基于CDIO模式高职“可编程序控制器”实践教学研究

江德松

【摘 要】本文基于CDIO工程教育模式对高职院校可编程序控制器应用技术课程的实践教学系统进行了研究。阐述了目前高职可编程序控制器实践教学存在的主要问题，提出了基于CDIO模式实践教学体系的构建、采用的方法，以及设计出以“构思-设计-实施-运作”为一体的实践教学。

【关键词】CDIO模式；可编程控制器；教学研究

0 引言

PLC应用技术课程是高职院校一门实用性和综合性很强的专业课，与工程实际联系紧密，因此强化实践教学环节至关重要，不仅可以让学生更加深刻地理解和掌握PLC原理和应用，培养学生的动手能力和实际操作能力，还可以培养学生良好的工程意识、较强的实践能力、敏锐的创新能力[1]。

CDIO工程教育模式代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）[2]。构思阶段——明确任务和任务的准备，即要学生明白自己做什么；设计阶段——项目实施的方案设计，即要学生自己设计项目实施方案；实施阶段——项目实施，即要学生自己动手完成项目；运作阶段——项目的评价，根据任务要求，对学生完成情况进行评价和反馈。在PLC应用技术课程实验教学中引入CDIO模式，打破传统实验教学模式，不再以教师为中心和做验证型实验，而是要求学生自主设计和完成实验内容，实现被动接受教育到学生自主创新、设计和实施的转变[3]。

1 实践教学存在的主要问题

1.1 重理论、轻实践的观念根深蒂固

长期以来，由于受传统教育观念的影响，一些高职院校重理论知识传授、轻动手能力培养，忽略了实验教学在高职院校中的地位和作用。认为实验教学是理论教学的附属物，是专门为理论教学服务的或者是可有可无的。

1.2 验证型实验多，创新型实验少

传统的实验教学偏重于对所学知识的验证，注重对理论知识的复习和一般实验操作技能的训练，一般操作性实验较多，而综合设计性实验较少。在实验方法上仍然是实验室人员将有关仪器设备准备好，学生只需按照教师的讲课要求和实验指导书规定的程序和步骤进行实验，在整个实验过程中学生是被动地学习，缺乏独立思考和创造性思维，因此造成学生学习兴趣和积极性不高[4]。

2 基于CDIO模式实践教学体系的构建

实践教学体系的构建是实践课程教学的重要组成部分，如何充分利用实训室的硬件资源，构建科学合理的实践教学体系，是实践课程教学所面临的问题。本文提出以基于CDIO模式的PLC应用系统开发的工作过程为导向，建立分层次的实践教学体系。

2.1 基础型实验

该实验以培养学生基本能力为主，目的是巩固和加深对本课程的理论知识的理解和掌握，重点培养学生掌握实验基本方法和技能。

2.2 综合型实验

实验内容侧重综合应用所学知识。以典型的产品或工程项目为载体，提出实验实训任务与要求，给定PLC控制系统实现的功能和技术指标，由学生自己拟定实验实训实施方案，并完成实验任务，从而培养学生分析问题，解决问题的能力。

2.3 创新型实验

培养学生参加各种创新、生产实践方面的科研和PLC项目的竞赛等活动。通过科研项目或大学生自主创新项目，让学生通过查阅资料、设计实施方案、设计硬件、编写程序、组织实验、撰写总结报告等过程，获取新的知识和经验，锻炼科研创新能力，从而培养学生的创新意识和创新精神[5]。

三层次实践教学过程由易到难、逐渐深入，符合职业成长规律。以项目为载体，结合工程实际，以实用性、典型性和综合性等精选设计实验实训项目，其教学过程是“从完成简单任务到完成复杂任务”的能力发展。PLC应用系统项目在选择时，应注意以下几点：

具有典型性：PLC在工业控制中应用非常广泛，选择在工业控制中最具代表性、普遍性的控制系统，让学生能够完成知识目标的学习；

具有完整性：每一个项目都是一个完整的PLC应用控制系统，学生能够通过该项目的学习实现学习过程与工作过程相结合；具有可设计空间：能让学生举一反三，巧妙的“真实再现”并能够实现迁移；

