基于CDIO 和OBE 的PLC 課程教學(xué)改革與實踐

劉忠超 蓋曉華

（南陽理工學(xué)院智能制造學(xué)院，河南 南陽 473004）

1 PLC 課程改革的必要動力

可編程序控制器（PLC）是一種先進的自動化控制裝置， 已經(jīng)成為工農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)中的重要支柱之一。2014 年3 月教育部明確提出全國1 200 所普通本科高等院校將有600 多所逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)應(yīng)用型人才是高等教育大眾化的發(fā)展方向[1]。隨著國家應(yīng)用型人才建設(shè)計劃的提出并實施，PLC 應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為高校電氣類相關(guān)專業(yè)的熱門課程。

CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）的工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的新成果，是“基于項目教學(xué)”和“動手中學(xué)” 的有機結(jié)合[2]。 OBE （Outcomes-Based Education）即將學(xué)習(xí)成果作為導(dǎo)向的教育理念，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠清晰地預(yù)期將要實現(xiàn)的學(xué)習(xí)效果[3]。

結(jié)合國家應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教育方針， 依據(jù)CDIO 和OBE 教學(xué)理念，在PLC 的教學(xué)過程中引入工程應(yīng)用教育， 強調(diào)以項目為學(xué)習(xí)該門課程的載體，掌握實際應(yīng)用為目標(biāo)的教學(xué)模式，對教學(xué)過程中的項目進行分析和實踐練習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)的理論知識和實際應(yīng)用相結(jié)合，從而提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。 這也是PLC 課程教學(xué)改革的目的。

2 PLC 課程改革目標(biāo)和思路

PLC 是大多數(shù)機電類相關(guān)專業(yè)的核心課程， 該課程具有很強的實踐性和應(yīng)用性。PLC 從誕生至今，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門發(fā)展較快、應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛的課程[4]。 并且作為偏向應(yīng)用性技術(shù)的課程，其與工程實踐的聯(lián)系非常緊密。 目前國內(nèi)高校開設(shè)PLC課程，基本還是遵循傳統(tǒng)的教材和教學(xué)模式，即從PLC基礎(chǔ)知識介紹開始，講解其硬件體系和軟件系統(tǒng)，以及編程技術(shù)和PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要教學(xué)形式采用課堂理論加實驗驗證，實驗室中缺少實際工程對象，學(xué)生僅僅通過編程和仿真來進行理論知識消化， 并且課程考核主要采用筆試試卷測試， 學(xué)生純粹為了考試而去學(xué)習(xí)。 這樣的教學(xué)模式會導(dǎo)致學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)枯燥，學(xué)習(xí)效果與實際工程項目應(yīng)用脫節(jié)，無法培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和實踐應(yīng)用能力， 學(xué)習(xí)完該門課程后還不能應(yīng)用PLC 進行實際工程系統(tǒng)的設(shè)計，難以達(dá)到PLC課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的[5]。

針對傳統(tǒng)“課堂理論+實驗”的PLC 教學(xué)模式，通過CDIO 的教學(xué)模式理念指導(dǎo)PLC 課程教學(xué)改革，將CDIO 理念實施的四個階段貫穿于教學(xué)項目， 即明確項目實現(xiàn)的任務(wù)（構(gòu)思），項目實現(xiàn)的方案（設(shè)計），項目的具體實現(xiàn)（實施），項目的運行和評價（運作）。 也就是在項目教學(xué)實施中去理解、接收并應(yīng)用枯燥的理論知識， 引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和工程應(yīng)用能力，實現(xiàn)理論和實踐的緊密結(jié)合[6]。 同時基于OBE 的教育理念，改革課程考核方式，取消以“識記”為主的老舊閉卷考試模式，主要依據(jù)項目完成情況，通過項目小組中成員自我評價、相互評價和教師評價作為結(jié)果進行學(xué)業(yè)評價，并根據(jù)評價結(jié)果不斷地調(diào)整項目的實施過程。

總之，PLC 課程教學(xué)改革以CDIO 為指導(dǎo)思想，以項目教學(xué)為主線， 通過項目完成過程來驅(qū)動教學(xué)，進而在項目的實現(xiàn)過程中去掌握理論知識，提高工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。 以O(shè)BE 教學(xué)模式來考評學(xué)業(yè)掌握情況，擯棄PLC 教學(xué)內(nèi)容的考核，注重PLC 學(xué)習(xí)成果，強調(diào)學(xué)生實際學(xué)習(xí)成果的評價。通過CDIO 和OBE 的教學(xué)理念結(jié)合，在PLC 課程教學(xué)中形成一個應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新課程體系。

3 PLC 課程教學(xué)改革措施

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

（1） 課程教學(xué)大綱改革。根據(jù)PLC 課程改革指導(dǎo)原則，以工程項目為主線貫穿教學(xué)，以學(xué)習(xí)結(jié)果為考核導(dǎo)向，進行傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容與所設(shè)計教學(xué)項目的有機融合，編寫 CDIO 和 OBE 模式下的PLC 課程教學(xué)大綱，借助于工程案例，將理論和實踐教學(xué)融入其中，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

