CDIO理念下PLC教學(xué)方法研究
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【摘要】本文介紹了cdio先進的教育理念、plc課程的特點以及在教學(xué)中存在的問題，確立了運用CDIO理念指導(dǎo)教學(xué)方法改革。針對課程的教學(xué)內(nèi)容、組織過程、考核與評價機制等主要方面進行了實踐和總結(jié)，并就相應(yīng)的策略予以了分析。
【關(guān)鍵詞】PLC；CDIO；教學(xué)方法
CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學(xué)院等國際著名高等院校推出的一種新型的教育模式。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），是一個新型的高等工科教育模式。它是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為藍本，讓學(xué)生以主動的態(tài)度、實踐的方法學(xué)習(xí)工程。培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，掌握實際生產(chǎn)工藝技能。獲得熟悉生產(chǎn)環(huán)境，解決實際問題的能力。使學(xué)生更加積極主動地投入到學(xué)習(xí)生活中?？删幊绦蚩刂破鳎ê喎QPLC）是一種在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的自動化設(shè)備，它是PLC、變頻器、觸摸屏、工控機、組態(tài)軟件、現(xiàn)場總線等設(shè)備構(gòu)成的現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的核心。作為制造業(yè)三大支柱之一的PLC技術(shù)，已經(jīng)成為每個機電工程技術(shù)人員必須掌握的一項技術(shù)。PLC課程教學(xué)效果的好壞對畢業(yè)生的就業(yè)也將產(chǎn)生很大的影響。因此，該課程必須要有優(yōu)秀的教學(xué)理念，完善的教學(xué)設(shè)計，這樣才能取得良好的課程實施效果。
1傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題
傳統(tǒng)教學(xué)方法是從PLC的基礎(chǔ)知識開始，介紹PLC的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理、PLC的編程指令、應(yīng)用程序設(shè)計。教學(xué)過程中，主要以教師為主導(dǎo)地位，學(xué)生為載體，被動地接受知識。PLC應(yīng)用技術(shù)特點是綜合性較強，知識覆蓋面寬，新產(chǎn)品更新速度很快。如果理論內(nèi)容較多，理論與實際脫節(jié)，教學(xué)效果不會很好?；ㄙM很長時間學(xué)習(xí)各種指令的語法，而不重視指令在實際工程中的使用方法，學(xué)習(xí)過程是被動地接受各種知識而沒有培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性，無法培養(yǎng)嚴謹?shù)墓こ虘?yīng)用能力；在程序設(shè)計時，缺少實際項目的實施目標，不能對實際項目進行任務(wù)分析、總體方案設(shè)計、程序設(shè)計。只是為了考試而編程，沒有建立工程的概念，對工程設(shè)計沒有深刻的理解；課程結(jié)束后對于控制系統(tǒng)設(shè)計沒有清晰的思路，難以達到令人滿意的學(xué)習(xí)效果。PLC技術(shù)和變頻器以及人機界面的綜合應(yīng)用在工廠控制系統(tǒng)中廣泛使用。但是大多數(shù)院校并沒有專門設(shè)置PLC、變頻器和觸摸屏或者組態(tài)軟件綜合技術(shù)一體化教學(xué)課程。而是主要學(xué)習(xí)PLC、變頻器的理論，再加上各自獨立的驗證性實驗的方式進行教學(xué)。而且實踐課時偏少，學(xué)生往往只能掌握各門課的基礎(chǔ)技能。內(nèi)容相對獨立，學(xué)生無法從整體上把握控制系統(tǒng)開發(fā)的思路，也就無法體現(xiàn)“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作”的教學(xué)思想。另外PLC、變頻器和觸摸屏種類繁多，各種新產(chǎn)品層出不窮。當(dāng)畢業(yè)生就業(yè)時從事相關(guān)行業(yè)工作，如果沒有綜合性的項目培訓(xùn)，只是學(xué)會一些理論知識，所學(xué)專業(yè)知識與生產(chǎn)實際存在一定的脫節(jié)。畢業(yè)生需要很長時間才能適應(yīng)企業(yè)的需求，這就降低了人才的競爭力。
2基于CDIO理念的教學(xué)模式
傳統(tǒng)的教學(xué)模式只注重理論環(huán)節(jié)。針對傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，我們將先進的CDIO教學(xué)理念引入PLC課程教學(xué)。從項目構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)到運行，開發(fā)PLC教學(xué)和實踐項目結(jié)合一體化的實踐教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合實驗室現(xiàn)有機型三菱FX系列PLC，開發(fā)以項目為驅(qū)動的課程標準。課程以項目為主線，將相關(guān)知識點和原理等內(nèi)容貫穿其中，循序漸進地將理論與實踐相結(jié)合，內(nèi)容少而精，學(xué)生學(xué)起來不枯燥，而且項目基本涵蓋了工業(yè)控制領(lǐng)域PLC控制系統(tǒng)常用技術(shù)。常用的項目包括以下幾個。項目一通過電機啟?？刂谱寣W(xué)生掌握PLC基礎(chǔ)知識及PLC的基本工作原理，包括基本指令應(yīng)用。項目二是電動機Y-△降壓啟動，主要學(xué)習(xí)定時器編程使用方法。項目三是工作臺自動往復(fù)運動控制，學(xué)習(xí)行程開關(guān)和計數(shù)器的使用方法。項目四是氣動機械手的控制，讓學(xué)生掌握順序控制的方法，學(xué)習(xí)氣動電磁閥的控制。項目五是立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計，學(xué)會步進電機控制指令的使用。