金字塔原理在高職教學中的應用

高麗華

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?以機電一體化核心課程《可編程控制器及其應用》為例，在教學改革中引入企業普遍使用的“金字塔”原理幫助學生建立理論知識架構，梳理知識之間聯系，提升理論學習能力，增強課堂教學靈活性，激發學生學習的興趣。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?金字塔原理;IPD;項目化

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2018）27-0196-02

高職學生入學分數普遍偏低，基礎相對薄弱，對需要深入理解和分析的理論知識掌握不好，給教師理論授課增加了難度。由于理論知識的匱乏，學生在實訓實驗中還停留在“依葫蘆畫瓢”，對教師的依賴性大，缺少獨立思考和解決問題的能力。針對這一現象，在課程理論教學中引入“金字塔原理”，以講故事的方式引出課程內容，采用自上而下的方法建立講授內容的分層思想架構，通過自下而上設問答疑論證各層次主題思想，利用橫向歸納演繹、縱向層層分解方法分析思想之間的聯系，幫助學生梳理知識框架，建立知識之間的聯系，增強對理論知識的理解，提升學生理論知識學習的興趣。

一、金字塔理論

《金字塔原理》是由美國芭芭拉·明托著作，是麥肯錫40年經典培訓教材。它是一種能清晰展現思路的有效方法，核心是通過將信息歸類分組、抽象概括，并以自上而下的方式將觀點表達出來。

如圖1所示，圖中的組織結構是由一個總的思想統領多組思想，且其中每一組思想也是由這種結構組成。各個思想之間的聯系方式可以是縱向的，即任何一個層次上的思想都是對其下面一個層次上思想的總結;也可以是橫向的，即多個思想共同組成同一個邏輯推理過程，且被并列排在一起，這就是金字塔原理的主要組織形式。

下面以機電一體化專業核心課程《可編程控制器技術及應用》（以下簡稱PLC）為例，描述在課堂教學中如何應用金字塔原理。

二、“金字塔”理論在教學中的應用

針對課程內容和課程標準挖掘PLC課程主旨，即金字塔的塔頂;通過為什么使用PLC（Why）—何時使用PLC（When）—何地使用PLC（Where）—如何使用PLC（How）—使用PLC有什么后果（What Happened）—使用PLC后有什么客戶價值，即5W1H1E對主旨設問，并用重復設問/答疑迭代實現金字塔縱向結構;采用PLC使用的背景（Scene）—非PLC控制方式的沖突（Conflict）—問題（Question）—回答（Answer），即SCQA對PLC產生的背景和原因進行答疑，最終強化學生對整個PLC理論知識的掌握。

（一）識別“金字塔”塔頂

根據課程目標和課程內容概括出中心思想。《可編程控制器技術及其應用》課程就是希望學生能夠了解PLC的基本組成及原理，以及如何應用PLC解決實際問題，因此PLC就是學習的主旨，即金字塔的塔頂。

（二）頂層“5W1H1E”設問

當對學生提出可編程控制器及其應用這個概念時，學生肯定會有很多的疑問，諸如：什么是可編程控制器（What），為什么有可編程控制器（Why），在哪里使用可編程控制器（Where），什么時候需要用到可編程控制器（When），如何使用可編程控制器（How），使用可編程控制器后會有什么效果（What happened），使用可編程控制器可以給用戶帶來什么價值（Experience）。

上述“5W1H1E”的答案就是支撐PLC論點的頂層論據，下面將PLC知識按照PLC項目設計的時間先后順序組成下一層次思想，也就是金字塔的橫向結構。

1.SCQA講故事的方式回答（Why）

引入課程主題講授時以講故事的方式進行介紹，以激發學生興趣，吸引注意力，具體如下：

從學生已知的內容（背景Scene）開始，提出在這個背景下出現了什么沖突（沖突Conflict），進而引發了何種疑問（問題Question），針對這個疑問如何進行解決（回答Answer），引出課程的主旨觀點。