（2）教材改革。 鑒于目前的PLC 教材基本是以傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行安排的，不能滿足課程教學(xué)改革的需要。 為了配合PLC 課程教學(xué)改革，根據(jù)工程項目案例教學(xué)的需要，由劉忠超編寫并由化學(xué)工業(yè)出版社出版了 《西門子S7-300 PLC 編程入門及工程實踐》。 該教材編寫以項目實施為主線，PLC 實際教學(xué)內(nèi)容結(jié)合于項目，能夠滿足課程改革教學(xué)的需要。

（3）教學(xué)內(nèi)容改革。 教學(xué)內(nèi)容改革是PLC 課程改革的核心，主要以CDIO 教學(xué)理念為指導(dǎo)，進行項目化教學(xué)案例的設(shè)計。 根據(jù)學(xué)生需要掌握的PLC 內(nèi)容，設(shè)計了項目教學(xué)案例6 個。 在項目的實施過程中主要以學(xué)生為中心，強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位， 授課教師主要結(jié)合項目進行學(xué)習(xí)內(nèi)容的引導(dǎo)。 構(gòu)建“思考、動手、探索、實施”的 PLC 項目教學(xué)模式[7]。學(xué)生主動思考項目實現(xiàn)的任務(wù)目標(biāo)為前提，通過實際的動手和實踐，發(fā)現(xiàn)問題；進而探索問題所涉及的PLC 相關(guān)知識，再通過學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識解決項目中的問題，從而完成項目的實施。

用于教學(xué)的項目選取應(yīng)根據(jù)工程應(yīng)用能力的形成以及學(xué)生知識掌握的進度，進行由易到難、逐漸深入的合理安排， 并精簡開發(fā)成適合教學(xué)的學(xué)習(xí)項目。為了保證教學(xué)項目的工程應(yīng)用性，教師到南陽市相關(guān)企業(yè)進行了實地調(diào)研，根據(jù)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和PLC 課程改革的要求，開發(fā)的基于CDIO 的工程實際教學(xué)項目如表1 所示。

表1 教學(xué)工程項目一覽表

（4）教學(xué)方式改革。 為了保證教學(xué)項目的實施效果，擯棄傳統(tǒng)的課堂知識講解方式，主要利用實驗室場所，通過項目小組，協(xié)同完成項目任務(wù)。在項目實施中還可以引入企業(yè)團隊文化， 感受團隊協(xié)作的重要性。 學(xué)生為了完成項目任務(wù)，成為挖掘理論知識的主體，教師圍繞著學(xué)生的需求去協(xié)助解決問題，真正體現(xiàn)了“一切為了學(xué)生”的教學(xué)理念。學(xué)生通過選取對項目的學(xué)習(xí)， 可以實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與工程實際過程相結(jié)合，并且能夠?qū)崿F(xiàn)知識和項目應(yīng)用能力的遷移。

3.2 考核方式改革

依據(jù)OBE 教育理念， 學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評價應(yīng)以項目實施結(jié)果為主要依據(jù)，而不是傳統(tǒng)教師為主導(dǎo)通過試卷來考核，強調(diào)學(xué)生為中心的主體地位，提出了項目完成情況為考核驅(qū)動力，通過任務(wù)的驅(qū)動，考查學(xué)生的設(shè)計操作技能掌握情況[8]。

在項目考核測試時，為了準(zhǔn)確記錄學(xué)生的項目完成情況，對考核結(jié)果進行科學(xué)評定，要求認(rèn)真填寫《可編程序控制器課程項目考核記錄表》，樣式如表2 所示。

表2 可編程序控制器課程項目考核記錄表

通過考核過程的記錄評價，能夠激發(fā)學(xué)生在PLC學(xué)習(xí)過程中注重學(xué)習(xí)成果，促進學(xué)生積極參與項目完成。這種考核方式將學(xué)生從傳統(tǒng)的死記硬背應(yīng)付試卷的考試模式中解脫出來，構(gòu)建了以學(xué)生為本的考核新模式， 同時通過考核分析不斷地優(yōu)化項目教學(xué)過程，為PLC 教學(xué)改革注入新的活力，這也符合當(dāng)前社會對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

4 結(jié)論

結(jié)合CDIO 和OBE 先進的教學(xué)理念， 對PLC 課程教學(xué)進行有效的改革與創(chuàng)新，把工程項目的實施作為學(xué)習(xí)PLC 知識的載體， 使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，實現(xiàn)了專業(yè)知識、工程能力和素質(zhì)的綜合提升。 改革了傳統(tǒng)PLC 課程考核方式，采用“項目過程+結(jié)果”的考核方式能夠更加科學(xué)地對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行評價。在課程教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有CDIO 和OBE 特色的工程項目課程教材，進一步完善了PLC 課程改革的教學(xué)資源。 通過實際工程項目的教學(xué)實施，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生的動手能力得到了很大的提高， 培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力，取得了較好的教學(xué)效果。