獨(dú)立學(xué)院現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC課程CDIO模式教改的研究與實(shí)踐

韓海豹 樊建強(qiáng) 賈維丁

論文研究了“電氣控制與PLC應(yīng)用”課程在CDIO模式下的教學(xué)方法，闡述了研究思路與操作方法。介紹了獨(dú)立學(xué)院教學(xué)的重要性，結(jié)合課程特點(diǎn)，合理調(diào)節(jié)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，探索在教學(xué)過(guò)程中引入CDIO模式，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

獨(dú)立學(xué)院是我國(guó)高等教育發(fā)展過(guò)程中充分利用現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)高等教育存量資源以拓展高等教育增量資源的有效形式，是中國(guó)特色高等教育發(fā)展的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)舉。隨著獨(dú)立學(xué)院群體的快速成長(zhǎng)，其教育質(zhì)量在中國(guó)高校整體教學(xué)質(zhì)量中的權(quán)重占比也日益加大。截止2013年底，全國(guó)獨(dú)立學(xué)院共292所，約占全國(guó)普通高校數(shù)量的近30%，在校生達(dá)275萬(wàn)，約占全國(guó)普通高等本科在校生的18%。大部分獨(dú)立學(xué)院均屬于“三本高校”，其生源來(lái)自于本科招生的最后一批，如何在生源質(zhì)量不盡如意的情況下努力提升教學(xué)質(zhì)量三本獨(dú)立學(xué)院面對(duì)一個(gè)重大問(wèn)題。

學(xué)生群體作為影響?yīng)毩W(xué)院教學(xué)質(zhì)量的最重要變量之一，在他們身上所表現(xiàn)出的有利因素與不利因素同樣突出。獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的總體入學(xué)成績(jī)偏低，其中大部分人的自我約束能力較差，而且不同個(gè)體之間的差異較大。但是，獨(dú)立學(xué)院的不少學(xué)生擁有相當(dāng)不錯(cuò)的家庭經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，足以成為令他們接受良好教育的支撐條件，使得這些學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后表現(xiàn)出見(jiàn)識(shí)多、興趣愛(ài)好廣、思維活躍、對(duì)新鮮事物的接收能力較快和社會(huì)活動(dòng)能力較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。在獨(dú)立學(xué)院的教學(xué)工作中，要切實(shí)做到因才施教。因才施教就是要因勢(shì)利導(dǎo)，將學(xué)生們自身的潛在優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、努力學(xué)習(xí)的顯性優(yōu)勢(shì)，形成促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升的正向內(nèi)因。

CDIO教學(xué)模式是關(guān)國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院、瑞典查爾摩斯工業(yè)大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)共同創(chuàng)立的工程教育改革模式。本文探討在PLC的教學(xué)過(guò)程中引入CDIO教育理念，讓學(xué)生對(duì)理論與實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系，完成“做中學(xué)”的過(guò)程，并且通過(guò)做中學(xué)和基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐開(kāi)發(fā)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。PLC課程是電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)專業(yè)核心課程，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用PLC進(jìn)行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工業(yè)控制過(guò)程的能力，提高學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)更要側(cè)重于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生掌握PLC應(yīng)用技術(shù)技能，將理論知識(shí)和專業(yè)實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手能力，解決生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題，為此將CDIO引入教學(xué)中，對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整改。

一、PLC教學(xué)改革的必要性

1、PLC課程的特點(diǎn)：（1）應(yīng)用性強(qiáng)。涉及知識(shí)面廣，要求學(xué)生掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)；（2）綜合性強(qiáng)。能直接與被控對(duì)象聯(lián)接，軟硬件能完美結(jié)合；（3）實(shí)踐性強(qiáng)。PLC作為技術(shù)應(yīng)用型課程，實(shí)踐訓(xùn)練非常重要。PLC課程的授課內(nèi)容主要是繼電器控制電路的分析與設(shè)計(jì)和PLC的基礎(chǔ)知識(shí)，內(nèi)容較多，對(duì)學(xué)生的綜合要求較高。

2、傳統(tǒng)的教學(xué)模制存在的缺點(diǎn)是：（1）授課過(guò)程先理論再實(shí)踐，按章節(jié)內(nèi)容授課，理論學(xué)習(xí)難與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)同步，造成學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)無(wú)從下手；（2）理論教學(xué)被過(guò)多的重視，學(xué)生在電氣控制電路的原理、基木控制環(huán)節(jié)原理、設(shè)計(jì)的主要思想一般非常清晰，但談到具體的安裝、調(diào)試、設(shè)計(jì)等方而的工作時(shí)，大都比較欠缺。（3）PLC課程的實(shí)驗(yàn)室儀器能做的內(nèi)容是教科書(shū)上現(xiàn)成的或者老師己在課堂上講過(guò)，學(xué)生只需上機(jī)調(diào)試的程序，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生缺少思考，因而激發(fā)不了求知欲和探索欲。（4）課程的實(shí)踐教學(xué)沒(méi)有很好的與PLC應(yīng)用崗位對(duì)接。實(shí)驗(yàn)前，教師把實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、操作方法與步驟甚至連每一步結(jié)果等都寫(xiě)清楚，學(xué)生機(jī)械地完成操作，造成理論與實(shí)踐脫節(jié)。

