基于CDIO理念的PLC教學(xué)方法研究

楊旭東

【摘 要】本文介紹了CDIO先進(jìn)的教育理念、PLC課程的特點(diǎn)以及在教學(xué)中存在的問(wèn)題，確立了運(yùn)用CDIO理念指導(dǎo)教學(xué)方法改革。針對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、組織過(guò)程、考核與評(píng)價(jià)機(jī)制等主要方面進(jìn)行了實(shí)踐和總結(jié)，并就相應(yīng)的策略予以了分析。

【關(guān)鍵詞】PLC；CDIO；教學(xué)方法

CDIO工程教育模式是由美國(guó)麻省理工學(xué)院等國(guó)際著名高等院校推出的一種新型的教育模式。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），是一個(gè)新型的高等工科教育模式。它是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為藍(lán)本，讓學(xué)生以主動(dòng)的態(tài)度、實(shí)踐的方法學(xué)習(xí)工程。培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，掌握實(shí)際生產(chǎn)工藝技能。獲得熟悉生產(chǎn)環(huán)境，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。使學(xué)生更加積極主動(dòng)地投入到學(xué)習(xí)生活中。

可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是一種在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的自動(dòng)化設(shè)備，它是PLC、變頻器、觸摸屏、工控機(jī)、組態(tài)軟件、現(xiàn)場(chǎng)總線等設(shè)備構(gòu)成的現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的核心。作為制造業(yè)三大支柱之一的PLC技術(shù)，已經(jīng)成為每個(gè)機(jī)電工程技術(shù)人員必須掌握的一項(xiàng)技術(shù)。PLC課程教學(xué)效果的好壞對(duì)畢業(yè)生的就業(yè)也將產(chǎn)生很大的影響。因此，該課程必須要有優(yōu)秀的教學(xué)理念，完善的教學(xué)設(shè)計(jì)，這樣才能取得良好的課程實(shí)施效果。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)教學(xué)方法是從PLC的基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始，介紹PLC的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理、PLC的編程指令、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。教學(xué)過(guò)程中，主要以教師為主導(dǎo)地位，學(xué)生為載體，被動(dòng)地接受知識(shí)。PLC應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)是綜合性較強(qiáng)，知識(shí)覆蓋面寬，新產(chǎn)品更新速度很快。如果理論內(nèi)容較多，理論與實(shí)際脫節(jié)，教學(xué)效果不會(huì)很好?；ㄙM(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)各種指令的語(yǔ)法，而不重視指令在實(shí)際工程中的使用方法，學(xué)習(xí)過(guò)程是被動(dòng)地接受各種知識(shí)而沒(méi)有培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，無(wú)法培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虘?yīng)用能力；在程序設(shè)計(jì)時(shí)，缺少實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施目標(biāo)，不能對(duì)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)分析、總體方案設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)。只是為了考試而編程，沒(méi)有建立工程的概念，對(duì)工程設(shè)計(jì)沒(méi)有深刻的理解；課程結(jié)束后對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有清晰的思路，難以達(dá)到令人滿意的學(xué)習(xí)效果。

PLC技術(shù)和變頻器以及人機(jī)界面的綜合應(yīng)用在工廠控制系統(tǒng)中廣泛使用。但是大多數(shù)院校并沒(méi)有專門設(shè)置PLC、變頻器和觸摸屏或者組態(tài)軟件綜合技術(shù)一體化教學(xué)課程。而是主要學(xué)習(xí)PLC、變頻器的理論，再加上各自獨(dú)立的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行教學(xué)。而且實(shí)踐課時(shí)偏少，學(xué)生往往只能掌握各門課的基礎(chǔ)技能。內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生無(wú)法從整體上把握控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的思路，也就無(wú)法體現(xiàn)“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作”的教學(xué)思想。另外PLC、變頻器和觸摸屏種類繁多，各種新產(chǎn)品層出不窮。當(dāng)畢業(yè)生就業(yè)時(shí)從事相關(guān)行業(yè)工作，如果沒(méi)有綜合性的項(xiàng)目培訓(xùn)，只是學(xué)會(huì)一些理論知識(shí)，所學(xué)專業(yè)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際存在一定的脫節(jié)。畢業(yè)生需要很長(zhǎng)時(shí)間才能適應(yīng)企業(yè)的需求，這就降低了人才的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 基于CDIO理念的教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式只注重理論環(huán)節(jié)。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，我們將先進(jìn)的CDIO教學(xué)理念引入PLC課程教學(xué)。從項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行，開(kāi)發(fā)PLC教學(xué)和實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合一體化的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有機(jī)型三菱FX系列PLC，開(kāi)發(fā)以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的課程標(biāo)準(zhǔn)。課程以項(xiàng)目為主線，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和原理等內(nèi)容貫穿其中，循序漸進(jìn)地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，內(nèi)容少而精，學(xué)生學(xué)起來(lái)不枯燥，而且項(xiàng)目基本涵蓋了工業(yè)控制領(lǐng)域PLC控制系統(tǒng)常用技術(shù)。

