基于CDIO模式高職“可編程序控制器”實踐教學研究

江德松

【摘 要】本文基于CDIO工程教育模式對高職院校可編程序控制器應用技術課程的實踐教學系統進行了研究。闡述了目前高職可編程序控制器實踐教學存在的主要問題，提出了基于CDIO模式實踐教學體系的構建、采用的方法，以及設計出以“構思-設計-實施-運作”為一體的實踐教學。

【關鍵詞】CDIO模式；可編程控制器；教學研究

0 引言

PLC應用技術課程是高職院校一門實用性和綜合性很強的專業課，與工程實際聯系緊密，因此強化實踐教學環節至關重要，不僅可以讓學生更加深刻地理解和掌握PLC原理和應用，培養學生的動手能力和實際操作能力，還可以培養學生良好的工程意識、較強的實踐能力、敏銳的創新能力[1]。

CDIO工程教育模式代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）[2]。構思階段——明確任務和任務的準備，即要學生明白自己做什么；設計階段——項目實施的方案設計，即要學生自己設計項目實施方案；實施階段——項目實施，即要學生自己動手完成項目；運作階段——項目的評價，根據任務要求，對學生完成情況進行評價和反饋。在PLC應用技術課程實驗教學中引入CDIO模式，打破傳統實驗教學模式，不再以教師為中心和做驗證型實驗，而是要求學生自主設計和完成實驗內容，實現被動接受教育到學生自主創新、設計和實施的轉變[3]。

1 實踐教學存在的主要問題

1.1 重理論、輕實踐的觀念根深蒂固

長期以來，由于受傳統教育觀念的影響，一些高職院校重理論知識傳授、輕動手能力培養，忽略了實驗教學在高職院校中的地位和作用。認為實驗教學是理論教學的附屬物，是專門為理論教學服務的或者是可有可無的。

1.2 驗證型實驗多，創新型實驗少

傳統的實驗教學偏重于對所學知識的驗證，注重對理論知識的復習和一般實驗操作技能的訓練，一般操作性實驗較多，而綜合設計性實驗較少。在實驗方法上仍然是實驗室人員將有關儀器設備準備好，學生只需按照教師的講課要求和實驗指導書規定的程序和步驟進行實驗，在整個實驗過程中學生是被動地學習，缺乏獨立思考和創造性思維，因此造成學生學習興趣和積極性不高[4]。

2 基于CDIO模式實踐教學體系的構建

實踐教學體系的構建是實踐課程教學的重要組成部分，如何充分利用實訓室的硬件資源，構建科學合理的實踐教學體系，是實踐課程教學所面臨的問題。本文提出以基于CDIO模式的PLC應用系統開發的工作過程為導向，建立分層次的實踐教學體系。

2.1 基礎型實驗

該實驗以培養學生基本能力為主，目的是鞏固和加深對本課程的理論知識的理解和掌握，重點培養學生掌握實驗基本方法和技能。

2.2 綜合型實驗

實驗內容側重綜合應用所學知識。以典型的產品或工程項目為載體，提出實驗實訓任務與要求，給定PLC控制系統實現的功能和技術指標，由學生自己擬定實驗實訓實施方案，并完成實驗任務，從而培養學生分析問題，解決問題的能力。

2.3 創新型實驗

培養學生參加各種創新、生產實踐方面的科研和PLC項目的競賽等活動。通過科研項目或大學生自主創新項目，讓學生通過查閱資料、設計實施方案、設計硬件、編寫程序、組織實驗、撰寫總結報告等過程，獲取新的知識和經驗，鍛煉科研創新能力，從而培養學生的創新意識和創新精神[5]。

三層次實踐教學過程由易到難、逐漸深入，符合職業成長規律。以項目為載體，結合工程實際，以實用性、典型性和綜合性等精選設計實驗實訓項目，其教學過程是“從完成簡單任務到完成復雜任務”的能力發展。PLC應用系統項目在選擇時，應注意以下幾點：

具有典型性：PLC在工業控制中應用非常廣泛，選擇在工業控制中最具代表性、普遍性的控制系統，讓學生能夠完成知識目標的學習；

具有完整性：每一個項目都是一個完整的PLC應用控制系統，學生能夠通過該項目的學習實現學習過程與工作過程相結合；具有可設計空間：能讓學生舉一反三，巧妙的“真實再現”并能夠實現遷移；