背景S：前續課程電氣控制系統中的已知知識，即工業生產中，繼電接觸控制系統占據了主導地位，結構簡單、價格便宜。

沖突C：存在的問題，即大型的繼電接觸控制系統需要更多導線、繼電器、控制柜等來實現，占據大量的空間，可維護性、可擴展性差。

問題Q：如何解決，即在傳統繼電接觸控制硬件設計思想基礎上，1968年美國通用汽車制造公司（GM）公對工業控制系統提出使用計算機技術，能讓以前的電氣技術人員很容易掌握的編程語言，該設備與被控制設備連接方便，不需要使用特別的供電方式。

回答A：解決方案，即美國數字設備公司（DEC公司）研發除了第一臺應用于汽車生產線上的可編程控制器（PLC）設備。它以微處理器為核心，將自動控制技術、計算機技術和通信技術融為一體而發展起來的嶄新的工業自動控制裝置，是一種數字運算操作的電子系統。專為在惡劣工業環境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執行邏輯運算、順序控制，定時、計數和算術等操作的指令，并采用數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產過程。

2.采用橫向歸納推理其余“5W1H1E思想主旨”

將有共同點的知識點按照“5W1H1E”觀點繼續進行歸類分組，厘清學生的思路，具體如下：

什么是PLC（What）：PLC實際上是一種工業控制計算機，其組成與計算機的組成十分相似，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業過程相連接的接口，以及更直接的適應控制要求的編程語言。硬件結構同樣由CPU、存儲器、輸入/輸出接口、電源等組成。通過和計算機類比進行硬件介紹，更能引起學生的共鳴和學習的欲望。

何時何地使用PLC（Where）：PLC從繼電接觸控制系統發展起來，最開始主要應用于開關量的邏輯控制。隨著PLC技術的進步，它的應用領域不斷擴大，當前PLC不僅用于開關量控制，還用于模擬量、數字量的控制，采集與存儲數據，對控制系統進行監控，支持網絡傳輸。

如何使用PLC（How）、使用后能實現什么并給用戶帶來哪些收益（What happened /Experience）：企業項目化的設計實施流程，具體過程包含用戶需求分析、項目開發流程以及用戶需求達成，客戶滿意度調查等，幫助學生掌握PLC項目開發的流程。

（三）重復設問/答疑

通過對PLC進行“5W1H1E”設問，學生對PLC的學習目標就會有一個清晰全面的認識，思維從一片混亂中找到頭緒，對知識體系有了整體把控感后接著對下層主旨進行重復的發問。

重復的“回答-設問-回答”是指：將表達的主旨觀點呈現在金字塔最頂端，下一層次是支持總論點的各個關鍵句，再下一層是支持關鍵句的論據，依次類推，直到最簡單、最原子的知識點。通過完成的金字塔，可以梳理出PLC課程所涉及的所有知識點及其知識之間的聯系，幫助學生更形象的理解課程的邏輯性和條理性。

PLC課程的金字塔框架搭建完畢，學生對PLC的基本原理及其概念有了全面的了解和認識，為了使理論知識得到進一步升華，在教學中應用項目化教學方法指導學生應用理論知識進行PLC項目開發。

三、結束語

“金字塔”原理作為清晰展現理論思想組織的一種方法，在理論教學和學習中的應用可以幫助學生高效建立對理論知識的總體認知、構建知識之間的聯系，提升學生學習的積極性，為后續的實驗課程乃至工作打下堅實的理論基礎。經過《可編程控制器及其應用》教學實踐驗證，方法行之有效，可以在其他課程中予以推廣。

參考文獻：

[1]繆學勒.工業4.0推動機電一體化走向智能技術系統[J].自動化儀表，2016，37（1）：1.

[2][美]芭芭拉·明托.金字塔原理[M].汪洱，高愉，譯.南海出版公司，2013-11：10-11.

[3]田淑珍.S7-200PLC原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2010.