CDIO在應用型大學PLC教學中的應用

馮佩云

【摘 要】隨著教育教學改革的不斷進行以及企業對學生應用技能要求的不斷提高，迫切需要將CDIO工程教育理念應用到實踐性較強的PLC課程的教學中。文章采用項目教學為載體，使課堂與項目，學習與思考，理論與實踐的有機結合貫通，達到了改善教學質量、調動學生學習主動性與積極性、培養學生創新能力的目的，實現知識學習與工程意識培養的雙向互動，培養和提升了學生解決綜合性工程問題的能力。

【關鍵詞】CDIO；實踐教學；PLC

The Application of CDIO in PLC Teaching of Applied University

FENG Pei-yun

（Yancheng Institute of Technology school of Electrical Engineering，Yancheng Jiangsu 224051，China）

【Abstract】With the constant reform of education and constantly improving students skills of application in company，It is urgently needed to applied the engineering education concept of CDIO to the teaching of PLC courses which is strong practicality.This article adopts project teaching as the carrier，making classrooms beside with projects，learning with thinking，and combining with theory and practice，realize the goal of improve teaching quality，mobilize students' learning initiative and enthusiasm， cultivate students' innovative ability， achieve two-way interaction of knowledge learning and cultivating engineering consciousness，promote students comprehensive engineering problem solving skills.

【Key words】CDIO；Practice teaching；PLC

0 引言

CDIO是由四所世界知名大學共同創立的工程教育改革模式，是構思、設計、實踐、運行的縮寫[1]。它以產品從構思、設計、實踐、運行到廢棄和再利用的整個生命周期為載體，依托項目并強調理論教學與實際項目全流程、各種情境的協同對接，讓學生以真實項目為學習對象，以操作技能為學習重點，以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯系的方式獲取工程能力，促進理論知識與實踐能力的密切結合，增長科學技術知識，提高終生學習能力，人際溝通能力和團隊協作能力，從而使學生更好的適應社會工作崗位需求[2]。

可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，作為現代自動化生產線上的重要控制器，廣泛應用于各行各業中，是電氣自動化相關專業的重要專業基礎課。如何更好的將課程從單一的理論教學轉變為強調應用的實踐性課程，從實驗室走向社會，提高與地方經濟社會發展的適配性，根據電氣自動化專業的人才培養目標和用人單位就業崗位需求，在《PLC控制技術》課程中引入CDIO工程教育理念，通過設置基于PLC的綜合項目，對實體項目全環節、全流程的實踐操作技能訓練，促進理論知識與實踐環節的完美結合，提高學生基于實際工作崗位需求的工作能力[3]。

1 項目設置

PLC應用技術已有50多年的發展歷程，具有綜合性強、覆蓋面廣、更新速度快的特點，已經廣泛應用于工業自動化生產一線。作為一種應用技術種類，與工程實踐結合非常緊密。而在傳統教學中注重基本知識、軟硬件系統、程序設計等理論知識的傳授，與實踐脫節嚴重，學習的過程也只是從理論到理論，特別關于梯形圖，步進指令的學習只是基于實驗模式的設計，忽略了工程模式下各種不確定因素處理的思想意識，課程結束后，雖然通過了考試，但不能在實際工作中熟練應用技術，教學效果不佳。

根據CDIO模式的教學要求，結合地方高校發展理念和應用型大學基本定位，在教學過程中加強實踐應用環節，采用“工學結合，融入式教學”的教學方法和由實踐到理論的教學思路，從學習內容的目的性出發，增強學習過程的趣味性，使學生更直觀的了解自己所涉及的領域。課程組充分利用江蘇省重點實驗室與校外實踐基地兩大資源，設計了基于PLC的項目教學內容，將具象化的整套開發流程移植到教學中，使理論與項目互為載體和導向，實現了實際項目工程驅動，覆蓋工業控制領域PLC的基本應用，提高學生的實踐能力。項目教學資源如圖1所示。

圖1 項目教學資源

教學內容包括課堂教學、課內實驗、課程設計、綜合性實驗等。在整個學習過程中，以“項目為主線”并進行分解，以若干“任務”為支撐，由淺入深，層層遞進，將知識點與操作技能要點穿插到項目，項目內容及技能要求如圖2所示。

