CDIO在應(yīng)用型大學(xué)PLC教學(xué)中的應(yīng)用

馮佩云

【摘 要】隨著教育教學(xué)改革的不斷進(jìn)行以及企業(yè)對(duì)學(xué)生應(yīng)用技能要求的不斷提高，迫切需要將CDIO工程教育理念應(yīng)用到實(shí)踐性較強(qiáng)的PLC課程的教學(xué)中。文章采用項(xiàng)目教學(xué)為載體，使課堂與項(xiàng)目，學(xué)習(xí)與思考，理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合貫通，達(dá)到了改善教學(xué)質(zhì)量、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的，實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)與工程意識(shí)培養(yǎng)的雙向互動(dòng)，培養(yǎng)和提升了學(xué)生解決綜合性工程問題的能力。

【關(guān)鍵詞】CDIO；實(shí)踐教學(xué)；PLC

The Application of CDIO in PLC Teaching of Applied University

FENG Pei-yun

（Yancheng Institute of Technology school of Electrical Engineering，Yancheng Jiangsu 224051，China）

【Abstract】With the constant reform of education and constantly improving students skills of application in company，It is urgently needed to applied the engineering education concept of CDIO to the teaching of PLC courses which is strong practicality.This article adopts project teaching as the carrier，making classrooms beside with projects，learning with thinking，and combining with theory and practice，realize the goal of improve teaching quality，mobilize students' learning initiative and enthusiasm， cultivate students' innovative ability， achieve two-way interaction of knowledge learning and cultivating engineering consciousness，promote students comprehensive engineering problem solving skills.

【Key words】CDIO；Practice teaching；PLC

0 引言

CDIO是由四所世界知名大學(xué)共同創(chuàng)立的工程教育改革模式，是構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐、運(yùn)行的縮寫[1]。它以產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐、運(yùn)行到廢棄和再利用的整個(gè)生命周期為載體，依托項(xiàng)目并強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)與實(shí)際項(xiàng)目全流程、各種情境的協(xié)同對(duì)接，讓學(xué)生以真實(shí)項(xiàng)目為學(xué)習(xí)對(duì)象，以操作技能為學(xué)習(xí)重點(diǎn)，以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間具有有機(jī)聯(lián)系的方式獲取工程能力，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)踐能力的密切結(jié)合，增長(zhǎng)科學(xué)技術(shù)知識(shí)，提高終生學(xué)習(xí)能力，人際溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而使學(xué)生更好的適應(yīng)社會(huì)工作崗位需求[2]。

可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC，作為現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要控制器，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，是電氣自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。如何更好的將課程從單一的理論教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)應(yīng)用的實(shí)踐性課程，從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)，提高與地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的適配性，根據(jù)電氣自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和用人單位就業(yè)崗位需求，在《PLC控制技術(shù)》課程中引入CDIO工程教育理念，通過設(shè)置基于PLC的綜合項(xiàng)目，對(duì)實(shí)體項(xiàng)目全環(huán)節(jié)、全流程的實(shí)踐操作技能訓(xùn)練，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的完美結(jié)合，提高學(xué)生基于實(shí)際工作崗位需求的工作能力[3]。

1 項(xiàng)目設(shè)置

PLC應(yīng)用技術(shù)已有50多年的發(fā)展歷程，具有綜合性強(qiáng)、覆蓋面廣、更新速度快的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)一線。作為一種應(yīng)用技術(shù)種類，與工程實(shí)踐結(jié)合非常緊密。而在傳統(tǒng)教學(xué)中注重基本知識(shí)、軟硬件系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)等理論知識(shí)的傳授，與實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重，學(xué)習(xí)的過程也只是從理論到理論，特別關(guān)于梯形圖，步進(jìn)指令的學(xué)習(xí)只是基于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降脑O(shè)計(jì)，忽略了工程模式下各種不確定因素處理的思想意識(shí)，課程結(jié)束后，雖然通過了考試，但不能在實(shí)際工作中熟練應(yīng)用技術(shù)，教學(xué)效果不佳。

根據(jù)CDIO模式的教學(xué)要求，結(jié)合地方高校發(fā)展理念和應(yīng)用型大學(xué)基本定位，在教學(xué)過程中加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，采用“工學(xué)結(jié)合，融入式教學(xué)”的教學(xué)方法和由實(shí)踐到理論的教學(xué)思路，從學(xué)習(xí)內(nèi)容的目的性出發(fā)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)過程的趣味性，使學(xué)生更直觀的了解自己所涉及的領(lǐng)域。課程組充分利用江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與校外實(shí)踐基地兩大資源，設(shè)計(jì)了基于PLC的項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，將具象化的整套開發(fā)流程移植到教學(xué)中，使理論與項(xiàng)目互為載體和導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際項(xiàng)目工程驅(qū)動(dòng)，覆蓋工業(yè)控制領(lǐng)域PLC的基本應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。項(xiàng)目教學(xué)資源如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目教學(xué)資源

