基于CDIO模式高職“可編程序控制器”實(shí)踐教學(xué)研究

江德松

【摘 要】本文基于CDIO工程教育模式對(duì)高職院校可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。闡述了目前高職可編程序控制器實(shí)踐教學(xué)存在的主要問(wèn)題，提出了基于CDIO模式實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建、采用的方法，以及設(shè)計(jì)出以“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作”為一體的實(shí)踐教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】CDIO模式；可編程控制器；教學(xué)研究

0 引言

PLC應(yīng)用技術(shù)課程是高職院校一門實(shí)用性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，因此強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，不僅可以讓學(xué)生更加深刻地理解和掌握PLC原理和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生良好的工程意識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力、敏銳的創(chuàng)新能力[1]。

CDIO工程教育模式代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate）[2]。構(gòu)思階段——明確任務(wù)和任務(wù)的準(zhǔn)備，即要學(xué)生明白自己做什么；設(shè)計(jì)階段——項(xiàng)目實(shí)施的方案設(shè)計(jì)，即要學(xué)生自己設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施方案；實(shí)施階段——項(xiàng)目實(shí)施，即要學(xué)生自己動(dòng)手完成項(xiàng)目；運(yùn)作階段——項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，根據(jù)任務(wù)要求，對(duì)學(xué)生完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋。在PLC應(yīng)用技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入CDIO模式，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不再以教師為中心和做驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，而是要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)接受教育到學(xué)生自主創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和實(shí)施的轉(zhuǎn)變[3]。

1 實(shí)踐教學(xué)存在的主要問(wèn)題

1.1 重理論、輕實(shí)踐的觀念根深蒂固

長(zhǎng)期以來(lái)，由于受傳統(tǒng)教育觀念的影響，一些高職院校重理論知識(shí)傳授、輕動(dòng)手能力培養(yǎng)，忽略了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高職院校中的地位和作用。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的附屬物，是專門為理論教學(xué)服務(wù)的或者是可有可無(wú)的。

1.2 驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)多，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)少

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)偏重于對(duì)所學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證，注重對(duì)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)和一般實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練，一般操作性實(shí)驗(yàn)較多，而綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少。在實(shí)驗(yàn)方法上仍然是實(shí)驗(yàn)室人員將有關(guān)儀器設(shè)備準(zhǔn)備好，學(xué)生只需按照教師的講課要求和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定的程序和步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生是被動(dòng)地學(xué)習(xí)，缺乏獨(dú)立思考和創(chuàng)造性思維，因此造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性不高[4]。

2 基于CDIO模式實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建是實(shí)踐課程教學(xué)的重要組成部分，如何充分利用實(shí)訓(xùn)室的硬件資源，構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系，是實(shí)踐課程教學(xué)所面臨的問(wèn)題。本文提出以基于CDIO模式的PLC應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作過(guò)程為導(dǎo)向，建立分層次的實(shí)踐教學(xué)體系。

2.1 基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生基本能力為主，目的是鞏固和加深對(duì)本課程的理論知識(shí)的理解和掌握，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)基本方法和技能。

2.2 綜合型實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。以典型的產(chǎn)品或工程項(xiàng)目為載體，提出實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)與要求，給定PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能和技術(shù)指標(biāo)，由學(xué)生自己擬定實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)實(shí)施方案，并完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。

2.3 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

培養(yǎng)學(xué)生參加各種創(chuàng)新、生產(chǎn)實(shí)踐方面的科研和PLC項(xiàng)目的競(jìng)賽等活動(dòng)。通過(guò)科研項(xiàng)目或大學(xué)生自主創(chuàng)新項(xiàng)目，讓學(xué)生通過(guò)查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)施方案、設(shè)計(jì)硬件、編寫(xiě)程序、組織實(shí)驗(yàn)、撰寫(xiě)總結(jié)報(bào)告等過(guò)程，獲取新的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，鍛煉科研創(chuàng)新能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神[5]。

三層次實(shí)踐教學(xué)過(guò)程由易到難、逐漸深入，符合職業(yè)成長(zhǎng)規(guī)律。以項(xiàng)目為載體，結(jié)合工程實(shí)際，以實(shí)用性、典型性和綜合性等精選設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，其教學(xué)過(guò)程是“從完成簡(jiǎn)單任務(wù)到完成復(fù)雜任務(wù)”的能力發(fā)展。PLC應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目在選擇時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

具有典型性：PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用非常廣泛，選擇在工業(yè)控制中最具代表性、普遍性的控制系統(tǒng)，讓學(xué)生能夠完成知識(shí)目標(biāo)的學(xué)習(xí)；

