CDIO模式在“可編程控制器”技能實訓中的應(yīng)用＊

譚 娟

（武漢交通職業(yè)學院智能制造學院，湖北 武漢 430065）

0 引言

以技能培訓和技術(shù)應(yīng)用為代表的高等職業(yè)教育是一種技能型教育，著力于培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才[1]?！翱删幊炭刂破鳌闭n程是機電類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，具有較強的實踐性和應(yīng)用性?！翱删幊炭刂破鳌奔寄軐嵱柺翘岣邔W生動手實踐能力、培養(yǎng)學生職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)的重要平臺。旨在培養(yǎng)學生具備以可編程控制器為核心的實際控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計、安裝、編程、調(diào)試及運行維護的職業(yè)技能；培養(yǎng)學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力；培養(yǎng)學生具有良好的職業(yè)素養(yǎng)以及溝通交流、團隊協(xié)作的能力。

項目載體的教學法是指師生通過共同實施一個完整的“項目”（將教學對象視同為一個項目）而進行的教學活動[2]，它注重項目完成的過程。學生在項目完成的過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，形成分析問題和解決問題的思想和方法。本文以項目為載體，將CDIO教育模式應(yīng)用于“可編程控制器”技能實訓教學中，為相關(guān)或者相類似實訓課程的教學提供參考。

1 CDIO模式的內(nèi)涵

CDIO是一種基于構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）的工程教育模式，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達[3]。第一階段構(gòu)思，要明確客戶需求，考慮所需技術(shù)、企業(yè)規(guī)章制度和戰(zhàn)略要點等，盡可能優(yōu)化概念、技術(shù)與商務(wù)案例；第二階段設(shè)計，制定計劃、草案、圖紙等；第三階段實施，將制定的計劃、草案、圖紙等轉(zhuǎn)化為成果；第四階段運行，達到預想價值。CDIO模式主要培養(yǎng)學生的科學技術(shù)基礎(chǔ)知識、終身學習能力、溝通交流和團隊協(xié)作能力，以及在社會和企業(yè)環(huán)境下建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力[4]。

2 “可編程控制器”技能實訓現(xiàn)狀分析

目前，“可編程控制器”技能實訓教學主要是圍繞實訓指導書和實訓任務(wù)書開展。實訓指導書主要包含項目名稱、學習目標、實訓準備、知識背景以及考核評價方法。實訓任務(wù)書主要用來下達實訓任務(wù)與要求、進度安排以及學生實訓成績的評定。實訓指導老師一般在課前安排班委分發(fā)實訓指導資料，但很少有學生在課前認真研讀這些紙質(zhì)的實訓指導資料。實訓教學過程需要花費大量時間對實訓所需理論知識點進行講解，以及進行硬件接線和軟件編程的示范操作，因此，大大縮短了學生動手實踐的時間。再者，“可編程控制器”課程指令多，晦澀難懂，高職院校學生基礎(chǔ)差，學生對技能實訓的自信心不夠，導致學習興趣、學習積極性不高。在實際教學過程中，實訓指導老師缺乏對學生個性化、創(chuàng)造力的培養(yǎng)。實訓指導老師習慣于提供統(tǒng)一的I/O地址分配，導致每個學生的硬件接線、程序編制基本雷同。

3 CDIO模式在“可編程控制器”技能實訓中的應(yīng)用

“可編程控制器”技能實訓的指導思想是：選用真實項目作為載體，應(yīng)用CDIO模式進行教學過程設(shè)計。在選用具體的教學項目時，要依據(jù)教學大綱設(shè)定的教學目標，聯(lián)系生產(chǎn)生活實際應(yīng)用，使學生能夠運用所學知識解決實際問題。以“可編程控制器”技能實訓教學項目“十字路口交通信號燈的控制”為例，介紹CDIO的應(yīng)用。實訓所需設(shè)備及工具：電腦、STEP7編程軟件、S7-300 PLC、交通信號燈模塊、連接導線及其相關(guān)工具儀表等。教學過程設(shè)計按照CDIO模式劃分為構(gòu)思、設(shè)計、實施及運行四個階段[5]。

3.1 構(gòu)思階段

在構(gòu)思階段，實訓指導老師需要明確教學目標及教學重難點，提出任務(wù)內(nèi)容與要求；而學生需要自主查閱資料，構(gòu)建知識體系。以“十字路口交通信號燈的控制”為例進行說明，十字路口交通信號燈示意圖如圖1所示。

圖1 十字路口交通信號燈示意圖

交通信號燈系統(tǒng)控制要求：按下啟動按鈕，交通信號燈系統(tǒng)開始工作，控制過程循環(huán)進行；按下停止按鈕，所有信號燈都熄滅。交通信號燈控制時序圖如圖2所示。

