基于CDIO理念的高職PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)課程改革

1、 基于CDIO理念的高職“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)”課程改革 呂原君 陳瓊（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程分院 浙江 紹興 312000）Reference：傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性的現(xiàn)象很明顯，依循 CDIO 理念，對“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)”課程的課程內(nèi)容、項目選用、評價體系等進(jìn)行教學(xué)改革，建立較為完備和系統(tǒng)的工作情境和項目案例庫，可以實現(xiàn)真正的一體化教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)。Keys：高職；CDIO 理念；教學(xué)改革；項目教學(xué)；創(chuàng)新能力G712 ：A ：1672-5727（2014）05-0095-03概述CDIO是由MIT

2、等世界著名高校研發(fā)的從理念到大綱到課程到教學(xué)直至評估的一整套先進(jìn)的工程教育模式。我院教學(xué)團(tuán)隊從2009年開始嘗試基于CDIO理念的“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)”課程改革，因為該綜合技術(shù)屬于工業(yè)控制的主流設(shè)備，高職院校為社會提供的不僅僅是大量新生勞動力，而且是具有現(xiàn)代企業(yè)理念的，有技術(shù)、高素質(zhì)的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)工人。該課程是高職院校的一門綜合性、設(shè)計性極強的機電產(chǎn)品控制應(yīng)用型設(shè)計課程。其任務(wù)在于：訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用PLC、變頻器和觸摸屏技術(shù)知識，掌握它們的設(shè)計方法和研發(fā)能力；開拓設(shè)計思路，增強理論知識與實踐相結(jié)合的能力；培養(yǎng)科學(xué)性、系統(tǒng)性及全面性的設(shè)計素質(zhì)；訓(xùn)練團(tuán)隊合作能力。但是目前教學(xué)上普遍存在以下

3、問題：（1）在課程設(shè)置現(xiàn)狀方面。大多數(shù)高職院校并未單獨設(shè)置PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)一體化教學(xué)課程，而是采用以PLC、變頻器理論教學(xué)為主，以驗證性的實驗或?qū)嵱?xùn)為輔的方式進(jìn)行教學(xué)且實踐課時偏少，側(cè)重技能訓(xùn)練的學(xué)生往往只能掌握各門課的基礎(chǔ)技能。（2）在課程內(nèi)容現(xiàn)狀方面。目前的設(shè)備控制課程往往是學(xué)完一定的理論之后再做相應(yīng)的實驗，內(nèi)容相對獨立，學(xué)生無法從整體上把握設(shè)備控制開發(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。（3）PLC、變頻器和觸摸屏種類繁多，畢業(yè)生就業(yè)時從事相關(guān)行業(yè)工作，實現(xiàn)所學(xué)專業(yè)知識與生產(chǎn)實際快速接軌存在一定的困難，即知識“移植”能力不夠，自學(xué)能力與創(chuàng)新能力不夠。基

4、于“CDIO”的課程設(shè)計基于“CDIO”理念的課程體系 課程內(nèi)容應(yīng)根據(jù)CDIO 工程教育理念結(jié)合學(xué)生知識水平和企業(yè)需求，按照任務(wù)分析論證方案確定方案實施方案測試效果評價六個步驟實施每個教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生在項目實施過程中學(xué)會PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)在設(shè)備中的設(shè)計安裝和調(diào)試。知識體系框架如下頁圖1所示，其中工業(yè)控制核心技術(shù)包括PLC、變頻器和觸摸屏技術(shù)，控制對象為設(shè)備中使用的液壓氣動技術(shù)、電機技術(shù)和傳感器技術(shù)。最后，內(nèi)容涉及各設(shè)備控制器之間的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)。基于項目化的教學(xué)層次設(shè)計 實踐內(nèi)容設(shè)計應(yīng)充分體現(xiàn)項目化教學(xué)的設(shè)計思想。以“做項目”為主線組織課程教學(xué)，以“用”導(dǎo)“學(xué)”，盡量讓學(xué)生親自

