基于CDIO理念的高职PLC变频器和触摸屏综合技术课程改革

1、基于 CDIO 理念的高职“ PLC 、变频器和触摸屏综合技术” 课程改革摘要：传统教学模式下学生缺乏学习主动性的现象很 明显，依循 CDIO 理念，对“ PLC 、变频器和触摸屏综合技 术”课程的课程内容、 项目选用、 评价体系等进行教学改革， 建立较为完备和系统的工作情境和项目案例库，可以实现真 正的一体化教学，有助于培养学生的工程意识，提高学生的 创新能力、实践能力和综合素质。关键词：高职； CDIO 理念；教学改革；项目教学；创 新能力中图分类号： G712 文献标识码： A 文章编号： 1672-5727 （2014）05-0095-03概述CDIO 是由 MIT 等世界著名高校研发

2、的从理念到大纲到 课程到教学直至评估的一整套先进的工程教育模式。我院教 学团队从2009年开始尝试基于 CDIO理念的“PLC、变频器 和触摸屏综合技术”课程改革，因为该综合技术属于工业控 制的主流设备，高职院校为社会提供的不仅仅是大量新生劳 动力，而且是具有现代企业理念的，有技术、高素质的现代 产业工人。该课程是高职院校的一门综合性、设计性极强的 机电产品控制应用型设计课程。其任务在于：训练学生综合 应用 PLC 、变频器和触摸屏技术知识，掌握它们的设计方法 和研发能力；开拓设计思路，增强理论知识与实践相结合的 能力；培养科学性、系统性及全面性的设计素质；训练团队 合作能力。但是目前教学上普

3、遍存在以下问题： （ 1）在课程设置现 状方面。大多数高职院校并未单独设置 PLC 、变频器和触摸 屏综合技术一体化教学课程，而是采用以PLC 、变频器理论教学为主，以验证性的实验或实训为辅的方式进行教学且实 践课时偏少，侧重技能训练的学生往往只能掌握各门课的基 础技能。（2）在课程内容现状方面。目前的设备控制课程往 往是学完一定的理论之后再做相应的实验，内容相对独立， 学生无法从整体上把握设备控制开发的思路，也就无法体现 “构思、设计、实现和运作”的教学思想。 （3）PLC 、变频 器和触摸屏种类繁多，毕业生就业时从事相关行业工作，实 现所学专业知识与生产实际快速接轨存在一定的困难，即知 识

4、“移植”能力不够，自学能力与创新能力不够。基于“ CDIO ”的课程设计基于“ CDIO ”理念的课程体系 课程内容应根据 CDIO 工程教育理念结合学生知识水平和企业需求，按照任务分 析论证方案确定方案实施方案测试效 果评价六个步骤实施每个教学任务，使学生在项目实施 过程中学会 PLC 、变频器和触摸屏综合技术在设备中的设计 安装和调试。知识体系框架如下页图 1 所示，其中工业控制 核心技术包括 PLC 、变频器和触摸屏技术，控制对象为设备 中使用的液压气动技术、电机技术和传感器技术。最后，内 容涉及各设备控制器之间的网络技术和监控技术。基于项目化的教学层次设计 实践内容设计应充分体现 项目

5、化教学的设计思想。 以“做项目” 为主线组织课程教学， 以“用”导“学” ，尽量让学生亲自动手，全身心投入。要 突出项目训练的完整性，在做项目过程中学习必要的知识， 知识以必需、够用为度，强调自学能力的培养，强调应用所 学知识解决问题。项目团队人数一般为 4 人，各队选出项目 组长，负责整个项目开发的所有运行过程，涉及任务分配、 人员管理、阶段性成果报告等。在不同层次的具体实践中， 可以将一个完整项目分解成若干相对独立的子项目，通过子 项目的训练掌握单一技能，最后将子项目综合起来，完成整 体项目的内容。在项目的实施过程中，以学生为中心并引导 学生主动学习。 整个过程分为 4个实践过程， 即验证

6、性实践、 设计性实践、综合性实践和创新性实践，如图2 所示。项目式教学的设计 没有项目支撑的工科课程内容是缺 乏实践性和生动性的干瘪理论框架。工程项目的设计和选择 是需要专业课教师花工夫来做的事情。在选择工程项目时可 以从以下几个角度考虑。1. 项目的选用有利于激发学生兴趣。我院采用了参加全 国机械创新设计大赛的一些娱乐类作品，如获得全国二等奖 的娱乐机器“捕鱼达人” ，其控制系统采用 PLC 完成对一组 气缸的控制，在项目实施中，根据游戏的难度设置了 5 个级 别，即 5 个不同工作情境对应不同的控制方案；又如获得浙 江省机械设计大赛二等奖的“排除万难”任务型机器人，其 控制对象有多个直流电