具有完整性：每一個(gè)項(xiàng)目都是一個(gè)完整的PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)，學(xué)生能夠通過(guò)該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程與工作過(guò)程相結(jié)合；具有可設(shè)計(jì)空間：能讓學(xué)生舉一反三，巧妙的“真實(shí)再現(xiàn)”并能夠?qū)崿F(xiàn)遷移；

具有創(chuàng)新性：能緊貼新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，項(xiàng)目的選擇與時(shí)俱進(jìn)。

3 基于CDIO模式實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

如何讓學(xué)生理解構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)作，就要讓學(xué)生融入到圍繞C-D-I-O而組織的實(shí)踐場(chǎng)所來(lái)。利用該實(shí)踐場(chǎng)所，以項(xiàng)目為載體，進(jìn)行教、學(xué)、做一體化的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)[6]。因此實(shí)訓(xùn)室的設(shè)計(jì)要滿足構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)作這四個(gè)階段的條件。

3.1 實(shí)訓(xùn)室規(guī)劃

基于CDIO模式PLC實(shí)訓(xùn)室建設(shè)與傳統(tǒng)的PLC實(shí)訓(xùn)室不同，PLC實(shí)訓(xùn)室在建設(shè)中引入企業(yè)真實(shí)的工作場(chǎng)景、文化氛圍，按照PLC應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程來(lái)布置。要滿足為學(xué)生提供操作和主動(dòng)學(xué)習(xí)的空間，還要能夠提供學(xué)生查閱資料、討論、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新工作空間。因此PLC實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)平面布置如圖1所示。

圖1 PLC實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)平面布置

3.1.1 學(xué)習(xí)討論區(qū)

主要是教師布置項(xiàng)目，對(duì)項(xiàng)目要求和完成本項(xiàng)目需要的知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要的講解，以及對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，確定組長(zhǎng)，實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。學(xué)生根據(jù)對(duì)項(xiàng)目要求的理解，討論項(xiàng)目實(shí)施方案的制定。這個(gè)過(guò)程是查閱資料，對(duì)已有典型電路和簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的理解、學(xué)習(xí)的過(guò)程。

3.1.2 設(shè)計(jì)區(qū)

主要進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施的方案設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的要求進(jìn)行分析和理解，完成電路原理圖的繪制、元器件選型和PLC程序設(shè)計(jì)等工作，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電氣元器件的選型能力、電氣繪圖能力和程序設(shè)計(jì)能力等。

3.1.3 實(shí)施（操作）區(qū)

要學(xué)生自己動(dòng)手完成項(xiàng)目，將自己選擇元器件安裝在電氣柜中，再根據(jù)原理圖進(jìn)行硬件接線，然后將編寫(xiě)好的程序下載到PLC中去，并進(jìn)行程序調(diào)試，實(shí)現(xiàn)可運(yùn)行的PLC控制系統(tǒng)。

3.1.4 運(yùn)作區(qū)

該區(qū)主要完成項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，每小組將自己完成控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行展示和答辯，教師對(duì)學(xué)生完成情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)以及小組互評(píng)，在此要制定教師和小組評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，合理的考核制度和標(biāo)準(zhǔn)既是督促又是點(diǎn)評(píng)和評(píng)判[7]。

3.1.5 圖書(shū)資料室

學(xué)生在完成項(xiàng)目實(shí)施方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要查閱資料可以到圖書(shū)資料室進(jìn)行查閱，配有電腦并且能夠上網(wǎng)，方便學(xué)生查閱資料。

3.2 實(shí)踐教學(xué)采用的方法

采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，任務(wù)引領(lǐng)一體化教學(xué)，教師通過(guò)實(shí)踐調(diào)研，設(shè)計(jì)出典型的項(xiàng)目，然后將項(xiàng)目劃分若干任務(wù)，在進(jìn)行PLC實(shí)踐教學(xué)時(shí)，將任務(wù)布置給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)的要求進(jìn)行任務(wù)的分析，制定實(shí)施方案，選擇完成任務(wù)所需元器件，然后將選擇元器件在實(shí)驗(yàn)臺(tái)或電氣柜中進(jìn)行安裝、接線，程序設(shè)計(jì)，并運(yùn)行調(diào)試，最后老師對(duì)學(xué)生完成任務(wù)進(jìn)行檢查和評(píng)價(jià)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于CDIO模式“可編程控制器”實(shí)踐教學(xué)改革，通過(guò)在我校PLC實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，無(wú)論教師還是學(xué)生都感受到了新的教學(xué)模式帶來(lái)的沖擊，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐操作觀念。提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，改善實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)功能。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]