圖2 十字路口交通信號燈控制時序圖

教學目標：1）知識目標。根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設(shè)計。2）能力目標。交通信號燈系統(tǒng)的軟件安裝、硬件接線、系統(tǒng)調(diào)試；利用S7-GRAPH編寫順序功能圖程序，并寫出對應(yīng)的梯形圖程序。3）情感目標。培養(yǎng)學生溝通交流、團隊協(xié)作能力；任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學生學習興趣，提高學生自主學習能力；培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

教學任務(wù)：1）認識順序功能圖。2）應(yīng)用S7-GRAPH編寫順序功能圖，并寫出對應(yīng)的梯形圖程序。3）運行并調(diào)試程序直至滿足十字路口交通信號燈的控制要求。學生在明確任務(wù)內(nèi)容及要求后，自主查閱PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、順序功能圖、S7-GRAPH、STEP 7、基本邏輯指令及定時器等知識點。

3.2 設(shè)計階段

在設(shè)計階段，實訓指導老師主要任務(wù)是引導學生利用理論知識解答實際問題，鼓勵學生大膽試錯，提出各種解決方案。實訓指導老師可以采用不斷提問的方式引導學生自主思考、交流討論，使學生完成交通信號燈控制系統(tǒng)硬件接線草圖及程序初稿。針對項目“十字路口交通信號燈的控制”可設(shè)置如下問題。

問題1：根據(jù)控制要求，確定I/O設(shè)備，即確定“啟動按鈕”“停止按鈕”“東西南北紅黃綠12個信號燈”哪些是輸入設(shè)備，哪些是輸出設(shè)備，并分配I/O地址，繪制PLC的外部接線圖。

問題2：什么是順序控制，如何利用S7-GRAPH創(chuàng)建順序功能圖，并對其進行設(shè)置和調(diào)試。

問題3：如何將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖，并利用STEP 7軟件進行編程、調(diào)試。

實訓指導老師通過不斷地提問，發(fā)散學生思維；學生就老師提出的問題進行思考，在小組內(nèi)進行交流討論，實現(xiàn)團隊協(xié)作；在討論交流中，通過不斷新增假設(shè)，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神。

3.3 實施階段

在實施階段，實訓指導老師要加強對學生職業(yè)素養(yǎng)以及工匠精神的培養(yǎng)；要引入企業(yè)、行業(yè)規(guī)范和職業(yè)技能標準，強化對學生職業(yè)技能的訓練；要強化操作流程的熟練度。針對項目“十字路口交通信號燈的控制”，實訓指導老師要組織、引導學生將設(shè)計階段繪制的圖紙、編制的程序轉(zhuǎn)換為成果。引導學生依據(jù)繪制的PLC外部接線圖，完成硬件接線；引導學生使用STEP 7軟件創(chuàng)建項目、組態(tài)硬件；引導學生應(yīng)用S7-GRAPH創(chuàng)建、設(shè)置并調(diào)試順序功能圖；引導學生將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，并利用STEP 7軟件進行編程、調(diào)試。

3.4 運行階段

不斷修改、調(diào)試程序，直至達到“十字路口交通信號燈的控制”要求為止，學生通過自我不斷實踐，體會成果帶來的成就感以及創(chuàng)新帶來的喜悅感。同時，為了進一步鞏固學生學習成果，小組內(nèi)成員在實訓操作結(jié)束后，總結(jié)實訓經(jīng)驗，編制PPT進行展示匯報，就設(shè)計思路以及硬件接線、程序調(diào)試運行中的問題進行總結(jié)、分析，并就解決方案進行成果分享。在匯報展示過程中，實訓指導老師鼓勵其他組同學就展示匯報內(nèi)容進行提問，互相學習探討。

4 教學組織實施

在以項目為載體的實訓教學組織實施過程中，為了提高教學效率和教學質(zhì)量，可采用以下途徑：

1）分組教學。實訓指導老師根據(jù)學生實際情況進行優(yōu)劣生搭配分組，每組設(shè)定組長一名（實則為項目主管），牽頭負責項目實施全過程，包含設(shè)計方案討論、具體技術(shù)問題的解答、組內(nèi)事務(wù)分工協(xié)調(diào)等。整個教學過程，培養(yǎng)學生自我管理、獨立思考、相互幫帶、善于合作的能力。

2）翻轉(zhuǎn)課堂。將項目涉及的知識點、示范操作、技能要求、安全規(guī)范等，錄制成微視頻，上傳至教學平臺，供學生課前預習。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學模式可以拓展學習時間和空間，最大限度地利用課堂實訓時間加強對學生職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)技能以及工匠精神的培養(yǎng)。

3）成果展示匯報。為了評價學生在實施過程中的成果，實訓操作結(jié)束后，引導學生進行成果展示匯報，提升學生自我展示與語言表達的能力。

5 結(jié)語

在“可編程控制器”技能實訓中采用以項目為載體的CDIO模式教學，學生的學習興趣、學習積極性和主動性均有提升。通過合理組織實施教學改革，學生的職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)技能以及創(chuàng)新能力也得到了提升。