基于CDIO的電氣控制與PLC課程教學改革探索

劉旭明+高峰

[摘 要]以CDIO工程教育模式進行電氣控制與PLC課程改革，建立以“教師為主導，學生為主體，項目為載體”的教學模式，以課程建設帶動專業課程群建設。教學過程中學生以小組為單位組建團隊，通過網孔板加獨立電氣元件的實踐手段，強調學生的電氣硬件設計能力、軟件編程能力和團隊協作能力的培養。課程的考核評價注重過程考核和綜合考核，評價要素包括硬件電路的規范、軟件程序的優化、團隊成員的協作，項目答辯的表現、技術文檔的撰寫等。實踐表明教學效果良好，為應用型本科院校實踐性強的專業課程的教學改革提供了有益的思路。

[關鍵詞]CDIO;應用型PLC;教學改革

[中圖分類號] TP319;G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）01-0148-02

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）教學模式是當前國際上普遍采用的工程教育改革模式，CDIO倡導 “做中學”和 “基于項目教育和學習”。金陵科技學院作為一所應用型本科院校，強調學生的工程項目能力培養是學校的工科專業的教學重點。電氣工程及其自動化專業在電氣控制與PLC課程的教學中引入CDIO教育理念，依托工程項目為載體，強化職業能力培養的教學思路，設立工程項目化的教學案例，讓學生在工程項目訓練中學習，提高了學生研究問題、分析問題、解決問題的工程應用能力，同時也培養了學生的職業素養。

一、改革教學模式

CDIO教學模式改變了傳統的教師滿堂講課，學生被動聽課的模式，而是建立以“教師為主導，學生為主體”的新型教學模式。該門課程通過實施具有研究性質和貼近工程實際的項目化教學方法，課程全程在實驗室開展授課，教師在每次課前先講授本次課實踐中需要用到的理論知識點，然后提出問題和任務，對學生進行課堂組織、方法指導和思路引導，學生根據任務完成本次工程項目方案的研究、設計、實現、總結全流程，實現師生的“教”、“學”互動。課程教學模式如圖1所示。

二、課程群建設

電氣控制與PLC課程作為專業必修課程，承擔著承前啟后、串聯其他專業課程的紐帶作用，根據金陵科技學院高級應用型本科院校的特色，在專業培養計劃的修訂過程中，將該課程的學時由以往的48學時理論與8學時實驗，修訂為28學時理論與28學時實踐，大大提高了實踐環節的比例，凸顯了學生培養的應用型特色。通過該門課程的建設，將電工技術、電機拖動、檢測技術、組態技術、變頻器技術、現場總線技術等課程進行融合，以培養學生自動化系統集成的綜合技能。同時，通過該項目的實施，融入更多工業軟件的應用，學生能夠熟練應用三菱WORKS、西門子TIA等工業控制軟件進行應用和編程，并以此課程為紐帶，帶動掌握組態軟件、工業仿真軟件、電氣繪圖軟件、辦公自動化軟件的應用。與該門課程相關的課程群體系如圖2。

三、課程實踐手段

傳統的PLC課程實驗一般都是在購置的實驗箱上進行，學生在實驗箱上根據指導書進行簡單連線，然后根據需要進行軟件編程訓練，學生很難對電氣控制項目的整體性有認識，對PLC在工業中廣泛應用也很難有感性認識。本課程在教學過程中，要求學生在網孔板上將各個需要連接的電氣元件布好，自行設計電氣原理圖并連接電氣硬件電路，既強化了學生的電工工藝規范意識，也對PLC的實際電氣控制系統有了非常深的感性認識。由于每次項目都是解決一個實際問題，在實踐的過程中會存在許多不確定的狀況，包括硬件連接和軟件調試方面的各種問題，學生往往要查閱資料、不斷討論、多次調試才能解決，極大地鍛煉了學生的分析問題和解決問題的工程能力。學生在學完本課程后，可以進行一個完整的PLC電氣控制工程項目的硬件布線技能和軟件編程調試能力的測試。