具有创新性：能紧贴新技术、新工艺的发展，项目的选择与时俱进。

3 基于CDIO模式实践教学的实施

如何让学生理解构思—设计—实施—运作，就要让学生融入到围绕C-D-I-O而组织的实践场所来。利用该实践场所，以项目为载体，进行教、学、做一体化的实验实训[6]。因此实训室的设计要满足构思—设计—实施—运作这四个阶段的条件。

3.1 实训室规划

基于CDIO模式PLC实训室建设与传统的PLC实训室不同，PLC实训室在建设中引入企业真实的工作场景、文化氛围，按照PLC应用系统开发流程来布置。要满足为学生提供操作和主动学习的空间，还要能够提供学生查阅资料、讨论、设计和创新工作空间。因此PLC实训室设计平面布置如图1所示。

图1 PLC实训室设计平面布置

3.1.1 学习讨论区

主要是教师布置项目，对项目要求和完成本项目需要的知识进行简要的讲解，以及对学生进行分组，确定组长，实行组长负责制。学生根据对项目要求的理解，讨论项目实施方案的制定。这个过程是查阅资料，对已有典型电路和简单控制系统的理解、学习的过程。

3.1.2 设计区

主要进行项目实施的方案设计，学生对项目的要求进行分析和理解，完成电路原理图的绘制、元器件选型和PLC程序设计等工作，从而培养学生对电气元器件的选型能力、电气绘图能力和程序设计能力等。

3.1.3 实施（操作）区

要学生自己动手完成项目，将自己选择元器件安装在电气柜中，再根据原理图进行硬件接线，然后将编写好的程序下载到PLC中去，并进行程序调试，实现可运行的PLC控制系统。

3.1.4 运作区

该区主要完成项目的评价，每小组将自己完成控制系统进行运行展示和答辩，教师对学生完成情况进行点评以及小组互评，在此要制定教师和小组评价标准，合理的考核制度和标准既是督促又是点评和评判[7]。

3.1.5 图书资料室

学生在完成项目实施方案设计时，需要查阅资料可以到图书资料室进行查阅，配有电脑并且能够上网，方便学生查阅资料。

3.2 实践教学采用的方法

采用项目驱动，任务引领一体化教学，教师通过实践调研，设计出典型的项目，然后将项目划分若干任务，在进行PLC实践教学时，将任务布置给学生，让学生根据任务的要求进行任务的分析，制定实施方案，选择完成任务所需元器件，然后将选择元器件在实验台或电气柜中进行安装、接线，程序设计，并运行调试，最后老师对学生完成任务进行检查和评价。

4 结束语

基于CDIO模式“可编程控制器”实践教学改革，通过在我校PLC实验实训课程教学实施过程中，无论教师还是学生都感受到了新的教学模式带来的冲击，调动学生学习的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和实践操作观念。提高实践教学质量，改善实验室的教学功能。培养学生实践动手能力、创新能力和工程实践能力。

【参考文献】

[1]何文广，李伟，刘桂波，国绍文.基于CDIO模式的高校实践教学改革探索[J].价值工程，2013（05）.

[2]张福贵，张斌兵，何建新，杨玲.CDIO教育模式下学生科技创新实验室的建设[J].经济研究导刊，2011，6（28）.

[3]易明.基于CDIO模式下“PLC应用技术”课程改革[J].职教通讯，2012（15）.

[4]杜文娟.强化实验室建设培养高职应用型人才[J].河北北方学院学报：自然学报，2007，10（5）.

[5]齐蓉，林辉，刘卫国.“可编程控制器”创新型、设计型实验教学改革与实践[J].第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会.

[6]李芳丽.基于CDIO工程教育理念下的数控实训教改探索[J].装备制造技术2012，2（05）.

[7]赵林.基于CDIO理念的高职院校单片机实验实训室建设[J].教育研究，2012.

[责任编辑：杨玉洁]