圖2 項目內容及技能要求

圖2中，通過電機正反轉、十字交通燈、5自由度機械臂、觸摸屏、自動販賣機、串行通信控制等六個由簡單到復雜的項目設置，在覆蓋教學大綱的基礎上，使知識不斷深入，實踐能力得到規范化訓練。其中，項目一，結合繼電接觸器控制的電機正反轉實驗，幫助學生了解項目化的PLC基礎知識，熟練掌握基本I/O指令操作；項目二是在項目一的基礎上，將繼電接觸器全部替換，實現十字路口信號燈的控制；項目三對控制要求適當加深，以工業現場廣泛使用的機械臂為原型，通過設計和調試復雜順序控制系統，幫助學生熟悉順序和步進控制方法；項目四是加強人機交流，使學生了解工業現場如何實現良好的人機互動，使控制過程更加智能化，環境友好化；項目五開始涉及項目開發應用，不再是簡單的數字量控制，通過自動果汁販賣機實現較為簡單的模擬量PID控制，進而實現了簡單的PLC控制應用；項目六通過串行通信控制，使學生掌握在復雜控制現場中，如何對多個PLC聯合控制達到穩定、高效控制的目的，實現學習由簡單到復雜，由單一到多個的深化延伸。endprint

按照課程學習計劃，將學習劃分為初、中、高三個階段。初級階段以項目一、二為代表，主要使學生掌握基本的PLC硬件結構、基本指令、梯形圖、步進指令，教學過程中以演示為主，帶動學生對控制過程有基本的宏觀認識，樹立目的導向思維，練就基本操作技能，為后續學習打下堅實的基礎；中級階段是在掌握了一定的基礎知識后，在教師的指導下完成工作步驟的分解，人機界面的設計，實現復雜順序和步進控制功能，如項目三、四；高級階段是在學生已有一定的理論功底，具備初步的實踐能力，采用自主設計的方法，以實際項目為導向，進一步提升理論基礎與實踐應用能力，與社會工作崗位銜接對應，將應用型大學的精神灌輸其中，項目五、六的設計過程中，應注意將CDIO模式的構思、設計、實踐、運行貫穿實踐過程中，真正鍛煉學生的實際應用能力、創新能力、和團隊協作意識和能力。

2 考評

PLC控制技術是典型的實踐類課程，傳統試卷形式的考試脫離實踐，只是簡單的基礎知識堆疊背誦，簡單指令的編寫，無法考核出學生的真實能力。基于CDIO模式下的教學考核從工程實踐出發，重點考察學生解決實際問題的能力、適應現實工作崗位的能力和團隊合作精神[4]。這就要求教師在構思、設計、實踐、運行等各個階段跟蹤關注學生的表現，做出相應的評價，同時鼓勵學生進行自評和互評。在評價過程中應注意四點：一是注重實踐為主的 考核方式，將理論知識的實際應用作為重點；二是增加學生自我評價和學生間互評環節，引導學生總結、反思并改進，從而提高能力；三是注重各個環節考核和整體考核并重；最后，在考核中引導學生發揮自身優勢，整合資源，取長補短，形成團隊合作意識。通過加權求和得出最終考評結果，做到公平、公正、靈活。

3 結語

結合CDIO理念，以項目實踐為基礎的PLC課程教學中，將專業知識、實踐能力、素質培養有機結合起來，通過實施項目調動學生的主動性與積極性、培養學生創新能力與獨立自主完成工作的能力、實現課堂教學與企業崗位的對接。

【參考文獻】

[1]張敏良.基于CDIO工程教育理念探討機械工程教育改革[J].上海工程技術大學教育研究，2009（3）：26-30.

[2]董晨，戴敏，張樺.基于CDIO模式的數據庫系統課程教學改革[J].計算機教育，2012（6）：36-40.

[3]馮巧玲，楊存祥，張文忠.基于CDIO模式的“電氣工程基礎”課程的教與學[J].中國電力教育，2010（1）：118-119.

[4]殷旭，胡景繁，張紅.基于CDIO教育模式學生學習評估方法的探索[J].高教論壇，2010（2）：24-25.endprint