CDIO在PLC教學中的應用方法

楊磊　郭奇青

摘 要 文章探討通過 CDIO教學模式的引入，達到進一步提高、強化PLC教學效果的目的。使課堂與項目，學習與思考，理論與實踐有機結合貫通，實現知識學習與工程意識培養的雙向互動，全面提升學生理論能力、實踐能力、創新能力，滿足企業對專業人才的需要，并可推廣應用到其他課程教學中。

關鍵詞 CDIO 教學改革 PLC

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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展完善，尤其是網絡興起為技術發展注入更大動力與活力，目前該裝置廣泛應用與工業及工業以外的眾多生產領域，并扮演著越來越重要的角色，發揮著越來越重要的作用。社會生產部門對該項專業人才需求度也較高，專業學生就業形勢較好。面向實際需要，PLC應用技術已成為國內高校電氣自動化專業的熱點課程，發展前景十分看好。

CDIO教學模式源于依托項目進行的課程改革，強調理論教學與實際項目全流程、全場景協同對接，包含了項目的構思、設計、實施和運行.在PLC的教學過程中引入CDIO教育理念，強調以真實項目為學習對象，以操作技能為學習重點的教學模式，通過對實體項目全流程、全環節的實踐演練，促進理論知識與實踐業務的密切結合，提高學生基于實際工作崗位需求的工作能力。

1 傳統教學模式的不足

PLC應用技術歷時50多年的發展，已成為一門大綜合、全覆蓋、全體系的理論課程，基礎知識、學習內容等迭代更新，發展較快，應用領域、發展方向等變化迅速，同時作為一種應用性技術種類，與工程實踐的結合較為緊密。而傳統教學偏重于對基本知識、硬件系統、軟件系統、編程方法、程序設計等理論知識的教授，缺乏與實際工程項目的對接，與實踐脫節嚴重，教學效果不佳。學生的學習也因此成為一種從理論到理論的單純性學習，雖然在課堂上也進行過簡單的指令設計，但這多是基于實驗模式為之，既忽略了指令在實際工程中的應用，更缺少對具象化的實際工程意識的培養，往往是課程結束后，學生雖然通過了考試，但遠不能熟練應用技術，課堂教學目的無法達成。

2 CDIO模式下的教學改革

為克服老舊模式弊端，在PLC課堂教學中引入與實踐結合緊密的CDIO模式，將具象化的整套工程開發流程移植到理論學習當中，通過對實際項目開發中“構思—設計—實現—運行”四階段的實際操作演練，推動理論與實踐更為緊密的互動結合，達到知行合一的目的。通過一體化教學，結合實驗設備，設計面向實際的課程標準和教材。理論、項目互為載體和導向，實現基本理論學習與項目實際操作的融會貫通，覆蓋工業控制領域PLC的基本應用，項目內容及技能要求如圖1所示。

通過電機正轉控制、觸屏應用、四軸機械手控制、變頻器控制、模擬量PID控制、光電編碼器控制、串行通信控制、物聯網技術等八個由易向難的項目設置，實現將理論知識由基礎向高級的串聯，覆蓋教學大綱內容，達到由易及難，學習漸次深入的目的。其中項目一，幫助學生對PLC基礎知識進行項目化了解，熟練掌握基本的I/O指令系統應用的操作；項目二在項目一基礎之上進行深化，使學生對觸屏應用進行掌握，并融入人機工程學的理念，鍛煉學生建立良好的人機互動界面概念；項目三對內容深度予以適當加深，用在實踐項目中應用較為廣泛的機械手控制操作來幫助學生熟悉順序和步進控制方法；項目四則是讓學生掌握變頻器的控制和使用，變頻器作為工業生產中應用最為廣泛的電氣單元，熟練掌握對其的適當控制，將有助于學生對PLC系統應用的這個整體學習和使用；項目五則開始涉及項目編程應用，首先從較為簡單的模擬量PID控制開始，通過對相關指令及編程的方法學習和實踐，事項對PLC控制應用的初步實現；項目六開始想深入逐步推進，學習對光電編碼器的使用，從而幫助學生學習簡單、獨立PLC全流程的知識應用；項目七，通過串行通信控制，使學生學會對多個PLC系統的應用控制，實現學習由簡單向復雜，由單一向多個的深化延伸；項目八，與物聯網技術進行統籌學習，是站在技術發展前沿對PLC應用的深入學習，也是對PLC未來發展的一次前瞻性學習，是學生熟練掌握未來發展的趨勢，幫助學生大開眼界，了解高端，為未來發展儲備充足知識。

