CDIO在应用型大学PLC教学中的应用

冯佩云

【摘 要】随着教育教学改革的不断进行以及企业对学生应用技能要求的不断提高，迫切需要将CDIO工程教育理念应用到实践性较强的PLC课程的教学中。文章采用项目教学为载体，使课堂与项目，学习与思考，理论与实践的有机结合贯通，达到了改善教学质量、调动学生学习主动性与积极性、培养学生创新能力的目的，实现知识学习与工程意识培养的双向互动，培养和提升了学生解决综合性工程问题的能力。

【关键词】CDIO；实践教学；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共同创立的工程教育改革模式，是构思、设计、实践、运行的缩写[1]。它以产品从构思、设计、实践、运行到废弃和再利用的整个生命周期为载体，依托项目并强调理论教学与实际项目全流程、各种情境的协同对接，让学生以真实项目为学习对象，以操作技能为学习重点，以主动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式获取工程能力，促进理论知识与实践能力的密切结合，增长科学技术知识，提高终生学习能力，人际沟通能力和团队协作能力，从而使学生更好的适应社会工作岗位需求[2]。

可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，作为现代自动化生产线上的重要控制器，广泛应用于各行各业中，是电气自动化相关专业的重要专业基础课。如何更好的将课程从单一的理论教学转变为强调应用的实践性课程，从实验室走向社会，提高与地方经济社会发展的适配性，根据电气自动化专业的人才培养目标和用人单位就业岗位需求，在《PLC控制技术》课程中引入CDIO工程教育理念，通过设置基于PLC的综合项目，对实体项目全环节、全流程的实践操作技能训练，促进理论知识与实践环节的完美结合，提高学生基于实际工作岗位需求的工作能力[3]。

1 项目设置

PLC应用技术已有50多年的发展历程，具有综合性强、覆盖面广、更新速度快的特点，已经广泛应用于工业自动化生产一线。作为一种应用技术种类，与工程实践结合非常紧密。而在传统教学中注重基本知识、软硬件系统、程序设计等理论知识的传授，与实践脱节严重，学习的过程也只是从理论到理论，特别关于梯形图，步进指令的学习只是基于实验模式的设计，忽略了工程模式下各种不确定因素处理的思想意识，课程结束后，虽然通过了考试，但不能在实际工作中熟练应用技术，教学效果不佳。

根据CDIO模式的教学要求，结合地方高校发展理念和应用型大学基本定位，在教学过程中加强实践应用环节，采用“工学结合，融入式教学”的教学方法和由实践到理论的教学思路，从学习内容的目的性出发，增强学习过程的趣味性，使学生更直观的了解自己所涉及的领域。课程组充分利用江苏省重点实验室与校外实践基地两大资源，设计了基于PLC的项目教学内容，将具象化的整套开发流程移植到教学中，使理论与项目互为载体和导向，实现了实际项目工程驱动，覆盖工业控制领域PLC的基本应用，提高学生的实践能力。项目教学资源如图1所示。

图1 项目教学资源

教学内容包括课堂教学、课内实验、课程设计、综合性实验等。在整个学习过程中，以“项目为主线”并进行分解，以若干“任务”为支撑，由浅入深，层层递进，将知识点与操作技能要点穿插到项目，项目内容及技能要求如图2所示。

图2 项目内容及技能要求

图2中，通过电机正反转、十字交通灯、5自由度机械臂、触摸屏、自动贩卖机、串行通信控制等六个由简单到复杂的项目设置，在覆盖教学大纲的基础上，使知识不断深入，实践能力得到规范化训练。其中，项目一，结合继电接触器控制的电机正反转实验，帮助学生了解项目化的PLC基础知识，熟练掌握基本I/O指令操作；项目二是在项目一的基础上，将继电接触器全部替换，实现十字路口信号灯的控制；项目三对控制要求适当加深，以工业现场广泛使用的机械臂为原型，通过设计和调试复杂顺序控制系统，帮助学生熟悉顺序和步进控制方法；项目四是加强人机交流，使学生了解工业现场如何实现良好的人机互动，使控制过程更加智能化，环境友好化；项目五开始涉及项目开发应用，不再是简单的数字量控制，通过自动果汁贩卖机实现较为简单的模拟量PID控制，进而实现了简单的PLC控制应用；项目六通过串行通信控制，使学生掌握在复杂控制现场中，如何对多个PLC联合控制达到稳定、高效控制的目的，实现学习由简单到复杂，由单一到多个的深化延伸。endprint

按照课程学习计划，将学习划分为初、中、高三个阶段。初级阶段以项目一、二为代表，主要使学生掌握基本的PLC硬件结构、基本指令、梯形图、步进指令，教学过程中以演示为主，带动学生对控制过程有基本的宏观认识，树立目的导向思维，练就基本操作技能，为后续学习打下坚实的基础；中级阶段是在掌握了一定的基础知识后，在教师的指导下完成工作步骤的分解，人机界面的设计，实现复杂顺序和步进控制功能，如项目三、四；高级阶段是在学生已有一定的理论功底，具备初步的实践能力，采用自主设计的方法，以实际项目为导向，进一步提升理论基础与实践应用能力，与社会工作岗位衔接对应，将应用型大學的精神灌输其中，项目五、六的设计过程中，应注意将CDIO模式的构思、设计、实践、运行贯穿实践过程中，真正锻炼学生的实际应用能力、创新能力、和团队协作意识和能力。

2 考评

PLC控制技术是典型的实践类课程，传统试卷形式的考试脱离实践，只是简单的基础知识堆叠背诵，简单指令的编写，无法考核出学生的真实能力。基于CDIO模式下的教学考核从工程实践出发，重点考察学生解决实际问题的能力、适应现实工作岗位的能力和团队合作精神[4]。这就要求教师在构思、设计、实践、运行等各个阶段跟踪关注学生的表现，做出相应的评价，同时鼓励学生进行自评和互评。在评价过程中应注意四点：一是注重实践为主的 考核方式，将理论知识的实际应用作为重点；二是增加学生自我评价和学生间互评环节，引导学生总结、反思并改进，从而提高能力；三是注重各个环节考核和整体考核并重；最后，在考核中引导学生发挥自身优势，整合资源，取长补短，形成团队合作意识。通过加权求和得出最终考评结果，做到公平、公正、灵活。

3 结语

结合CDIO理念，以项目实践为基础的PLC课程教学中，将专业知识、实践能力、素质培养有机结合起来，通过实施项目调动学生的主动性与积极性、培养学生创新能力与独立自主完成工作的能力、实现课堂教学与企业岗位的对接。

【参考文献】

[1]张敏良.基于CDIO工程教育理念探讨机械工程教育改革[J].上海工程技术大学教育研究，2009（3）：26-30.

[2]董晨，戴敏，张桦.基于CDIO模式的数据库系统课程教学改革[J].计算机教育，2012（6）：36-40.

[3]冯巧玲，杨存祥，张文忠.基于CDIO模式的“电气工程基础”课程的教与学[J].中国电力教育，2010（1）：118-119.

[4]殷旭，胡景繁，张红.基于CDIO教育模式学生学习评估方法的探索[J].高教论坛，2010（2）：24-25.endprint