5、動手，全身心投入。要突出項目訓(xùn)練的完整性，在做項目過程中學(xué)習(xí)必要的知識，知識以必需、夠用為度，強調(diào)自學(xué)能力的培養(yǎng)，強調(diào)應(yīng)用所學(xué)知識解決問題。項目團(tuán)隊人數(shù)一般為4人，各隊選出項目組長，負(fù)責(zé)整個項目開發(fā)的所有運行過程，涉及任務(wù)分配、人員管理、階段性成果報告等。在不同層次的具體實踐中，可以將一個完整項目分解成若干相對獨立的子項目，通過子項目的訓(xùn)練掌握單一技能，最后將子項目綜合起來，完成整體項目的內(nèi)容。在項目的實施過程中，以學(xué)生為中心并引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。整個過程分為4個實踐過程，即驗證性實踐、設(shè)計性實踐、綜合性實踐和創(chuàng)新性實踐，如圖2所示。項目式教學(xué)的設(shè)計 沒有項目支撐的工科課程內(nèi)容是缺乏實踐性和生動

6、性的干癟理論框架。工程項目的設(shè)計和選擇是需要專業(yè)課教師花工夫來做的事情。在選擇工程項目時可以從以下幾個角度考慮。1.項目的選用有利于激發(fā)學(xué)生興趣。我院采用了參加全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的一些娛樂類作品，如獲得全國二等獎的娛樂機器“捕魚達(dá)人”，其控制系統(tǒng)采用PLC完成對一組氣缸的控制，在項目實施中，根據(jù)游戲的難度設(shè)置了5個級別，即5個不同工作情境對應(yīng)不同的控制方案；又如獲得浙江省機械設(shè)計大賽二等獎的“排除萬難”任務(wù)型機器人，其控制對象有多個直流電機和電磁閥，在項目實施中，根據(jù)機器人的實施任務(wù)選擇4個階段性控制要求。這些項目在實施后學(xué)生可以在課外一邊練習(xí)和改進(jìn)控制技術(shù)，一邊通過娛樂提高學(xué)習(xí)興趣。其中的

7、一款機器人如圖3所示，通過PLC控制機器人的直流電機和氣動系統(tǒng)實現(xiàn)過隧道、過單邊橋、抓螺母和擰螺母等一系列動作，操作按鈕組和保護(hù)裝置的設(shè)計對學(xué)生的控制能力培養(yǎng)很關(guān)鍵。2.項目的選用對象在生活中比較常見。如我院教學(xué)團(tuán)隊與本地企業(yè)合作建立的立體車庫在許多商場、賓館、專門的停車場都能見到，許多學(xué)生對其工作過程比較熟悉，有利于減少設(shè)備介紹的時間，引起學(xué)生對控制方案的共鳴。3.項目的選用結(jié)合本地區(qū)的企業(yè)設(shè)備。學(xué)生畢業(yè)后大部分在本地區(qū)工作，為使學(xué)生在畢業(yè)后盡快地適應(yīng)工作需要，在項目內(nèi)容上可選用本地區(qū)的軸承制造業(yè)、黃酒制造業(yè)、紡織印染制造業(yè)等相關(guān)設(shè)備的控制系統(tǒng)。有的學(xué)生在學(xué)習(xí)中參與了教師的一些簡單項目開發(fā)并

8、將其作為畢業(yè)設(shè)計題目。如圖4（a）是為企業(yè)設(shè)計的渦流探傷檢測臺，圖4（b）是學(xué)生通過實訓(xùn)室搭建的控制系統(tǒng)，并通過編程完成了畢業(yè)設(shè)計。課程評價體系 在CDIO工程訓(xùn)練模式下，可將項目的整個運行過程“構(gòu)思設(shè)計實現(xiàn)運作”納入考核范圍，鼓勵學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做，教師則提供實驗條件和指導(dǎo)，保障學(xué)生充分自由地發(fā)展，增強創(chuàng)新意識，并為學(xué)生提供遇到問題時加以解決的方法、對仍然存在的問題進(jìn)一步改進(jìn)的思路等。課程的考核采取多元化的評價體系，具體涉及以下幾方面：基本技能及基礎(chǔ)知識、設(shè)計能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、職業(yè)素質(zhì)和評價。在針對項目的某一個工作情境中，需要完成設(shè)備工藝流程和產(chǎn)品目錄規(guī)劃表（涉及工藝流程描述和工作計劃

