基于IPT—CDIO的PLC控制系统的设计与运行课程创新

刘小春

摘要： 结合当前职业教育创新的方向，就CDIO工程教育模式在PLC课程创新中的具体应用进行了介绍，实践证明，根据学生学情，借助信息化教学方法和手段，采用CDIO工程教育模式符合PLC课程特点，有利于培养学生工程应用能力。

Abstract： According to the current direction of vocational education curriculum innovation， this paper introduces the application of CDIO engineering education model in PLC course teaching. The result shows that using CDIO engineering education mode accords with PLC course characteristics. It is conducive to train students' engineering application ability.

关键词： CDIO;PLC;课程创新

Key words： CDIO;PLC;curriculum innovation

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0258-03

0 引言

PLC控制系统的设计与运行是电气自动化技术、机电一体化技术等专业的一门核心课程，是技术性、实践性要求很高的一门专业技术应用课，课程综合了电子技术、电机拖动及应用、继电控制技术、计算机技术等多种技术，为培养电气控制系统设计、调试、维护等专业人才服务，对个人能力、人际团队能力、工程系统能力的培养要求也较高。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它是近年来国际工程教育改革的最新成果，由麻省理工学院（MIT）和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究组经过四年的探索研究而创立，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，它指的是一种学习过程。CDIO遵循工程教育理念将培养能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，在高职工科类专业教学中具有很强的可操作性，对高职工科类课程教学改革具有较好的指导作用。综上所述，对接区域产业（装备制造业）发展重点，确定我院电气自动化技术专业在智能制造背景下，在PLC课程内实施CDIO工程教育模式具有非常重要的意义。我院在此基础上创造发展了“IPT-CDIO”的工程教学模式并实践于PLC课程教学取得了良好的教学效果。IPT是指兴趣I（Interest）、项目P（Project）、团队T（Team），是指教学遵循的原则和教学组织。

1 PLC课程现状分析

1.1 课程教学内容 PLC控制针对工业控制系统中较复杂的电气控制而产生，用于实现逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。在现场既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程，是现代工业控制中的主要设备之一。课程教学内容主要包括常用的指令、电气控制系统的分析、设计与实施及故障处理。课程的培养重点是学生对电气控制系统的设计、安装、调试、维护和管理能力。由此可见，该课程的培养要求及目标与CDIO工程教育模式的培养过程及目标完全对接，因此，该课程完全适合采用CDIO工程教育模式。

随着工业4.0时代的到来，中国制造业也进入中国智造阶段，自动化技术是智能制造的核心。中国机械工业联合会副会长、机械工业信息研究院院长王文斌认为，对我国自动化发展问题的研究，以及对智能制造舆情的监测分析显示：当前阶段我国要发展智能制造，首先要大力开展自动化补课运动，只有大多数工业企业在生产、库存、管理、决策等方面信息化自动化达到一定水平，工业4.0才有实现的产业基础。智能制造其本质是一种人机一体化智能系统，是机器智能与人的智能的集成。在生产过程中担任核心地位的人必须掌握机器智能才能实现人机一体化，才能相得益彰，缩短产品生产周期，提高生产效率。PLC技术是工业控制的核心技术之一，PLC课程作为自动化专业的核心课程，必须紧跟时代步伐，及时更新课程内容，保证其先进性，才能保证人才的培养符合现场需求。现階段S7-200CN于2017.10退市，新的项目将移植到其他可以满足要求的S7-200 SMART、S7-1200等PLC产品，而大多数学校对西门子PLC的学习仍停留在S7-200。故PLC课程内容亟需更新。

1.2 课程教学模式 经历了中国职业教育的快速发展期，在学习国外先进职业教育理念与模式的基础上，我院PLC课程也经历了基于工作过程的行动导向任务引领型教学改革，并取得较好的教学效果，学生的技能得到了大幅提高。然而教育要以人为本，要从满足人的基本需求出发，根据不同时期、人的不同特点，实现不同层次的发展。

信息化时代的到来打破了书本是知识主要传播载体的状况，使教育迈入了全新的时代，对教育和学习行为都产生了深远的影响。传统传授型的教师必将被淘汰，具有现代化教学观念的教师，应从传统意义上的知识的传授者转变为学习的组织者和协调者，即对学生的学习活动进行指导、计划、组织和协调，注重培养学生自我学习及获取信息和知识的能力。因此，教学也必须根据学生学情，根据信息技术的发展，顺应时代潮流采用合适的教学组织、改革教学方法和教学手段，激发学生学习兴趣，提高课堂学习效果。基于工作过程行动导向的教学方法虽然按企业现场典型工作项目对学生进行引导学习，但如果缺乏行之有效的信息化教学方法和手段，学生在课堂上兴趣不高，主动性不强，依然达不到预期的效果。

