王勛

摘要：本文將CDIO工程教育理念引入到電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)改革中，針對課程中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考評方式等主要方面提出了具體的改革措施，并取得了良好的效果.

關(guān)鍵詞：CDIO;應(yīng)用型;PLC;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）04-0146-02

CDIO即Conceive、Design、Implement、operate四個單詞的縮寫，是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過四年的研究和探索共同創(chuàng)立的教育改革成果[1-4].CDIO教育模式不同于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，是“做中學(xué)”和“基于項目教育和學(xué)習(xí)”的概括和表達，學(xué)習(xí)過程以實踐項目為中心，學(xué)生通過項目實踐的學(xué)習(xí)過程，逐漸掌握項目構(gòu)思、項目設(shè)計、項目實施到項目運行的全過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生的實踐能力和綜合應(yīng)用能力[5，6].在PLC的教學(xué)過程中引入CDIO教育理念，旨在教學(xué)的各個過程中進行研究和改革，有效的提高教學(xué)質(zhì)量.

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的不足

PLC控制技術(shù)是一門在繼電器-接觸器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項具有可靠性高、編程與調(diào)試相對簡單、應(yīng)用性強的控制技術(shù).而PLC教學(xué)教材內(nèi)容一般是從PLC的概述與原理開始，逐一介紹PLC的硬件系統(tǒng)配置與I/O接口、PLC的軟件編程語言指令、PLC的功能指令和PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計，造成其理論內(nèi)容較多，與之配合的實踐部分較少或?qū)嵺`教學(xué)時間不足的情況;另外，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要花費大量的時間來記憶PLC的各種基本指令和功能指令，而不重視這些指令在任務(wù)和項目中的各種使用方法，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是通過被動的機械化的記憶過程來接受知識，無法真正的培養(yǎng)學(xué)生的主觀意識與應(yīng)用能力，達到以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)模式.在實驗課程方面，傳統(tǒng)的PLC課程實驗一般都是基于實驗箱基礎(chǔ)上的驗證性實驗，學(xué)生只需根據(jù)指導(dǎo)書的內(nèi)容進行簡單連線、程序編譯，學(xué)生很難對PLC的硬件部分和軟件部分形成系統(tǒng)的認識，也無法把握實驗任務(wù)的整體設(shè)計與開發(fā)思路.在課程考核方面，課程采用期末考試形式，學(xué)生學(xué)習(xí)只是為了應(yīng)付考試，對學(xué)習(xí)沒有興趣，缺少主動參與的熱情;課程結(jié)束后不會使用PLC進行控制系統(tǒng)設(shè)計，難以達到PLC課程教學(xué)要求.在課程設(shè)計方面，PLC控制技術(shù)是一門綜合應(yīng)用性技術(shù)，其內(nèi)容涵蓋了電機學(xué)、傳感器、變頻器和組態(tài)軟件綜合技術(shù)等學(xué)科，但是大多數(shù)院校只是專門設(shè)置了每一門課程的教學(xué)內(nèi)容和獨立的驗證性實驗，并沒有綜合性的任務(wù)與項目培訓(xùn)課程，學(xué)生在設(shè)計任務(wù)或項目時，無法形成一個獨立完整的設(shè)計思路，也就無法體現(xiàn)CDIO工程教育模式中“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作”的教學(xué)思想.

2 基于CDIO模式下的教學(xué)改革

2.1 改革教學(xué)模式

CDIO模式下的教學(xué)改革理念是改變?nèi)握n教師以課堂理論教學(xué)為主，學(xué)生只是被動的接受理論內(nèi)容和程序設(shè)計，將CDIO教學(xué)模式引入課堂，從課程開始就把課堂教學(xué)與項目實踐相結(jié)合，課程以項目實踐為主線，通過簡單的實踐項目讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本知識，再通過所學(xué)的知識，不斷改進提高來完成新的實踐項目，達到轉(zhuǎn)被動為主動學(xué)習(xí)的目的.

2.2 基于CDIO的電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程體系

本文基于CDIO的電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程體系共有四個項目構(gòu)成.其中項目一是由電機控制和信號燈控制兩個部分組成，這兩個部分所用到的控制器件是PLC控制系統(tǒng)中最常用到的兩個控制器件.其中電機控制部分主要是讓學(xué)生了解PLC的基礎(chǔ)知識和基本應(yīng)用，它主要是從PLC的基本邏輯指令，簡單的功能指令，硬件外圍設(shè)計來讓學(xué)生對PLC有個整體的理解;而信號燈控制部分主要是讓學(xué)生掌握PLC的基本應(yīng)用和基本設(shè)計方法，它主要是從邏輯電路設(shè)計方法角度，讓學(xué)生能夠用簡單的PLC梯形圖語言實現(xiàn)任務(wù)設(shè)計.項目二是由觸摸屏控制和變頻器控制兩個部分組成.其中觸摸屏部分主要是讓學(xué)生學(xué)會通過建立人機界面實現(xiàn)對電機的實時監(jiān)控;變頻器部分主要是讓學(xué)生學(xué)會使用變頻器對電機進行調(diào)速控制.項目三是由經(jīng)驗設(shè)計法和順序控制設(shè)計法兩個部分組成，它主要是從設(shè)計方法角度讓學(xué)生學(xué)會分析和設(shè)計控制程序.項目四是由串行通信控制和網(wǎng)絡(luò)組建兩個部分組成.西門子S7型PLC支持多種形式的通信設(shè)備，其中串行通信控制部分主要讓學(xué)生學(xué)會使用USB/PPI通信電纜實現(xiàn)PLC、觸摸屏及變頻器的通信控制;網(wǎng)絡(luò)組建部分主要是讓學(xué)生了解西門子PPI網(wǎng)絡(luò)的組建方法，掌握網(wǎng)絡(luò)讀寫指令的編程應(yīng)用.這四個項目基本涵蓋了PLC教學(xué)大綱的所有知識點，學(xué)生可以通過完成由易到難的實踐項目，來主動學(xué)習(xí)課本中的基礎(chǔ)知識，以獲得完成項目的成就感.

