CDIO在PLC教学中的应用方法

随着PLC自动化控制装置的发展完善，尤其是网络兴起为技术发展注入更大动力与活力，目前该装置广泛应用与工业及工业以外的众多生产领域，并扮演着越来越重要的角色，发挥着越来越重要的作用。社会生产部门对该项专业人才需求度也较高，专业学生就业形势较好。面向实际需要，PLC应用技术已成为国内高校电气自动化专业的热点课程，发展前景十分看好。

CDIO教学模式源于依托项目进行的课程改革，强调理论教学与实际项目全流程、全场景协同对接，包含了项目的构思、设计、实施和运行.在PLC的教学过程中引入CDIO教育理念，强调以真实项目为学习对象，以操作技能为学习重点的教学模式，通过对实体项目全流程、全环节的实践演练，促进理论知识与实践业务的密切结合，提高学生基于实际工作岗位需求的工作能力。

1 传统教学模式的不足

PLC应用技术历时50多年的发展，已成为一门大综合、全覆盖、全体系的理论课程，基础知识、学习内容等迭代更新，发展较快，应用领域、发展方向等变化迅速，同时作为一种应用性技术种类，与工程实践的结合较为紧密。而传统教学偏重于对基本知识、硬件系统、软件系统、编程方法、程序设计等理论知识的教授，缺乏与实际工程项目的对接，与实践脱节严重，教学效果不佳。学生的学习也因此成为一种从理论到理论的单纯性学习，虽然在课堂上也进行过简单的指令设计，但这多是基于实验模式为之，既忽略了指令在实际工程中的应用，更缺少对具象化的实际工程意识的培养，往往是课程结束后，学生虽然通过了考试，但远不能熟练应用技术，课堂教学目的无法达成。

2 CDIO模式下的教学改革

为克服老旧模式弊端，在PLC课堂教学中引入与实践结合紧密的CDIO模式，将具象化的整套工程开发流程移植到理论学习当中，通过对实际项目开发中“构思―设计―实现―运行”四阶段的实际操作演练，推动理论与实践更为紧密的互动结合，达到知行合一的目的。通过一体化教学，结合实验设备，设计面向实际的课程标准和教材。理论、项目互为载体和导向，实现基本理论学习与项目实际操作的融会贯通，覆盖工业控制领域PLC的基本应用，项目内容及技能要求如图1所示。

通过电机正转控制、触屏应用、四轴机械手控制、变频器控制、模拟量PID控制、光电编码器控制、串行通信控制、物联网技术等八个由易向难的项目设置，实现将理论知识由基础向高级的串联，覆盖教学大纲内容，达到由易及难，学习渐次深入的目的。其中项目一，帮助学生对PLC基础知识进行项目化了解，熟练掌握基本的I/O指令系统应用的操作；项目二在项目一基础之上进行深化，使学生对触屏应用进行掌握，并融入人机工程学的理念，锻炼学生建立良好的人机互动界面概念；项目三对内容深度予以适当加深，用在实践项目中应用较为广泛的机械手控制操作来帮助学生熟悉顺序和步进控制方法；项目四则是让学生掌握变频器的控制和使用，变频器作为工业生产中应用最为广泛的电气单元，熟练掌握对其的适当控制，将有助于学生对PLC系统应用的这个整体学习和使用；项目五则开始涉及项目编程应用，首先从较为简单的模拟量PID控制开始，通过对相关指令及编程的方法学习和实践，事项对PLC控制应用的初步实现；项目六开始想深入逐步推进，学习对光电编码器的使用，从而帮助学生学习简单、独立PLC全流程的知识应用；项目七，通过串行通信控制，使学生学会对多个PLC系统的应用控制，实现学习由简单向复杂，由单一向多个的深化延伸；项目八，与物联网技术进行统筹学习，是站在技术发展前沿对PLC应用的深入学习，也是对PLC未来发展的一次前瞻性学习，是学生熟练掌握未来发展的趋势，帮助学生大开眼界，了解高端，为未来发展储备充足知识。