常用的項(xiàng)目包括以下幾個(gè)。項(xiàng)目一通過(guò)電機(jī)啟?？刂谱寣W(xué)生掌握PLC基礎(chǔ)知識(shí)及PLC的基本工作原理，包括基本指令應(yīng)用。項(xiàng)目二是電動(dòng)機(jī)Y-△降壓?jiǎn)?dòng)，主要學(xué)習(xí)定時(shí)器編程使用方法。項(xiàng)目三是工作臺(tái)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制，學(xué)習(xí)行程開(kāi)關(guān)和計(jì)數(shù)器的使用方法。項(xiàng)目四是氣動(dòng)機(jī)械手的控制，讓學(xué)生掌握順序控制的方法，學(xué)習(xí)氣動(dòng)電磁閥的控制。項(xiàng)目五是立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)步進(jìn)電機(jī)控制指令的使用。項(xiàng)目六是變頻器多段速控制，包括丹佛斯、三菱、西門子等機(jī)型，采用不同方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制。項(xiàng)目七是模擬量的溫度控制，可通過(guò)內(nèi)部模擬量指令實(shí)現(xiàn)控制，學(xué)習(xí)使用PID指令實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。項(xiàng)目八是觸摸屏、PLC的液體混合控制，學(xué)習(xí)使用觸摸屏設(shè)計(jì)人機(jī)界面以及和PLC相互通信。項(xiàng)目九是觸摸屏與變頻器、PLC恒壓供水控制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)用觸摸屏、PLC、變頻器相結(jié)合的控制方式，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)信息簡(jiǎn)潔豐富的人機(jī)界面，并且可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。PLC技術(shù)的發(fā)展方向之一是網(wǎng)絡(luò)化與智能化，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，PLC通訊聯(lián)網(wǎng)功能將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大。這十個(gè)項(xiàng)目基本涵蓋了PLC教學(xué)要求中的知識(shí)點(diǎn)。使學(xué)生逐漸將理論與實(shí)踐相結(jié)合，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)各個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生會(huì)在學(xué)習(xí)中充滿成就感。

