CDIO在PLC教學(xué)中的應(yīng)用方法

楊磊　郭奇青

摘 要 文章探討通過 CDIO教學(xué)模式的引入，達(dá)到進(jìn)一步提高、強(qiáng)化PLC教學(xué)效果的目的。使課堂與項(xiàng)目，學(xué)習(xí)與思考，理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合貫通，實(shí)現(xiàn)知識學(xué)習(xí)與工程意識培養(yǎng)的雙向互動，全面提升學(xué)生理論能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，滿足企業(yè)對專業(yè)人才的需要，并可推廣應(yīng)用到其他課程教學(xué)中。

關(guān)鍵詞 CDIO 教學(xué)改革 PLC

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.03.038

Abstract This paper discusses by introducing CDIO teaching mode， to further enhance and strengthen the teaching effect PLC purposes. Make the classroom and projects， learning and thinking， through the combination of theory and practice， interactive two-way learning and knowledge engineering awareness training， to enhance the ability of students to the theory， practice， innovation， to meet the business needs of professionals， can be extended applied to other courses teaching.

Key words CDIO； teaching reform； PLC

隨著PLC自動化控制裝置的發(fā)展完善，尤其是網(wǎng)絡(luò)興起為技術(shù)發(fā)展注入更大動力與活力，目前該裝置廣泛應(yīng)用與工業(yè)及工業(yè)以外的眾多生產(chǎn)領(lǐng)域，并扮演著越來越重要的角色，發(fā)揮著越來越重要的作用。社會生產(chǎn)部門對該項(xiàng)專業(yè)人才需求度也較高，專業(yè)學(xué)生就業(yè)形勢較好。面向?qū)嶋H需要，PLC應(yīng)用技術(shù)已成為國內(nèi)高校電氣自動化專業(yè)的熱點(diǎn)課程，發(fā)展前景十分看好。

CDIO教學(xué)模式源于依托項(xiàng)目進(jìn)行的課程改革，強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)與實(shí)際項(xiàng)目全流程、全場景協(xié)同對接，包含了項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行.在PLC的教學(xué)過程中引入CDIO教育理念，強(qiáng)調(diào)以真實(shí)項(xiàng)目為學(xué)習(xí)對象，以操作技能為學(xué)習(xí)重點(diǎn)的教學(xué)模式，通過對實(shí)體項(xiàng)目全流程、全環(huán)節(jié)的實(shí)踐演練，促進(jìn)理論知識與實(shí)踐業(yè)務(wù)的密切結(jié)合，提高學(xué)生基于實(shí)際工作崗位需求的工作能力。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

PLC應(yīng)用技術(shù)歷時(shí)50多年的發(fā)展，已成為一門大綜合、全覆蓋、全體系的理論課程，基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)內(nèi)容等迭代更新，發(fā)展較快，應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展方向等變化迅速，同時(shí)作為一種應(yīng)用性技術(shù)種類，與工程實(shí)踐的結(jié)合較為緊密。而傳統(tǒng)教學(xué)偏重于對基本知識、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、編程方法、程序設(shè)計(jì)等理論知識的教授，缺乏與實(shí)際工程項(xiàng)目的對接，與實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重，教學(xué)效果不佳。學(xué)生的學(xué)習(xí)也因此成為一種從理論到理論的單純性學(xué)習(xí)，雖然在課堂上也進(jìn)行過簡單的指令設(shè)計(jì)，但這多是基于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綖橹?，既忽略了指令在?shí)際工程中的應(yīng)用，更缺少對具象化的實(shí)際工程意識的培養(yǎng)，往往是課程結(jié)束后，學(xué)生雖然通過了考試，但遠(yuǎn)不能熟練應(yīng)用技術(shù)，課堂教學(xué)目的無法達(dá)成。

2 CDIO模式下的教學(xué)改革

為克服老舊模式弊端，在PLC課堂教學(xué)中引入與實(shí)踐結(jié)合緊密的CDIO模式，將具象化的整套工程開發(fā)流程移植到理論學(xué)習(xí)當(dāng)中，通過對實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行”四階段的實(shí)際操作演練，推動理論與實(shí)踐更為緊密的互動結(jié)合，達(dá)到知行合一的目的。通過一體化教學(xué)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)面向?qū)嶋H的課程標(biāo)準(zhǔn)和教材。理論、項(xiàng)目互為載體和導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)基本理論學(xué)習(xí)與項(xiàng)目實(shí)際操作的融會貫通，覆蓋工業(yè)控制領(lǐng)域PLC的基本應(yīng)用，項(xiàng)目內(nèi)容及技能要求如圖1所示。