教學(xué)內(nèi)容包括課堂教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合性實(shí)驗(yàn)等。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，以“項(xiàng)目為主線”并進(jìn)行分解，以若干“任務(wù)”為支撐，由淺入深，層層遞進(jìn)，將知識(shí)點(diǎn)與操作技能要點(diǎn)穿插到項(xiàng)目，項(xiàng)目?jī)?nèi)容及技能要求如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容及技能要求

圖2中，通過電機(jī)正反轉(zhuǎn)、十字交通燈、5自由度機(jī)械臂、觸摸屏、自動(dòng)販賣機(jī)、串行通信控制等六個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的項(xiàng)目設(shè)置，在覆蓋教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，使知識(shí)不斷深入，實(shí)踐能力得到規(guī)范化訓(xùn)練。其中，項(xiàng)目一，結(jié)合繼電接觸器控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生了解項(xiàng)目化的PLC基礎(chǔ)知識(shí)，熟練掌握基本I/O指令操作；項(xiàng)目二是在項(xiàng)目一的基礎(chǔ)上，將繼電接觸器全部替換，實(shí)現(xiàn)十字路口信號(hào)燈的控制；項(xiàng)目三對(duì)控制要求適當(dāng)加深，以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廣泛使用的機(jī)械臂為原型，通過設(shè)計(jì)和調(diào)試復(fù)雜順序控制系統(tǒng)，幫助學(xué)生熟悉順序和步進(jìn)控制方法；項(xiàng)目四是加強(qiáng)人機(jī)交流，使學(xué)生了解工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如何實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)互動(dòng)，使控制過程更加智能化，環(huán)境友好化；項(xiàng)目五開始涉及項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)用，不再是簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制，通過自動(dòng)果汁販賣機(jī)實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單的模擬量PID控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的PLC控制應(yīng)用；項(xiàng)目六通過串行通信控制，使學(xué)生掌握在復(fù)雜控制現(xiàn)場(chǎng)中，如何對(duì)多個(gè)PLC聯(lián)合控制達(dá)到穩(wěn)定、高效控制的目的，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到多個(gè)的深化延伸。endprint

按照課程學(xué)習(xí)計(jì)劃，將學(xué)習(xí)劃分為初、中、高三個(gè)階段。初級(jí)階段以項(xiàng)目一、二為代表，主要使學(xué)生掌握基本的PLC硬件結(jié)構(gòu)、基本指令、梯形圖、步進(jìn)指令，教學(xué)過程中以演示為主，帶動(dòng)學(xué)生對(duì)控制過程有基本的宏觀認(rèn)識(shí)，樹立目的導(dǎo)向思維，練就基本操作技能，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；中級(jí)階段是在掌握了一定的基礎(chǔ)知識(shí)后，在教師的指導(dǎo)下完成工作步驟的分解，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜順序和步進(jìn)控制功能，如項(xiàng)目三、四；高級(jí)階段是在學(xué)生已有一定的理論功底，具備初步的實(shí)踐能力，采用自主設(shè)計(jì)的方法，以實(shí)際項(xiàng)目為導(dǎo)向，進(jìn)一步提升理論基礎(chǔ)與實(shí)踐應(yīng)用能力，與社會(huì)工作崗位銜接對(duì)應(yīng)，將應(yīng)用型大學(xué)的精神灌輸其中，項(xiàng)目五、六的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意將CDIO模式的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐、運(yùn)行貫穿實(shí)踐過程中，真正鍛煉學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力、和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和能力。

2 考評(píng)

PLC控制技術(shù)是典型的實(shí)踐類課程，傳統(tǒng)試卷形式的考試脫離實(shí)踐，只是簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)知識(shí)堆疊背誦，簡(jiǎn)單指令的編寫，無法考核出學(xué)生的真實(shí)能力。基于CDIO模式下的教學(xué)考核從工程實(shí)踐出發(fā)，重點(diǎn)考察學(xué)生解決實(shí)際問題的能力、適應(yīng)現(xiàn)實(shí)工作崗位的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神[4]。這就要求教師在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐、運(yùn)行等各個(gè)階段跟蹤關(guān)注學(xué)生的表現(xiàn)，做出相應(yīng)的評(píng)價(jià)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)。在評(píng)價(jià)過程中應(yīng)注意四點(diǎn)：一是注重實(shí)踐為主的 考核方式，將理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用作為重點(diǎn)；二是增加學(xué)生自我評(píng)價(jià)和學(xué)生間互評(píng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、反思并改進(jìn)，從而提高能力；三是注重各個(gè)環(huán)節(jié)考核和整體考核并重；最后，在考核中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，整合資源，取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。通過加權(quán)求和得出最終考評(píng)結(jié)果，做到公平、公正、靈活。

3 結(jié)語

結(jié)合CDIO理念，以項(xiàng)目實(shí)踐為基礎(chǔ)的PLC課程教學(xué)中，將專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐能力、素質(zhì)培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來，通過實(shí)施項(xiàng)目調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性與積極性、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與獨(dú)立自主完成工作的能力、實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與企業(yè)崗位的對(duì)接。

【參考文獻(xiàn)】

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