項(xiàng)目的選擇是精心安排安排的，按照知識(shí)點(diǎn)合理分配的原則。而且每一個(gè)項(xiàng)目都應(yīng)該是實(shí)際項(xiàng)目，來(lái)自于生產(chǎn)一線，同時(shí)應(yīng)用比較廣泛。按照項(xiàng)目的知識(shí)連貫性和學(xué)生的能力基礎(chǔ)，把整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程分三個(gè)階段，每一個(gè)階段包括三個(gè)項(xiàng)目。在第一階段，學(xué)生對(duì)相應(yīng)的PLC理論知識(shí)與電氣實(shí)踐技能還不了解，需要通過(guò)教師示范教學(xué)引導(dǎo)，這樣學(xué)生才能適應(yīng)以項(xiàng)目為核心的教學(xué)方法，初步學(xué)習(xí)完成項(xiàng)目的具體步驟，為后續(xù)項(xiàng)目教學(xué)組織奠定良好基礎(chǔ)。第二階段，學(xué)生通過(guò)第一階段的學(xué)習(xí)，初步掌握了實(shí)施項(xiàng)目工作的具體步驟與常用的實(shí)踐技能，已經(jīng)掌握了一定的理論知識(shí)，項(xiàng)目四、五、六這四個(gè)項(xiàng)目屬于第二階段內(nèi)容，指導(dǎo)教師不用示范教學(xué)而是制定概要的項(xiàng)目步驟，學(xué)生依據(jù)步驟完成任務(wù)，目的是加強(qiáng)學(xué)生的進(jìn)一步自己獨(dú)自完成項(xiàng)目的能力；在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，要重點(diǎn)使學(xué)生掌握提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。提出合適的問(wèn)題，才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。第三階段，也就是綜合項(xiàng)目階段，學(xué)生已經(jīng)具有初步的專業(yè)知識(shí)和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。通過(guò)本階段訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合項(xiàng)目能力，通過(guò)實(shí)際的綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生的專業(yè)技能能力、解決問(wèn)題能力、團(tuán)結(jié)組織能力和人際交往能力得到很大提高。通過(guò)三個(gè)階段的努力，學(xué)生找工作時(shí)，非常受到用人單位的歡迎。需要重點(diǎn)指出項(xiàng)目必須來(lái)源于常用的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，每一個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目都包括構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行（CDIO）四個(gè)環(huán)節(jié)，真正在理念上貫徹這個(gè)理念。尤其重要的是初級(jí)階段的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，每個(gè)項(xiàng)目中包含的知識(shí)點(diǎn)不能過(guò)多過(guò)難，也就是說(shuō)學(xué)習(xí)訓(xùn)練負(fù)荷不能太大，要讓學(xué)生有邊學(xué)習(xí)邊思考的時(shí)間，重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容要經(jīng)過(guò)反復(fù)訓(xùn)練。項(xiàng)目?jī)?nèi)容的選擇非常重要，需要具有豐富經(jīng)驗(yàn)的教師設(shè)計(jì)。

3 項(xiàng)目實(shí)施的教學(xué)組織過(guò)程

項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中，基于CDIO教學(xué)理念，按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作、評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，認(rèn)真體驗(yàn)做中學(xué)、學(xué)中做。任何知識(shí)的運(yùn)用與能力的培養(yǎng)都不是一蹴而就的。能力的培養(yǎng)如果僅僅是學(xué)生被動(dòng)的在課堂訓(xùn)練，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，學(xué)生課后也需要全心投入。在CDIO教育理念下，提示學(xué)生對(duì)項(xiàng)目中所涉及的各種知識(shí)自己需要主動(dòng)的學(xué)習(xí)。資料的查找，實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用情況，都是學(xué)生在課外調(diào)查研究。

CDIO理念培養(yǎng)人的綜合能力，注重學(xué)生的整體素質(zhì)的提高。在課改教學(xué)組織過(guò)程中，課程組成員采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由學(xué)生獨(dú)自完成項(xiàng)目，稍微復(fù)雜的控制系統(tǒng)由老師指定小組分工合作。通過(guò)課內(nèi)學(xué)生相互之間的評(píng)價(jià)和交流，學(xué)生借鑒他人經(jīng)驗(yàn)的能力；交流溝通能力；知識(shí)的應(yīng)用移植能力；自學(xué)能力都得到了較好的鍛煉。

課程評(píng)價(jià)改變傳統(tǒng)的閉卷考試為主的方式。過(guò)程考核成為最重要的部分，其中過(guò)程考核占70%，筆試考試占30%。更加注重學(xué)生細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)，重視培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的習(xí)慣，注重解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4 總結(jié)

在PLC教學(xué)中體現(xiàn)CDIO理念，以項(xiàng)目為目標(biāo)，把專業(yè)知識(shí)、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)融入到每一個(gè)項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中。學(xué)習(xí)內(nèi)容圍繞項(xiàng)目這個(gè)核心進(jìn)行，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。評(píng)價(jià)方式的改革，避免了閉卷筆試的弊端。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，團(tuán)隊(duì)合作能力。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]