基于IPT—CDIO的PLC控制系統的設計與運行課程創新

劉小春

摘要： 結合當前職業教育創新的方向，就CDIO工程教育模式在PLC課程創新中的具體應用進行了介紹，實踐證明，根據學生學情，借助信息化教學方法和手段，采用CDIO工程教育模式符合PLC課程特點，有利于培養學生工程應用能力。

Abstract： According to the current direction of vocational education curriculum innovation， this paper introduces the application of CDIO engineering education model in PLC course teaching. The result shows that using CDIO engineering education mode accords with PLC course characteristics. It is conducive to train students' engineering application ability.

關鍵詞： CDIO;PLC;課程創新

Key words： CDIO;PLC;curriculum innovation

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0258-03

0 引言

PLC控制系統的設計與運行是電氣自動化技術、機電一體化技術等專業的一門核心課程，是技術性、實踐性要求很高的一門專業技術應用課，課程綜合了電子技術、電機拖動及應用、繼電控制技術、計算機技術等多種技術，為培養電氣控制系統設計、調試、維護等專業人才服務，對個人能力、人際團隊能力、工程系統能力的培養要求也較高。

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它是近年來國際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學院（MIT）和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究組經過四年的探索研究而創立，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，它指的是一種學習過程。CDIO遵循工程教育理念將培養能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，在高職工科類專業教學中具有很強的可操作性，對高職工科類課程教學改革具有較好的指導作用。綜上所述，對接區域產業（裝備制造業）發展重點，確定我院電氣自動化技術專業在智能制造背景下，在PLC課程內實施CDIO工程教育模式具有非常重要的意義。我院在此基礎上創造發展了“IPT-CDIO”的工程教學模式并實踐于PLC課程教學取得了良好的教學效果。IPT是指興趣I（Interest）、項目P（Project）、團隊T（Team），是指教學遵循的原則和教學組織。

1 PLC課程現狀分析

1.1 課程教學內容 PLC控制針對工業控制系統中較復雜的電氣控制而產生，用于實現邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。在現場既可控制一臺生產機械、一條生產線，又可控制一個生產過程，是現代工業控制中的主要設備之一。課程教學內容主要包括常用的指令、電氣控制系統的分析、設計與實施及故障處理。課程的培養重點是學生對電氣控制系統的設計、安裝、調試、維護和管理能力。由此可見，該課程的培養要求及目標與CDIO工程教育模式的培養過程及目標完全對接，因此，該課程完全適合采用CDIO工程教育模式。

隨著工業4.0時代的到來，中國制造業也進入中國智造階段，自動化技術是智能制造的核心。中國機械工業聯合會副會長、機械工業信息研究院院長王文斌認為，對我國自動化發展問題的研究，以及對智能制造輿情的監測分析顯示：當前階段我國要發展智能制造，首先要大力開展自動化補課運動，只有大多數工業企業在生產、庫存、管理、決策等方面信息化自動化達到一定水平，工業4.0才有實現的產業基礎。智能制造其本質是一種人機一體化智能系統，是機器智能與人的智能的集成。在生產過程中擔任核心地位的人必須掌握機器智能才能實現人機一體化，才能相得益彰，縮短產品生產周期，提高生產效率。PLC技術是工業控制的核心技術之一，PLC課程作為自動化專業的核心課程，必須緊跟時代步伐，及時更新課程內容，保證其先進性，才能保證人才的培養符合現場需求。現階段S7-200CN于2017.10退市，新的項目將移植到其他可以滿足要求的S7-200 SMART、S7-1200等PLC產品，而大多數學校對西門子PLC的學習仍停留在S7-200。故PLC課程內容亟需更新。

1.2 課程教學模式 經歷了中國職業教育的快速發展期，在學習國外先進職業教育理念與模式的基礎上，我院PLC課程也經歷了基于工作過程的行動導向任務引領型教學改革，并取得較好的教學效果，學生的技能得到了大幅提高。然而教育要以人為本，要從滿足人的基本需求出發，根據不同時期、人的不同特點，實現不同層次的發展。

信息化時代的到來打破了書本是知識主要傳播載體的狀況，使教育邁入了全新的時代，對教育和學習行為都產生了深遠的影響。傳統傳授型的教師必將被淘汰，具有現代化教學觀念的教師，應從傳統意義上的知識的傳授者轉變為學習的組織者和協調者，即對學生的學習活動進行指導、計劃、組織和協調，注重培養學生自我學習及獲取信息和知識的能力。因此，教學也必須根據學生學情，根據信息技術的發展，順應時代潮流采用合適的教學組織、改革教學方法和教學手段，激發學生學習興趣，提高課堂學習效果。基于工作過程行動導向的教學方法雖然按企業現場典型工作項目對學生進行引導學習，但如果缺乏行之有效的信息化教學方法和手段，學生在課堂上興趣不高，主動性不強，依然達不到預期的效果。