通過電機(jī)正轉(zhuǎn)控制、觸屏應(yīng)用、四軸機(jī)械手控制、變頻器控制、模擬量PID控制、光電編碼器控制、串行通信控制、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等八個(gè)由易向難的項(xiàng)目設(shè)置，實(shí)現(xiàn)將理論知識由基礎(chǔ)向高級的串聯(lián)，覆蓋教學(xué)大綱內(nèi)容，達(dá)到由易及難，學(xué)習(xí)漸次深入的目的。其中項(xiàng)目一，幫助學(xué)生對PLC基礎(chǔ)知識進(jìn)行項(xiàng)目化了解，熟練掌握基本的I/O指令系統(tǒng)應(yīng)用的操作；項(xiàng)目二在項(xiàng)目一基礎(chǔ)之上進(jìn)行深化，使學(xué)生對觸屏應(yīng)用進(jìn)行掌握，并融入人機(jī)工程學(xué)的理念，鍛煉學(xué)生建立良好的人機(jī)互動界面概念；項(xiàng)目三對內(nèi)容深度予以適當(dāng)加深，用在實(shí)踐項(xiàng)目中應(yīng)用較為廣泛的機(jī)械手控制操作來幫助學(xué)生熟悉順序和步進(jìn)控制方法；項(xiàng)目四則是讓學(xué)生掌握變頻器的控制和使用，變頻器作為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的電氣單元，熟練掌握對其的適當(dāng)控制，將有助于學(xué)生對PLC系統(tǒng)應(yīng)用的這個(gè)整體學(xué)習(xí)和使用；項(xiàng)目五則開始涉及項(xiàng)目編程應(yīng)用，首先從較為簡單的模擬量PID控制開始，通過對相關(guān)指令及編程的方法學(xué)習(xí)和實(shí)踐，事項(xiàng)對PLC控制應(yīng)用的初步實(shí)現(xiàn)；項(xiàng)目六開始想深入逐步推進(jìn)，學(xué)習(xí)對光電編碼器的使用，從而幫助學(xué)生學(xué)習(xí)簡單、獨(dú)立PLC全流程的知識應(yīng)用；項(xiàng)目七，通過串行通信控制，使學(xué)生學(xué)會對多個(gè)PLC系統(tǒng)的應(yīng)用控制，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)由簡單向復(fù)雜，由單一向多個(gè)的深化延伸；項(xiàng)目八，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌學(xué)習(xí)，是站在技術(shù)發(fā)展前沿對PLC應(yīng)用的深入學(xué)習(xí)，也是對PLC未來發(fā)展的一次前瞻性學(xué)習(xí)，是學(xué)生熟練掌握未來發(fā)展的趨勢，幫助學(xué)生大開眼界，了解高端，為未來發(fā)展儲備充足知識。

按照課程推進(jìn)，把學(xué)習(xí)劃為初、中、高三個(gè)階段。初級階段，在學(xué)生不掌握基本的理論知識與實(shí)踐能力的情況下，以演示教學(xué)法，帶動幫助學(xué)生建立宏觀形象，樹立行動導(dǎo)向思維，掌握接班知識，練就基本操作技能，為下一階段學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)；中級階段，在掌握了一定的知識與技能，熟悉了工作的流程與步驟之后，可采取教師發(fā)工作指導(dǎo)文的方式進(jìn)行半自助學(xué)習(xí)，如項(xiàng)目三、四、五，學(xué)生在指導(dǎo)文的指導(dǎo)下，輔以教師的咨詢指導(dǎo)，對工作進(jìn)行摸索前進(jìn)，培養(yǎng)自主能力；高級階段，學(xué)生具備相應(yīng)理論功底和實(shí)踐能力的情況下，采取綜合訓(xùn)練教學(xué)法，如項(xiàng)目六、七、八，通過完成真實(shí)任務(wù)的模式，進(jìn)一步提升學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合應(yīng)用的能力與素質(zhì)，包括理論知識的能力、工作方法、實(shí)踐能力、個(gè)人能力等，達(dá)到與實(shí)踐工作需要能力的銜接對應(yīng)，能夠獨(dú)立自主的完成項(xiàng)目任務(wù)，適應(yīng)實(shí)際工作崗位需要。但需要的強(qiáng)調(diào)的是，教學(xué)中應(yīng)用的項(xiàng)目一定來源于現(xiàn)實(shí)場景，并具有構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行（CDIO）全流程。