具有創新性：能緊貼新技術、新工藝的發展，項目的選擇與時俱進。

3 基于CDIO模式實踐教學的實施

如何讓學生理解構思—設計—實施—運作，就要讓學生融入到圍繞C-D-I-O而組織的實踐場所來。利用該實踐場所，以項目為載體，進行教、學、做一體化的實驗實訓[6]。因此實訓室的設計要滿足構思—設計—實施—運作這四個階段的條件。

3.1 實訓室規劃

基于CDIO模式PLC實訓室建設與傳統的PLC實訓室不同，PLC實訓室在建設中引入企業真實的工作場景、文化氛圍，按照PLC應用系統開發流程來布置。要滿足為學生提供操作和主動學習的空間，還要能夠提供學生查閱資料、討論、設計和創新工作空間。因此PLC實訓室設計平面布置如圖1所示。

圖1 PLC實訓室設計平面布置

3.1.1 學習討論區

主要是教師布置項目，對項目要求和完成本項目需要的知識進行簡要的講解，以及對學生進行分組，確定組長，實行組長負責制。學生根據對項目要求的理解，討論項目實施方案的制定。這個過程是查閱資料，對已有典型電路和簡單控制系統的理解、學習的過程。

3.1.2 設計區

主要進行項目實施的方案設計，學生對項目的要求進行分析和理解，完成電路原理圖的繪制、元器件選型和PLC程序設計等工作，從而培養學生對電氣元器件的選型能力、電氣繪圖能力和程序設計能力等。

3.1.3 實施（操作）區

要學生自己動手完成項目，將自己選擇元器件安裝在電氣柜中，再根據原理圖進行硬件接線，然后將編寫好的程序下載到PLC中去，并進行程序調試，實現可運行的PLC控制系統。

3.1.4 運作區

該區主要完成項目的評價，每小組將自己完成控制系統進行運行展示和答辯，教師對學生完成情況進行點評以及小組互評，在此要制定教師和小組評價標準，合理的考核制度和標準既是督促又是點評和評判[7]。

3.1.5 圖書資料室

學生在完成項目實施方案設計時，需要查閱資料可以到圖書資料室進行查閱，配有電腦并且能夠上網，方便學生查閱資料。

3.2 實踐教學采用的方法

采用項目驅動，任務引領一體化教學，教師通過實踐調研，設計出典型的項目，然后將項目劃分若干任務，在進行PLC實踐教學時，將任務布置給學生，讓學生根據任務的要求進行任務的分析，制定實施方案，選擇完成任務所需元器件，然后將選擇元器件在實驗臺或電氣柜中進行安裝、接線，程序設計，并運行調試，最后老師對學生完成任務進行檢查和評價。

4 結束語

基于CDIO模式“可編程控制器”實踐教學改革，通過在我校PLC實驗實訓課程教學實施過程中，無論教師還是學生都感受到了新的教學模式帶來的沖擊，調動學生學習的積極性和主動性，激發學生的學習興趣和實踐操作觀念。提高實踐教學質量，改善實驗室的教學功能。培養學生實踐動手能力、創新能力和工程實踐能力。

【參考文獻】

[1]何文廣，李偉，劉桂波，國紹文.基于CDIO模式的高校實踐教學改革探索[J].價值工程，2013（05）.

[2]張福貴，張斌兵，何建新，楊玲.CDIO教育模式下學生科技創新實驗室的建設[J].經濟研究導刊，2011，6（28）.

[3]易明.基于CDIO模式下“PLC應用技術”課程改革[J].職教通訊，2012（15）.

[4]杜文娟.強化實驗室建設培養高職應用型人才[J].河北北方學院學報：自然學報，2007，10（5）.

[5]齊蓉，林輝，劉衛國.“可編程控制器”創新型、設計型實驗教學改革與實踐[J].第五屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會.

[6]李芳麗.基于CDIO工程教育理念下的數控實訓教改探索[J].裝備制造技術2012，2（05）.

[7]趙林.基于CDIO理念的高職院校單片機實驗實訓室建設[J].教育研究，2012.

[責任編輯：楊玉潔]