基于CDIO的電氣控制與PLC課程教學(xué)改革探索

劉旭明+高峰

[摘 要]以CDIO工程教育模式進(jìn)行電氣控制與PLC課程改革，建立以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，項(xiàng)目為載體”的教學(xué)模式，以課程建設(shè)帶動(dòng)專業(yè)課程群建設(shè)。教學(xué)過(guò)程中學(xué)生以小組為單位組建團(tuán)隊(duì)，通過(guò)網(wǎng)孔板加獨(dú)立電氣元件的實(shí)踐手段，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的電氣硬件設(shè)計(jì)能力、軟件編程能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。課程的考核評(píng)價(jià)注重過(guò)程考核和綜合考核，評(píng)價(jià)要素包括硬件電路的規(guī)范、軟件程序的優(yōu)化、團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作，項(xiàng)目答辯的表現(xiàn)、技術(shù)文檔的撰寫(xiě)等。實(shí)踐表明教學(xué)效果良好，為應(yīng)用型本科院校實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課程的教學(xué)改革提供了有益的思路。

[關(guān)鍵詞]CDIO;應(yīng)用型PLC;教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] TP319;G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）01-0148-02

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）教學(xué)模式是當(dāng)前國(guó)際上普遍采用的工程教育改革模式，CDIO倡導(dǎo) “做中學(xué)”和 “基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”。金陵科技學(xué)院作為一所應(yīng)用型本科院校，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程項(xiàng)目能力培養(yǎng)是學(xué)校的工科專業(yè)的教學(xué)重點(diǎn)。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)在電氣控制與PLC課程的教學(xué)中引入CDIO教育理念，依托工程項(xiàng)目為載體，強(qiáng)化職業(yè)能力培養(yǎng)的教學(xué)思路，設(shè)立工程項(xiàng)目化的教學(xué)案例，讓學(xué)生在工程項(xiàng)目訓(xùn)練中學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生研究問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的工程應(yīng)用能力，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

一、改革教學(xué)模式

CDIO教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教師滿堂講課，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)課的模式，而是建立以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的新型教學(xué)模式。該門課程通過(guò)實(shí)施具有研究性質(zhì)和貼近工程實(shí)際的項(xiàng)目化教學(xué)方法，課程全程在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展授課，教師在每次課前先講授本次課實(shí)踐中需要用到的理論知識(shí)點(diǎn)，然后提出問(wèn)題和任務(wù)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行課堂組織、方法指導(dǎo)和思路引導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)完成本次工程項(xiàng)目方案的研究、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、總結(jié)全流程，實(shí)現(xiàn)師生的“教”、“學(xué)”互動(dòng)。課程教學(xué)模式如圖1所示。

二、課程群建設(shè)

電氣控制與PLC課程作為專業(yè)必修課程，承擔(dān)著承前啟后、串聯(lián)其他專業(yè)課程的紐帶作用，根據(jù)金陵科技學(xué)院高級(jí)應(yīng)用型本科院校的特色，在專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的修訂過(guò)程中，將該課程的學(xué)時(shí)由以往的48學(xué)時(shí)理論與8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，修訂為28學(xué)時(shí)理論與28學(xué)時(shí)實(shí)踐，大大提高了實(shí)踐環(huán)節(jié)的比例，凸顯了學(xué)生培養(yǎng)的應(yīng)用型特色。通過(guò)該門課程的建設(shè)，將電工技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、檢測(cè)技術(shù)、組態(tài)技術(shù)、變頻器技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等課程進(jìn)行融合，以培養(yǎng)學(xué)生自動(dòng)化系統(tǒng)集成的綜合技能。同時(shí)，通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，融入更多工業(yè)軟件的應(yīng)用，學(xué)生能夠熟練應(yīng)用三菱WORKS、西門子TIA等工業(yè)控制軟件進(jìn)行應(yīng)用和編程，并以此課程為紐帶，帶動(dòng)掌握組態(tài)軟件、工業(yè)仿真軟件、電氣繪圖軟件、辦公自動(dòng)化軟件的應(yīng)用。與該門課程相關(guān)的課程群體系如圖2。