教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生能力及根本，雖然根據(jù)學(xué)生所處階段以及知識能力的不同，課程教學(xué)劃分初、中、高三個(gè)階段，但要牢牢將培養(yǎng)學(xué)生的“自主能力”作為課堂教學(xué)的根本原則。以項(xiàng)目三機(jī)械手控制為例，經(jīng)過一定的學(xué)習(xí)在學(xué)生掌握了基本理論知識和工作一般方法之后，教師通過引導(dǎo)文教學(xué)法，逐步訓(xùn)練培養(yǎng)自主操作能力，將構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行四個(gè)環(huán)節(jié)細(xì)分為不同的任務(wù)節(jié)點(diǎn)，通過先期整體演示，明確總體控制要求；其后由學(xué)生在框架下制定計(jì)劃方案，教師進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，幫助學(xué)生進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分配和軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；框架完成后，學(xué)生按照引導(dǎo)文指引進(jìn)行系統(tǒng)總裝和接線，并編寫程序，整體調(diào)試；最后展示項(xiàng)目結(jié)果，做整體環(huán)境評價(jià)，教師進(jìn)行總評，也可安排學(xué)生互評階段。通過在教師指導(dǎo)下的，自主化思考、實(shí)操，加深學(xué)生對理論知識的認(rèn)識，并將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力，提高工作能力，同時(shí)在過程中激發(fā)參與熱情和創(chuàng)作能力，鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識和能力。

3 基于CDIO模式的教學(xué)考評方式

效果是檢驗(yàn)教育模式成功與否的關(guān)鍵性指標(biāo)。在傳統(tǒng)模式下，以考試成績?yōu)樽罱K結(jié)果，但如前所述，脫離實(shí)踐的考試，無非是基礎(chǔ)知識的背誦，簡單指令的編寫，不過是對教材知識的一次單純復(fù)制，無法考核出學(xué)生的真實(shí)能力。而CDIO教學(xué)從工程實(shí)踐出發(fā)，教學(xué)以及培養(yǎng)的重點(diǎn)是學(xué)生解決實(shí)踐問題，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)工作崗位能力，因此CDIO模式下的考評有別于傳統(tǒng)模式，突出實(shí)踐能力指標(biāo)。這就要求建立與構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行等不同階段相適應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)和方式。要做到四個(gè)改變，一是變理論為主為實(shí)踐為主，減低筆試成績比重，并且在筆試中大量增加程序設(shè)計(jì)題目，將理論知識應(yīng)用作為重點(diǎn)；二是變單純教師主導(dǎo)為教師與學(xué)生互動，改單純的教師打分評價(jià)為學(xué)生自評、互評相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在反思和相互審視中交流提高；三是變片面化考核為整體化考核，CDIO由構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行四個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，考核不僅要對每一個(gè)環(huán)節(jié)工作評價(jià)，更應(yīng)做到對整體結(jié)果的良好評價(jià)，因此在考核上要從引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會發(fā)揮自身優(yōu)勢，整合階段資源，取長補(bǔ)短，形成系統(tǒng)效果最大化的角度進(jìn)行工作和解決實(shí)際問題。通過加權(quán)求和得出最終的考評結(jié)果。

4 結(jié)語

以項(xiàng)目實(shí)踐為基礎(chǔ)推動PLC教學(xué)體系改革，把理論知識學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力提升有機(jī)結(jié)合起來，從根本上幫助學(xué)生認(rèn)識PLC，學(xué)習(xí)PLC，運(yùn)用PLC，形成獨(dú)立自主完成工作的能力和素質(zhì)，達(dá)到具備實(shí)踐崗位工作需求的能力，實(shí)現(xiàn)課堂教育與崗位實(shí)踐的無縫對接。

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