7、机和电磁阀，在项目实施中，根据机 器人的实施任务选择 4 个阶段性控制要求。这些项目在实施 后学生可以在课外一边练习和改进控制技术，一边通过娱乐 提高学习兴趣。 其中的一款机器人如图 3 所示， 通过 PLC 控 制机器人的直流电机和气动系统实现过隧道、过单边桥、抓 螺母和拧螺母等一系列动作，操作按钮组和保护装置的设计 对学生的控制能力培养很关键。2. 项目的选用对象在生活中比较常见。如我院教学团队 与本地企业合作建立的立体车库在许多商场、宾馆、专门的 停车场都能见到，许多学生对其工作过程比较熟悉，有利于 减少设备介绍的时间，引起学生对控制方案的共鸣。3. 项目的选用结合本地区的企业设备。学生

8、毕业后大部 分在本地区工作，为使学生在毕业后尽快地适应工作需要， 在项目内容上可选用本地区的轴承制造业、黄酒制造业、纺 织印染制造业等相关设备的控制系统。有的学生在学习中参 与了教师的一些简单项目开发并将其作为毕业设计题目。如图4 (a)是为企业设计的涡流探伤检测台，图4 (b)是学生 通过实训室搭建的控制系统，并通过编程完成了毕业设计。 课程评价体系 在 CDIO 工程训练模式下， 可将项目的整 个运行过程“构思设计实现运作”纳入考核范 围，鼓励学生在做中学、在学中做，教师则提供实验条件和 指导，保障学生充分自由地发展，增强创新意识，并为学生 提供遇到问题时加以解决的方法、对仍然存在的问题进

9、一步 改进的思路等。课程的考核采取多元化的评价体系，具体涉 及以下几方面：基本技能及基础知识、设计能力、团队协作 能力、职业素质和评价。在针对项目的某一个工作情境中， 需要完成设备工艺流程和产品目录规划表(涉及工艺流程描 述和工作计划安排) 、设备控制实施表 (涉及 I/O 分配表的编 写、控制流程图、控制程序编写过程记录、设备调试过程记 录、实施过程中遇到的问题与对策和总结等)和评价表(涉 及每个工作任务的考核要求、配分和评分标准)等等。 课程支撑条件教师的 CDIO 能力培养 CDIO 教学改革成败的关键在于 教师队伍的能力。很多教师虽然有丰富的理论知识和较强的 科研能力，但缺乏相关的企业

10、工作经历或工程经验。因此， 在选择教师时应考虑以下三个方面： ( 1)作为企业科技指导 员，与企业有密切的项目合作关系。 ( 2)多次带领学生参加 省级或以上相关竞赛并取得一定的成绩。( 3)在企业一线多 次实践锻炼并积累一定的经验，或具有企业相关工作经验实践平台的设置 学生一般不具有丰富的设计经验，创 造性地设计新机构的控制系统时往往不知从何处入手。因 此，有必要讲授一些控制方案设计经验，帮助学生构思。这 项工作主要是通过院团委和相关教师组织并结合教育部、教 育厅主办的一些机械创新设计大赛、自动线安装与调试大赛 等设定比赛题目，号召学生发挥自己的想象力，形成可行控 制方案并加以实施。我院的工

11、业控制创新实践室不仅为学生 提供了全过程工程训练的机会，锻炼了学生的实际动手能 力，同时还培养了学生的创新精神、团结协作精神。学院政策的支持 我院教学团队得到了学院在政策上的 支持，主要体现为：对教师 CDIO 教学能力加以培养，与十 多家企业开展相关合作并取得了一定成效；学生在完成一套 设备控制系统的开发方案后，可作为毕业论文并优先推荐为 优秀毕业论文，优先推荐到合作企业，并作为参加控制类相 关大赛的重要选拔依据。改革成效经过近四年的教学试点，新教学模式下的“PLC 、变频器和触摸屏综合技术”课程取得了较好的效果，涌现出了一 批优秀的学生和教师。学生的专业基础水平能更好地适应企 业岗位要求，

12、许多学生毕业后能独立完成企业安排的项目并 得到企业的一致好评。学生的团队协作能力得到明显提高， 与教师交流的能力得到明显加强。学生的拼搏精神得到激 发，许多学生为了完成任务往往工作到很晚才回寝室休息。 教师的业务水平不断提高，与企业的合作更加紧密。需要指 出的是，这门综合类控制课程的教学效果离不开其他专业课 程和整个教育环境的配合。参考文献：1 陈文杰， 任立军， 张林 .新加坡理工学院基于 CDIO 模 式的项目教学改革 J. 职业技术教育， 2009(35)：91-93.2 侯世英，冯彩绒，孙韬.基于 CDIO 的“可编程控制器 应用技术”教学改革J.电气电子教学学报，2012(34): 15-17.3 宋国庆.基于 CDIO 理念的“可编程控制器技术” 课程改革J.吉林广播电视大学学报，2012 (9): 8-10.4 张瑞华， 杨亚萍， 方娟妮 .基于 CDIO 理念的“电子综 合设计”教学改革探索J.中国电力教育，2012 (19)： 47-4