三、課程實(shí)踐手段

傳統(tǒng)的PLC課程實(shí)驗(yàn)一般都是在購(gòu)置的實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱上根據(jù)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行簡(jiǎn)單連線，然后根據(jù)需要進(jìn)行軟件編程訓(xùn)練，學(xué)生很難對(duì)電氣控制項(xiàng)目的整體性有認(rèn)識(shí)，對(duì)PLC在工業(yè)中廣泛應(yīng)用也很難有感性認(rèn)識(shí)。本課程在教學(xué)過(guò)程中，要求學(xué)生在網(wǎng)孔板上將各個(gè)需要連接的電氣元件布好，自行設(shè)計(jì)電氣原理圖并連接電氣硬件電路，既強(qiáng)化了學(xué)生的電工工藝規(guī)范意識(shí)，也對(duì)PLC的實(shí)際電氣控制系統(tǒng)有了非常深的感性認(rèn)識(shí)。由于每次項(xiàng)目都是解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，在實(shí)踐的過(guò)程中會(huì)存在許多不確定的狀況，包括硬件連接和軟件調(diào)試方面的各種問(wèn)題，學(xué)生往往要查閱資料、不斷討論、多次調(diào)試才能解決，極大地鍛煉了學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的工程能力。學(xué)生在學(xué)完本課程后，可以進(jìn)行一個(gè)完整的PLC電氣控制工程項(xiàng)目的硬件布線技能和軟件編程調(diào)試能力的測(cè)試。

四、具體建設(shè)內(nèi)容

1.教學(xué)方法采取項(xiàng)目化教學(xué)，項(xiàng)目設(shè)置為具有研究性質(zhì)的工程實(shí)際項(xiàng)目，在配有多媒體的實(shí)訓(xùn)室上課，學(xué)生通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析研究，確定實(shí)施方案，并最終予以實(shí)現(xiàn)。

2.設(shè)計(jì)科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，注重過(guò)程考核，強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，培育團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，強(qiáng)化職業(yè)素養(yǎng)。

3.建立“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，學(xué)生通過(guò)組建團(tuán)隊(duì)或小組，在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，充分對(duì)方案進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，對(duì)實(shí)施中碰到的問(wèn)題加以分析研究并最終解決問(wèn)題。

4.校企聯(lián)合設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，引進(jìn)具有行業(yè)最新技術(shù)的自動(dòng)化設(shè)備以及工程應(yīng)用技術(shù)。

5.實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式學(xué)習(xí)，首先是專業(yè)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)信息管理系統(tǒng)實(shí)行開(kāi)放式管理，學(xué)生可通過(guò)系統(tǒng)預(yù)約成功刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室學(xué)生助理的安排下實(shí)踐練習(xí)。二是建立課程網(wǎng)站，在網(wǎng)站上進(jìn)行資料下載、成果展示、學(xué)習(xí)交流等。

6.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力，教學(xué)項(xiàng)目與學(xué)科競(jìng)賽及職業(yè)資格考證的內(nèi)容相結(jié)合，學(xué)生學(xué)完課程后能夠參加西門子杯工業(yè)挑戰(zhàn)賽，三菱電機(jī)杯電氣與自動(dòng)化大賽等各級(jí)自動(dòng)化大賽，并且通過(guò)高級(jí)電工、自動(dòng)化工程師等資格認(rèn)證考試。