2 基于“IPT-CDIO”的工程教学模式创新

2.1 改革思路 借鉴国际CDIO工程教育模式，与西门子中国有限公司培训中心、与自动化企业校企合作，开展课程建设，梳理整合教学内容，共同制定课程授课内容、授课计划、教学项目，共建实践条件;以学生为主体，以“兴趣是学习的动力”为指导，调整教学组织，采用信息化教学方法和手段，强化工程应用能力的培养，按基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力为培养目标，改革课程考核和评价标准，将考核体现在构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）全过程项目式理实一体化教学过程中;建设符合IPT-CDIO工程教学模式的立体化教学资源。

2.2 基于“IPT-CDIO”的课程项目设计 CDIO 的特点是教学过程贯穿产品生命周期。因此课程项目的选取至关重要，既要符合工程实际，同时又要融入序化的课程知识与技能。PLC课程以项目为主线组织课程教学，并根据学生对知识的理解和掌握程度从基础知识与技能的训练至综合系统不断加深，最终使学生具备工程系统设计与实施能力。课程以常见的送料小车自动往返工程项目为主线，通过控制功能扩展，引导学生从易至难不断攀登PLC的技术与技能高峰，最后再通过几个现场工程项目的设计与实施进一步锻炼学生的技术技能移植能力。课程项目安排与对应知识、技能及能力层次关系如表1所示（以S7-1200为例）。

2.3 基于“IPT-CDIO”的课程教学设计 IPT的重点是以学生为本，以激发学生学习兴趣为导引。基于信息化时代学生的学情特点，课程组开发了适合学生的PLC教学方法和手段。

①信息化教学资源建设。信息化时代，课程已经不再是传播知识的主要渠道，学生随时随地都可以通过互联网进行主动，碎片式学习。老师在进行教学组织的同时必须开发相应的资源有步骤地引导学生完成课程知识体系的构建，因此必须建设系统化的辅助教学资源。本课程的资源主要分为职教新干线《PLC控制系统的设计与运行》空间课程、爱课程在线开放课程。其中空间课程主要资源为课堂授课视频及部分微课视频、PPT、课件等电子资源，适合学生系统学习;爱课程在线开放课程则以微课小视频、小测试为主，适合学生碎片式学习，答疑式学习。

②课前组织。信息化时代的到来不可避免地使手机成为学生随身携带的一项重要工具，如何使手机不成为学习的障碍，而成为学习的好帮手，关键在于老师的正确引导。本课程的教学组织通过蓝墨云班课进行，课前教师利用蓝墨云班课平台更新资源，将项目要求、电子教材、PPT、动画、微课视频上传平台，这样学生在课前既可以通过爱课程网站在线开放课程学习，也可以方便地利用手机在云班课中学习。通过观看与学习，引导学生进行构思与设计，为完成项目做好课前准备;最后完成课前测试，检测课前学习效果，使教师了解到学生对该部分课程知识的掌握程度，从而有利于教师分析学生情况，有效组织课堂教学并作为过程考核依据。

③课内组织。教师根据课前统计结果，在课堂上对错误率比较高的问题进行统一解答，然后按小组形式答疑并组织学生开展课程项目的构思-设计-实现-运作，老师在该过程中只起组织、协调及答疑作用。课内实施阶段，学生随时可以再通过信息化渠道巩固知识点和技能点的学习，

保证项目的成功实施。不同阶段的项目，课程的组织形式也会发生变化。图1是PLC课程课堂内各阶段的教学组织及教与学的方法，从图中可看成，随着课程的深入，学生在“学中做、做中学”的主体作用日益凸显，而老师从初级阶段的主角逐渐演变为起协调、组织的主导者。

3  结语

经过两年的教学试点，《PLC控制系统的设计与运行》取得了较好的教学效果。教师开发了大量教学资源，由于资源的开发本意是为了辅助课堂教学，故针对性强，学生利用率高，切实起到了课前学习，课中答疑的翻转的效果。同时信息化教学资源大部分为视频，每个视频讲授时间短，在学生能接受的持续学习范围内，且方便利用手机学习，符合学生碎片化学习的特点，学习过程中伴随通关小测验，游戏化特点进一步提升了学生兴趣。课堂内容通过项目引导，从易至难不断扩展，符合学生认知规律;每个项目采用构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的工程实施全过程，在学习过程中以小組为单位，学生扮演不同角色，既熟悉了现场项目实施流程，又实践了不同工作岗位要求，并锻炼了团队协作能力，使学生的专业综合素质得到了全面提高。同时，通过课程的试点，教师信息化教学资源制作能力、信息化教学能力都得到了大幅提高，课程组老师参加信息化教学比赛获得湖南省一等奖。

参考文献：

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