按照课程推进，把学习划为初、中、高三个阶段。初级阶段，在学生不掌握基本的理论知识与实践能力的情况下，以演示教学法，带动帮助学生建立宏观形象，树立行动导向思维，掌握接班知识，练就基本操作技能，为下一阶段学习夯实基础；中级阶段，在掌握了一定的知识与技能，熟悉了工作的流程与步骤之后，可采取教师发工作指导文的方式进行半自助学习，如项目三、四、五，学生在指导文的指导下，辅以教师的咨询指导，对工作进行摸索前进，培养自主能力；高级阶段，学生具备相应理论功底和实践能力的情况下，采取综合训练教学法，如项目六、七、八，通过完成真实任务的模式，进一步提升学生理论与实践结合应用的能力与素质，包括理论知识的能力、工作方法、实践能力、个人能力等，达到与实践工作需要能力的衔接对应，能够独立自主的完成项目任务，适应实际工作岗位需要。但需要的强调的是，教学中应用的项目一定来源于现实场景，并具有构思、设计、实现、运行（CDIO）全流程。 教学以培养学生能力及根本，虽然根据学生所处阶段以及知识能力的不同，课程教学划分初、中、高三个阶段，但要牢牢将培养学生的“自主能力”作为课堂教学的根本原则。以项目三机械手控制为例，经过一定的学习在学生掌握了基本理论知识和工作一般方法之后，教师通过引导文教学法，逐步训练培养自主操作能力，将构思、设计、实现、运行四个环节细分为不同的任务节点，通过先期整体演示，明确总体控制要求；其后由学生在框架下制定计划方案，教师进行优化调整，帮助学生进行节点分配和软硬件系统设计；框架完成后，学生按照引导文指引进行系统总装和接线，并编写程序，整体调试；最后展示项目结果，做整体环境评价，教师进行总评，也可安排学生互评阶段。通过在教师指导下的，自主化思考、实操，加深学生对理论知识的认识，并将其转化为实际应用能力，提高工作能力，同时在过程中激发参与热情和创作能力，锻炼团队协作意识和能力。

3 基于CDIO模式的教学考评方式

效果是检验教育模式成功与否的关键性指标。在传统模式下，以考试成绩为最终结果，但如前所述，脱离实践的考试，无非是基础知识的背诵，简单指令的编写，不过是对教材知识的一次单纯复制，无法考核出学生的真实能力。而CDIO教学从工程实践出发，教学以及培养的重点是学生解决实践问题，适应现实工作岗位能力，因此CDIO模式下的考评有别于传统模式，突出实践能力指标。这就要求建立与构思、设计、实现、运行等不同阶段相适应的考核标准和方式。要做到四个改变，一是变理论为主为实践为主，减低笔试成绩比重，并且在笔试中大量增加程序设计题目，将理论知识应用作为重点；二是变单纯教师主导为教师与学生互动，改单纯的教师打分评价为学生自评、互评相结合，引导学生在反思和相互审视中交流提高；三是变片面化考核为整体化考核，CDIO由构思、设计、实现和运行四个环节构成，考核不仅要对每一个环节工作评价，更应做到对整体结果的良好评价，因此在考核上要从引导学生学会发挥自身优势，整合阶段资源，取长补短，形成系统效果最大化的角度进行工作和解决实际问题。通过加权求和得出最终的考评结果。

4 结语

以项目实践为基础推动PLC教学体系改革，把理论知识学习与实践能力提升有机结合起来，从根本上帮助学生认识PLC，学习PLC，运用PLC，形成独立自主完成工作的能力和素质，达到具备实践岗位工作需求的能力，实现课堂教育与岗位实践的无缝对接。

[1]胡福年. 电气工程专业人才培养方案改革探讨[J]. 电气电子教学学报, 2009.

[2]般旭.胡景繁.张红. 基于CDI0教育模式学生学习评估方法的探索[J]. 高教论坛, 2023.