2 基于“IPT-CDIO”的工程教學模式創新

2.1 改革思路 借鑒國際CDIO工程教育模式，與西門子中國有限公司培訓中心、與自動化企業校企合作，開展課程建設，梳理整合教學內容，共同制定課程授課內容、授課計劃、教學項目，共建實踐條件;以學生為主體，以“興趣是學習的動力”為指導，調整教學組織，采用信息化教學方法和手段，強化工程應用能力的培養，按基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力為培養目標，改革課程考核和評價標準，將考核體現在構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）全過程項目式理實一體化教學過程中;建設符合IPT-CDIO工程教學模式的立體化教學資源。

2.2 基于“IPT-CDIO”的課程項目設計 CDIO 的特點是教學過程貫穿產品生命周期。因此課程項目的選取至關重要，既要符合工程實際，同時又要融入序化的課程知識與技能。PLC課程以項目為主線組織課程教學，并根據學生對知識的理解和掌握程度從基礎知識與技能的訓練至綜合系統不斷加深，最終使學生具備工程系統設計與實施能力。課程以常見的送料小車自動往返工程項目為主線，通過控制功能擴展，引導學生從易至難不斷攀登PLC的技術與技能高峰，最后再通過幾個現場工程項目的設計與實施進一步鍛煉學生的技術技能移植能力。課程項目安排與對應知識、技能及能力層次關系如表1所示（以S7-1200為例）。

2.3 基于“IPT-CDIO”的課程教學設計 IPT的重點是以學生為本，以激發學生學習興趣為導引。基于信息化時代學生的學情特點，課程組開發了適合學生的PLC教學方法和手段。

①信息化教學資源建設。信息化時代，課程已經不再是傳播知識的主要渠道，學生隨時隨地都可以通過互聯網進行主動，碎片式學習。老師在進行教學組織的同時必須開發相應的資源有步驟地引導學生完成課程知識體系的構建，因此必須建設系統化的輔助教學資源。本課程的資源主要分為職教新干線《PLC控制系統的設計與運行》空間課程、愛課程在線開放課程。其中空間課程主要資源為課堂授課視頻及部分微課視頻、PPT、課件等電子資源，適合學生系統學習;愛課程在線開放課程則以微課小視頻、小測試為主，適合學生碎片式學習，答疑式學習。

②課前組織。信息化時代的到來不可避免地使手機成為學生隨身攜帶的一項重要工具，如何使手機不成為學習的障礙，而成為學習的好幫手，關鍵在于老師的正確引導。本課程的教學組織通過藍墨云班課進行，課前教師利用藍墨云班課平臺更新資源，將項目要求、電子教材、PPT、動畫、微課視頻上傳平臺，這樣學生在課前既可以通過愛課程網站在線開放課程學習，也可以方便地利用手機在云班課中學習。通過觀看與學習，引導學生進行構思與設計，為完成項目做好課前準備;最后完成課前測試，檢測課前學習效果，使教師了解到學生對該部分課程知識的掌握程度，從而有利于教師分析學生情況，有效組織課堂教學并作為過程考核依據。

③課內組織。教師根據課前統計結果，在課堂上對錯誤率比較高的問題進行統一解答，然后按小組形式答疑并組織學生開展課程項目的構思-設計-實現-運作，老師在該過程中只起組織、協調及答疑作用。課內實施階段，學生隨時可以再通過信息化渠道鞏固知識點和技能點的學習，

保證項目的成功實施。不同階段的項目，課程的組織形式也會發生變化。圖1是PLC課程課堂內各階段的教學組織及教與學的方法，從圖中可看成，隨著課程的深入，學生在“學中做、做中學”的主體作用日益凸顯，而老師從初級階段的主角逐漸演變為起協調、組織的主導者。

3 ?結語

經過兩年的教學試點，《PLC控制系統的設計與運行》取得了較好的教學效果。教師開發了大量教學資源，由于資源的開發本意是為了輔助課堂教學，故針對性強，學生利用率高，切實起到了課前學習，課中答疑的翻轉的效果。同時信息化教學資源大部分為視頻，每個視頻講授時間短，在學生能接受的持續學習范圍內，且方便利用手機學習，符合學生碎片化學習的特點，學習過程中伴隨通關小測驗，游戲化特點進一步提升了學生興趣。課堂內容通過項目引導，從易至難不斷擴展，符合學生認知規律;每個項目采用構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）的工程實施全過程，在學習過程中以小組為單位，學生扮演不同角色，既熟悉了現場項目實施流程，又實踐了不同工作崗位要求，并鍛煉了團隊協作能力，使學生的專業綜合素質得到了全面提高。同時，通過課程的試點，教師信息化教學資源制作能力、信息化教學能力都得到了大幅提高，課程組老師參加信息化教學比賽獲得湖南省一等獎。

參考文獻：

[1]呂元君，等.基于CDIO理念的高職“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術”課程教學改革[J].職業教育研究，2014（5）.

[2]丁金林，等.CDIO在PLC教學改革中的應用[J].蘇州市職業大學學報，2013（3）.

[3]李勝多，基于FEDT_CDIO理念的“電氣控制與PLC技術”課程群教學改革研究[J]. 中國電力教育，2014（12）.

[4]潘海燕.CDIO視覺下的MOOC課程教學改革探索[J].佳木斯職業學院學報，2016（02）.

[5]李紅.借鑒CDIO理念進行《PLC原理及應用》課程改革實踐[J].遼寧科技學院學報，2015（03）.