9、安排）、設(shè)備控制實施表（涉及I/O分配表的編寫、控制流程圖、控制程序編寫過程記錄、設(shè)備調(diào)試過程記錄、實施過程中遇到的問題與對策和總結(jié)等）和評價表（涉及每個工作任務(wù)的考核要求、配分和評分標(biāo)準(zhǔn)）等等。課程支撐條件教師的CDIO能力培養(yǎng) CDIO教學(xué)改革成敗的關(guān)鍵在于教師隊伍的能力。很多教師雖然有豐富的理論知識和較強的科研能力，但缺乏相關(guān)的企業(yè)工作經(jīng)歷或工程經(jīng)驗。因此，在選擇教師時應(yīng)考慮以下三個方面：（1）作為企業(yè)科技指導(dǎo)員，與企業(yè)有密切的項目合作關(guān)系。（2）多次帶領(lǐng)學(xué)生參加省級或以上相關(guān)競賽并取得一定的成績。（3）在企業(yè)一線多次實踐鍛煉并積累一定的經(jīng)驗，或具有企業(yè)相關(guān)工作經(jīng)驗。實踐平臺的設(shè)置 學(xué)生

10、一般不具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗，創(chuàng)造性地設(shè)計新機構(gòu)的控制系統(tǒng)時往往不知從何處入手。因此，有必要講授一些控制方案設(shè)計經(jīng)驗，幫助學(xué)生構(gòu)思。這項工作主要是通過院團(tuán)委和相關(guān)教師組織并結(jié)合教育部、教育廳主辦的一些機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、自動線安裝與調(diào)試大賽等設(shè)定比賽題目，號召學(xué)生發(fā)揮自己的想象力，形成可行控制方案并加以實施。我院的工業(yè)控制創(chuàng)新實踐室不僅為學(xué)生提供了全過程工程訓(xùn)練的機會，鍛煉了學(xué)生的實際動手能力，同時還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。學(xué)院政策的支持 我院教學(xué)團(tuán)隊得到了學(xué)院在政策上的支持，主要體現(xiàn)為：對教師CDIO教學(xué)能力加以培養(yǎng)，與十多家企業(yè)開展相關(guān)合作并取得了一定成效；學(xué)生在完成一套設(shè)備控制系統(tǒng)

11、的開發(fā)方案后，可作為畢業(yè)論文并優(yōu)先推薦為優(yōu)秀畢業(yè)論文，優(yōu)先推薦到合作企業(yè)，并作為參加控制類相關(guān)大賽的重要選拔依據(jù)。改革成效經(jīng)過近四年的教學(xué)試點，新教學(xué)模式下的“PLC、變頻器和觸摸屏綜合技術(shù)”課程取得了較好的效果，涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的學(xué)生和教師。學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)水平能更好地適應(yīng)企業(yè)崗位要求，許多學(xué)生畢業(yè)后能獨立完成企業(yè)安排的項目并得到企業(yè)的一致好評。學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力得到明顯提高，與教師交流的能力得到明顯加強。學(xué)生的拼搏精神得到激發(fā)，許多學(xué)生為了完成任務(wù)往往工作到很晚才回寢室休息。教師的業(yè)務(wù)水平不斷提高，與企業(yè)的合作更加緊密。需要指出的是，這門綜合類控制課程的教學(xué)效果離不開其他專業(yè)課程和整個教育環(huán)境的配合。Reference：1陳文杰，任立軍，張林.新加坡理工學(xué)院基于CDIO模式的項目教學(xué)改革J.職業(yè)技術(shù)教育，2009（35）：91-93.2侯世英，馮彩絨，孫韜.基于CDIO的“可編程控制器應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)改革J.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2012（34）：15-17.3宋國慶.基于CDIO理念的“可編程控制器技術(shù)”課程改革J.吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報，2012（9）：8-10.4張瑞華，楊亞萍，方娟妮.基于CDIO理念的“電子綜合設(shè)計”教學(xué)改革探索J.中國電力教育，2012（19