2.3 課程實踐手段

在教學(xué)過程中，還需根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和進度，適當調(diào)整這四個項目的任務(wù)數(shù)量，難易程度，以達到更好的教學(xué)質(zhì)量.根據(jù)CDIO工程模式教育，把項目學(xué)習(xí)過程分為四個階段，每個階段都是以項目貫穿始終，教師在講解每個項目前先將所需的基礎(chǔ)知識和任務(wù)要求進行講解，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的設(shè)計思路和方法，學(xué)生根據(jù)設(shè)計步驟，完成項目構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)到運行.

以項目一信號燈控制為例來說明四個階段的學(xué)習(xí)過程.在第一階段，學(xué)生尚不具備PLC的基本理論知識和實踐技能，而傳統(tǒng)的以實驗箱為基礎(chǔ)的實驗課程又起不到學(xué)習(xí)演示作用.為此可以在原有實驗箱基礎(chǔ)上，改進實驗課程的軟件和硬件部分，簡化實驗程序，充分利用好實驗箱的演示作用.例如在項目一中，實驗箱節(jié)日彩燈的邏輯程序十分復(fù)雜，可以適當簡化程序邏輯，設(shè)置三個按鈕控制三組燈演示實驗，讓學(xué)生對實驗項目的設(shè)計步驟有個充分的了解，對所學(xué)的基本邏輯指令使用也有了更深層次的理解.在第二階段，學(xué)生尚不具備獨立完成任務(wù)的能力，對設(shè)計步驟和方法也缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗，教師通過給定任務(wù)設(shè)計流程圖和設(shè)計步驟，指導(dǎo)學(xué)生進一步掌握任務(wù)設(shè)計過程.例如在項目一中，通過設(shè)置一個按鈕控制三組燈任務(wù)，教師通過給定好的控制要求、初步方案、硬件電路和設(shè)計流程圖，學(xué)生根據(jù)要求獨立完成任務(wù)，進一步加強了學(xué)生對任務(wù)設(shè)計過程的學(xué)習(xí).在第三階段，學(xué)生已經(jīng)對任務(wù)的整個完成過程有了一定的了解，尤其是任務(wù)程序設(shè)計部分，但還是缺乏對外部I/O接口部分的硬件設(shè)計，教師通過講解一些常用的硬件設(shè)備的使用，讓學(xué)生學(xué)會正確的使用和配置外圍硬件部分，并進一步加強整個任務(wù)設(shè)計過程.例如在項目一中，設(shè)置基于觸摸屏的電機信號燈控制任務(wù)，學(xué)生不僅需要掌握信號燈外圍電路設(shè)計與接線，還需要學(xué)會利用觸摸屏實現(xiàn)任務(wù)信號的控制，從硬件學(xué)習(xí)角度進一步加強對整個任務(wù)實現(xiàn)過程的理解.在第四階段，學(xué)生已經(jīng)具備基本的專業(yè)知識和一定的實踐能力，教師通過設(shè)置綜合性、實際性強的項目，來提高學(xué)生的綜合能力;學(xué)生可以組建項目團隊，通過團隊合作來共同完成整個項目.例如在項目一中，設(shè)置三層電梯數(shù)字信號燈顯示控制項目，學(xué)生通過組建項目團隊，研究控制要求，設(shè)計初步控制方案，根據(jù)控制要求確定和繪制接線圖和主電路圖，設(shè)計PLC邏輯程序，模擬仿真，完善控制要求，最終達到實現(xiàn)項目運行的整個過程.

3 基于CDIO模式的教學(xué)考評方式

傳統(tǒng)的課程教學(xué)考評方式基本是平時表現(xiàn)占總成績的20%，卷面成績占總成績的80%，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，會更加注重結(jié)果化的考核形式.本文基于CDIO模式的教學(xué)方式是采取任務(wù)和項目貫穿整個教學(xué)過程，更加注重過程化的考核，重點放在每個項目的完成情況，其中包括學(xué)生獨立思考，完成項目軟件、硬件、調(diào)試及運行情況;團隊協(xié)作完成項目構(gòu)思，設(shè)計、調(diào)試、運行及項目答辯情況.課程分數(shù)設(shè)置為100分制，過程化考核即項目完成情況占總成績的40%，其中主要考核學(xué)生獨立和團隊合作完成項目情況;卷面成績占總成績的40%，其中主要考核學(xué)生的理論知識和簡單任務(wù)設(shè)計題目;平時表現(xiàn)占總成績的20%，其中包括出勤，作業(yè)和課堂表現(xiàn).

4 結(jié)語

本文基于CDIO模式的PLC教學(xué)體系，以項目教學(xué)為主線，學(xué)生為主體，把理論知識和實踐設(shè)計充分融入到教學(xué)過程中，學(xué)生在完成項目的同時，理解理論與實踐的重要性，明確學(xué)習(xí)理論知識的目標，更好的促進學(xué)生自我與團隊的綜合實踐能力，達到畢業(yè)能上手的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標.

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