五、改革評(píng)價(jià)方式

本課程在教學(xué)評(píng)價(jià)過(guò)程中不僅重視培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，也重視培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。傳統(tǒng)的課程考核評(píng)價(jià)方式大多是教師根據(jù)平時(shí)表現(xiàn)（占比30%）及考試卷面成績(jī)（占比70%）來(lái)作出評(píng)價(jià)，而本課程更加注重過(guò)程考核，在課程結(jié)束再進(jìn)行一個(gè)綜合考核，盡量淡化試卷考核的比重。過(guò)程考核的重點(diǎn)放在學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中每個(gè)項(xiàng)目完成的質(zhì)量情況，評(píng)價(jià)要素包括硬件電路的規(guī)范、軟件程序的優(yōu)化、團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作、項(xiàng)目答辯的表現(xiàn)、技術(shù)文檔的撰寫(xiě)等，并讓學(xué)生不斷對(duì)上一個(gè)項(xiàng)目的表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)，過(guò)程考核的比重為50%。課程結(jié)束的綜合考核包括基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，程序設(shè)計(jì)應(yīng)用，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)綜合項(xiàng)目的考核，綜合考核的比重為50%。

六、課程創(chuàng)新之處

1.教學(xué)主體創(chuàng)新。以“教師為引導(dǎo)，學(xué)生為主體”，以工程項(xiàng)目為授課情境，充分利用個(gè)人活動(dòng)、小組協(xié)作、集體討論等多種教學(xué)組織形式，積極引導(dǎo)學(xué)生研究性思維的形成，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和自主解決問(wèn)題的能力。

2.教學(xué)方法創(chuàng)新。通過(guò)工程項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)與實(shí)施，教師設(shè)計(jì)問(wèn)題，學(xué)生解決問(wèn)題，采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，師生之間通過(guò)對(duì)工程項(xiàng)目中問(wèn)題的解決實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。教師引入多媒體、網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)在教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用。

3.學(xué)習(xí)方式創(chuàng)新。在學(xué)習(xí)過(guò)程中采取團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式，學(xué)生小組成員自由組合，分組完成任務(wù)。為了最大限度地發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的特長(zhǎng)，分組時(shí)由學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的帶相對(duì)較弱的學(xué)生，或者將擅長(zhǎng)編程和接線的學(xué)生進(jìn)行組合。

4.教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。通過(guò)與三菱自動(dòng)化、西門子自動(dòng)化、GE智能平臺(tái)等國(guó)際知名企業(yè)的共建，引進(jìn)企業(yè)的最新技術(shù)成果，注重教學(xué)內(nèi)容的及時(shí)更新，將本學(xué)科領(lǐng)域最新知識(shí)與行業(yè)最新技術(shù)研究融入教學(xué)。同時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容中更加注重對(duì)PLC編程軟件的應(yīng)用，著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工業(yè)控制對(duì)象編程的能力，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，鍛煉合理的編程思路。

5.評(píng)價(jià)方式創(chuàng)新。注重教學(xué)過(guò)程與教學(xué)效果的檢查與考核，通過(guò)設(shè)計(jì)各類能力評(píng)價(jià)表對(duì)學(xué)生的理論和技能進(jìn)行綜合考核，充分體現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的綜合水平情況。評(píng)價(jià)主體由教師和學(xué)生共同組成，評(píng)價(jià)內(nèi)容體現(xiàn)項(xiàng)目教學(xué)所需的各種能力，重視過(guò)程而不僅僅重視結(jié)果。

6.與科技創(chuàng)新相結(jié)合。通過(guò)在課程教學(xué)的過(guò)程中，引入相關(guān)自動(dòng)化大賽的競(jìng)賽項(xiàng)目，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等方面的培養(yǎng)，選拔優(yōu)秀學(xué)生參加自動(dòng)化類學(xué)科競(jìng)賽、科研創(chuàng)新、專利申報(bào)等科技創(chuàng)新活動(dòng)。

七、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施基于CDIO的工程項(xiàng)目化教學(xué)改革，學(xué)生對(duì)電氣控制與PLC課程的滿意度大幅提高，有效帶動(dòng)了我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的課程教學(xué)改革，大大提高了學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，為應(yīng)用型高等院校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了有益的借鑒。

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]