按照課程推進，把學習劃為初、中、高三個階段。初級階段，在學生不掌握基本的理論知識與實踐能力的情況下，以演示教學法，帶動幫助學生建立宏觀形象，樹立行動導向思維，掌握接班知識，練就基本操作技能，為下一階段學習夯實基礎；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，可采取教師發工作指導文的方式進行半自助學習，如項目三、四、五，學生在指導文的指導下，輔以教師的咨詢指導，對工作進行摸索前進，培養自主能力；高級階段，學生具備相應理論功底和實踐能力的情況下，采取綜合訓練教學法，如項目六、七、八，通過完成真實任務的模式，進一步提升學生理論與實踐結合應用的能力與素質，包括理論知識的能力、工作方法、實踐能力、個人能力等，達到與實踐工作需要能力的銜接對應，能夠獨立自主的完成項目任務，適應實際工作崗位需要。但需要的強調的是，教學中應用的項目一定來源于現實場景，并具有構思、設計、實現、運行（CDIO）全流程。

教學以培養學生能力及根本，雖然根據學生所處階段以及知識能力的不同，課程教學劃分初、中、高三個階段，但要牢牢將培養學生的“自主能力”作為課堂教學的根本原則。以項目三機械手控制為例，經過一定的學習在學生掌握了基本理論知識和工作一般方法之后，教師通過引導文教學法，逐步訓練培養自主操作能力，將構思、設計、實現、運行四個環節細分為不同的任務節點，通過先期整體演示，明確總體控制要求；其后由學生在框架下制定計劃方案，教師進行優化調整，幫助學生進行節點分配和軟硬件系統設計；框架完成后，學生按照引導文指引進行系統總裝和接線，并編寫程序，整體調試；最后展示項目結果，做整體環境評價，教師進行總評，也可安排學生互評階段。通過在教師指導下的，自主化思考、實操，加深學生對理論知識的認識，并將其轉化為實際應用能力，提高工作能力，同時在過程中激發參與熱情和創作能力，鍛煉團隊協作意識和能力。

3 基于CDIO模式的教學考評方式

效果是檢驗教育模式成功與否的關鍵性指標。在傳統模式下，以考試成績為最終結果，但如前所述，脫離實踐的考試，無非是基礎知識的背誦，簡單指令的編寫，不過是對教材知識的一次單純復制，無法考核出學生的真實能力。而CDIO教學從工程實踐出發，教學以及培養的重點是學生解決實踐問題，適應現實工作崗位能力，因此CDIO模式下的考評有別于傳統模式，突出實踐能力指標。這就要求建立與構思、設計、實現、運行等不同階段相適應的考核標準和方式。要做到四個改變，一是變理論為主為實踐為主，減低筆試成績比重，并且在筆試中大量增加程序設計題目，將理論知識應用作為重點；二是變單純教師主導為教師與學生互動，改單純的教師打分評價為學生自評、互評相結合，引導學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由構思、設計、實現和運行四個環節構成，考核不僅要對每一個環節工作評價，更應做到對整體結果的良好評價，因此在考核上要從引導學生學會發揮自身優勢，整合階段資源，取長補短，形成系統效果最大化的角度進行工作和解決實際問題。通過加權求和得出最終的考評結果。

4 結語

以項目實踐為基礎推動PLC教學體系改革，把理論知識學習與實踐能力提升有機結合起來，從根本上幫助學生認識PLC，學習PLC，運用PLC，形成獨立自主完成工作的能力和素質，達到具備實踐崗位工作需求的能力，實現課堂教育與崗位實踐的無縫對接。

參考文獻

[1] 胡福年.電氣工程專業人才培養方案改革探討[J].電氣電子教學學報，2009.

[2] 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.

[3] 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）.