項目六是變頻器多段速控制，包括丹佛斯、三菱、西門子等機型，采用不同方式實現(xiàn)對電機的調(diào)速控制。項目七是模擬量的溫度控制，可通過內(nèi)部模擬量指令實現(xiàn)控制，學(xué)習(xí)使用PID指令實現(xiàn)閉環(huán)控制。項目八是觸摸屏、PLC的液體混合控制，學(xué)習(xí)使用觸摸屏設(shè)計人機界面以及和PLC相互通信。項目九是觸摸屏與變頻器、PLC恒壓供水控制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)用觸摸屏、PLC、變頻器相結(jié)合的控制方式，學(xué)習(xí)設(shè)計信息簡潔豐富的人機界面，并且可以通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控。PLC技術(shù)的發(fā)展方向之一是網(wǎng)絡(luò)化與智能化，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，PLC通訊聯(lián)網(wǎng)功能將會越來越強大。這十個項目基本涵蓋了PLC教學(xué)要求中的知識點。使學(xué)生逐漸將理論與實踐相結(jié)合，在實踐中學(xué)習(xí)各個重點和難點，學(xué)生會在學(xué)習(xí)中充滿成就感。項目的選擇是精心安排安排的，按照知識點合理分配的原則。而且每一個項目都應(yīng)該是實際項目，來自于生產(chǎn)一線，同時應(yīng)用比較廣泛。按照項目的知識連貫性和學(xué)生的能力基礎(chǔ)，把整個學(xué)習(xí)過程分三個階段，每一個階段包括三個項目。在第一階段，學(xué)生對相應(yīng)的PLC理論知識與電氣實踐技能還不了解，需要通過教師示范教學(xué)引導(dǎo)，這樣學(xué)生才能適應(yīng)以項目為核心的教學(xué)方法，初步學(xué)習(xí)完成項目的具體步驟，為后續(xù)項目教學(xué)組織奠定良好基礎(chǔ)。第二階段，學(xué)生通過第一階段的學(xué)習(xí)，初步掌握了實施項目工作的具體步驟與常用的實踐技能，已經(jīng)掌握了一定的理論知識，項目四、五、六這四個項目屬于第二階段內(nèi)容，指導(dǎo)教師不用示范教學(xué)而是制定概要的項目步驟，學(xué)生依據(jù)步驟完成任務(wù)，目的是加強學(xué)生的進一步自己獨自完成項目的能力；在項目進行過程中，要重點使學(xué)生掌握提出問題，分析問題，解決問題的能力。提出合適的問題，才是解決問題的關(guān)鍵。第三階段，也就是綜合項目階段，學(xué)生已經(jīng)具有初步的專業(yè)知識和分析問題解決問題的能力。通過本階段訓(xùn)練，進一步提高學(xué)生的綜合項目能力，通過實際的綜合性項目訓(xùn)練，學(xué)生的專業(yè)技能能力、解決問題能力、團結(jié)組織能力和人際交往能力得到很大提高。通過三個階段的努力，學(xué)生找工作時，非常受到用人單位的歡迎。需要重點指出項目必須來源于常用的生產(chǎn)現(xiàn)場，每一個訓(xùn)練項目都包括構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行（CDIO）四個環(huán)節(jié)，真正在理念上貫徹這個理念。尤其重要的是初級階段的項目設(shè)計，每個項目中包含的知識點不能過多過難，也就是說學(xué)習(xí)訓(xùn)練負荷不能太大，要讓學(xué)生有邊學(xué)習(xí)邊思考的時間，重點和難點內(nèi)容要經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練。項目內(nèi)容的選擇非常重要，需要具有豐富經(jīng)驗的教師設(shè)計。
3項目實施的教學(xué)組織過程
項目教學(xué)過程中，基于CDIO教學(xué)理念，按照構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作、評價等環(huán)節(jié)，認真體驗做中學(xué)、學(xué)中做。任何知識的運用與能力的培養(yǎng)都不是一蹴而就的。能力的培養(yǎng)如果僅僅是學(xué)生被動的在課堂訓(xùn)練，這是遠遠不夠的，學(xué)生課后也需要全心投入。在CDIO教育理念下，提示學(xué)生對項目中所涉及的各種知識自己需要主動的學(xué)習(xí)。資料的查找，實際項目的應(yīng)用情況，都是學(xué)生在課外調(diào)查研究。CDIO理念培養(yǎng)人的綜合能力，注重學(xué)生的整體素質(zhì)的提高。在課改教學(xué)組織過程中，課程組成員采用簡單控制系統(tǒng)由學(xué)生獨自完成項目，稍微復(fù)雜的控制系統(tǒng)由老師指定小組分工合作。通過課內(nèi)學(xué)生相互之間的評價和交流，學(xué)生借鑒他人經(jīng)驗的能力；交流溝通能力；知識的應(yīng)用移植能力；自學(xué)能力都得到了較好的鍛煉。課程評價改變傳統(tǒng)的閉卷考試為主的方式。過程考核成為最重要的部分，其中過程考核占70%，筆試考試占30%。更加注重學(xué)生細心嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)，重視培養(yǎng)嚴謹務(wù)實的習(xí)慣，注重解決實際問題的能力。
4總結(jié)
在PLC教學(xué)中體現(xiàn)CDIO理念，以項目為目標，把專業(yè)知識、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)融入到每一個項目教學(xué)過程中。學(xué)習(xí)內(nèi)容圍繞項目這個核心進行，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。評價方式的改革，避免了閉卷筆試的弊端。通過實際項目培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，團隊合作能力。
【參考文獻】
［1］齊占慶.機床電氣控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.
［2］李輝.S7-200PLC編程原理與工程實訓(xùn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版，2008.
作者：楊旭東 單位：唐山學(xué)院