二、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整

1、理論教學(xué)內(nèi)容的整合

電氣控制技術(shù)部分，以基本器件原理和基本控制單元電路為重點(diǎn)，適當(dāng)減少典型機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)分析的教學(xué)內(nèi)容，以減少理論教學(xué)時(shí)數(shù)。將工廠電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)合二為一，避免重復(fù)教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率。在較少學(xué)時(shí)的專業(yè)課教學(xué)中，PLC指令系統(tǒng)可僅講授基本指令，如裝載、微分、輸出、定時(shí)、計(jì)數(shù)等指令，而將算術(shù)運(yùn)算類、移位、高速計(jì)數(shù)、PID調(diào)節(jié)、中斷等功能性指令內(nèi)容留給學(xué)生課余自學(xué)。

2、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的加強(qiáng)

增加了實(shí)踐教學(xué)和與實(shí)踐教學(xué)相關(guān)的理論教學(xué)內(nèi)容。電氣控制系統(tǒng)的常用元器件結(jié)構(gòu)、原理、性能、型號(hào)等教學(xué)內(nèi)容應(yīng)結(jié)合實(shí)物進(jìn)行教學(xué)。電氣控制的基本環(huán)節(jié)部分，結(jié)合電氣控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合課程設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用進(jìn)行。PLC應(yīng)用教學(xué)的核心是培養(yǎng)學(xué)生PLC應(yīng)用能力，理論教學(xué)可只講基本指令、PLC設(shè)計(jì)思想及編程方法，大部分時(shí)間應(yīng)花在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)上。

三、PLC教學(xué)的CDIO模式

CDIO指Conceive（構(gòu)思），Design（設(shè)計(jì)）、Implement（實(shí)現(xiàn)）和Operate（運(yùn)行），為將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，提供了一個(gè)很好的框架和理念，使學(xué)生主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有聯(lián)系的方式來(lái)學(xué)習(xí)。

在PLC課程的教學(xué)過(guò)程中引入CDIO教育模式體現(xiàn)培養(yǎng)理念，首先突出初步軟、硬件系統(tǒng)知識(shí)培養(yǎng)；其次注重專業(yè)工程項(xiàng)目訓(xùn)練（學(xué)生團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目）；再次側(cè)重系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)能力的培養(yǎng)完成PLC的課程設(shè)計(jì)。在授課過(guò)程中采用工學(xué)結(jié)合的教學(xué)方法增加學(xué)生對(duì)PLC涉及領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，明確學(xué)習(xí)目的，從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行結(jié)合。開(kāi)發(fā)以工程案例為主題的課程標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)教材，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)和PLC指令，遵循先易后難、循序漸進(jìn)的原則，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，分析工程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，親身體驗(yàn)PLC控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程。工程案例如表1。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中講授一些必需的相關(guān)理論知識(shí)與實(shí)踐技能，引導(dǎo)學(xué)生以工程任務(wù)為導(dǎo)向建立設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的方法和步驟，制定工程項(xiàng)目的任務(wù)書(shū)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書(shū)逐步完成工程的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行（CDIO）加強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立工作和專業(yè)綜合能力的訓(xùn)練。

四、CDIO模式下的PLC課程考核方式

CDIO模式下PLC課程的考核方法不同于傳統(tǒng)的單一的期末考試形式，它不僅要考核學(xué)生對(duì)PLC基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和指令的掌握情況，更重視學(xué)生對(duì)PLC工程應(yīng)用的能力。考核分為兩部分：1、對(duì)操作能力考核。期末在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一次獨(dú)立分析、實(shí)際動(dòng)手和應(yīng)用創(chuàng)新的綜合能力測(cè)試考核。為了讓學(xué)生更廣泛、更深人地開(kāi)闊視野，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力和想象力，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的功能，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須做到內(nèi)容廣泛、形式多樣，有較大的選擇余地，便于學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。學(xué)生可通過(guò)各種途徑查資料，學(xué)生根據(jù)己經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，確定PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)外部接線圖，編寫(xiě)控制程序，連接電路運(yùn)行調(diào)試，分析運(yùn)行結(jié)果，并要求每個(gè)學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成。將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合。操作能力考核進(jìn)行學(xué)生自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的考核方法考核。過(guò)程中要做到公平、公正、公開(kāi)并引導(dǎo)學(xué)生反思、總結(jié)和改進(jìn)。操作能力考核占總成績(jī)的60%。2、筆試考試，除了考察基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)還需增加程序設(shè)計(jì)題目重點(diǎn)考察知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用。筆試考試占總成績(jī)的40%。

隨著獨(dú)立學(xué)院在高等教學(xué)質(zhì)量的權(quán)重日益加大，為提高獨(dú)立學(xué)院教學(xué)質(zhì)量，要以學(xué)生為本，因材施教。在PLC課程的教改模式中體現(xiàn)CDIO的教育理念，以工程項(xiàng)目為載體，以專業(yè)知識(shí)、能力、素質(zhì)等為培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)過(guò)程中把PLC的知識(shí)點(diǎn)及學(xué)生能力培養(yǎng)融于工程項(xiàng)目中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，加強(qiáng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（作者單位：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院）