四、具體建設內容

1.教學方法采取項目化教學，項目設置為具有研究性質的工程實際項目，在配有多媒體的實訓室上課，學生通過對項目進行分析研究，確定實施方案，并最終予以實現。

2.設計科學合理的評價指標體系，注重過程考核，強調工程應用和創新能力培養，培育團隊協作意識，強化職業素養。

3.建立“以教師為主導，學生為主體”的教學模式，學生通過組建團隊或小組，在項目實施的過程中，充分對方案進行研究與設計，強調學生的自主學習能力培養，對實施中碰到的問題加以分析研究并最終解決問題。

4.校企聯合設計教學項目，引進具有行業最新技術的自動化設備以及工程應用技術。

5.實現開放式學習，首先是專業實驗室通過信息管理系統實行開放式管理，學生可通過系統預約成功刷卡進入實驗室，在實驗室學生助理的安排下實踐練習。二是建立課程網站，在網站上進行資料下載、成果展示、學習交流等。

6.培養學生創造性思維、創業創新能力，教學項目與學科競賽及職業資格考證的內容相結合，學生學完課程后能夠參加西門子杯工業挑戰賽，三菱電機杯電氣與自動化大賽等各級自動化大賽，并且通過高級電工、自動化工程師等資格認證考試。

五、改革評價方式

本課程在教學評價過程中不僅重視培養學生的工程應用能力，也重視培養學生的職業意識和團隊協作能力。傳統的課程考核評價方式大多是教師根據平時表現（占比30%）及考試卷面成績（占比70%）來作出評價，而本課程更加注重過程考核，在課程結束再進行一個綜合考核，盡量淡化試卷考核的比重。過程考核的重點放在學生在平時學習過程中每個項目完成的質量情況，評價要素包括硬件電路的規范、軟件程序的優化、團隊成員的協作、項目答辯的表現、技術文檔的撰寫等，并讓學生不斷對上一個項目的表現進行總結和改進，過程考核的比重為50%。課程結束的綜合考核包括基礎知識點的內容，程序設計應用，并在規定時間內完成一個綜合項目的考核，綜合考核的比重為50%。

六、課程創新之處

1.教學主體創新。以“教師為引導，學生為主體”，以工程項目為授課情境，充分利用個人活動、小組協作、集體討論等多種教學組織形式，積極引導學生研究性思維的形成，培養學生創新能力和自主解決問題的能力。

2.教學方法創新。通過工程項目的現場教學與實施，教師設計問題，學生解決問題，采用啟發式、討論式的教學方法調動學生學習積極性，師生之間通過對工程項目中問題的解決實現互動。教師引入多媒體、網絡等新技術在教學中進行應用。

3.學習方式創新。在學習過程中采取團隊協作方式，學生小組成員自由組合，分組完成任務。為了最大限度地發揮每個學生的特長，分組時由學習能力強的帶相對較弱的學生，或者將擅長編程和接線的學生進行組合。

4.教學內容創新。通過與三菱自動化、西門子自動化、GE智能平臺等國際知名企業的共建，引進企業的最新技術成果，注重教學內容的及時更新，將本學科領域最新知識與行業最新技術研究融入教學。同時，在教學內容中更加注重對PLC編程軟件的應用，著重培養學生對工業控制對象編程的能力，養成良好的編程習慣，鍛煉合理的編程思路。

5.評價方式創新。注重教學過程與教學效果的檢查與考核，通過設計各類能力評價表對學生的理論和技能進行綜合考核，充分體現學生知識、能力和素質的綜合水平情況。評價主體由教師和學生共同組成，評價內容體現項目教學所需的各種能力，重視過程而不僅僅重視結果。

6.與科技創新相結合。通過在課程教學的過程中，引入相關自動化大賽的競賽項目，促進學生創造性思維、創新創業能力等方面的培養，選拔優秀學生參加自動化類學科競賽、科研創新、專利申報等科技創新活動。

七、結語

通過實施基于CDIO的工程項目化教學改革，學生對電氣控制與PLC課程的滿意度大幅提高，有效帶動了我校電氣工程及其自動化專業的課程教學改革，大大提高了學生的工程實踐應用能力，為應用型高等院校相關專業的人才培養提供了有益的借鑒。

[責任編輯：鐘 嵐]