獨立學院現代電氣控制技術與PLC課程CDIO模式教改的研究與實踐

韓海豹 樊建強 賈維丁

論文研究了“電氣控制與PLC應用”課程在CDIO模式下的教學方法，闡述了研究思路與操作方法。介紹了獨立學院教學的重要性，結合課程特點，合理調節教學內容結構，探索在教學過程中引入CDIO模式，加強學生的實踐能力和創新能力。

獨立學院是我國高等教育發展過程中充分利用現有優質高等教育存量資源以拓展高等教育增量資源的有效形式，是中國特色高等教育發展的一項重要創舉。隨著獨立學院群體的快速成長，其教育質量在中國高校整體教學質量中的權重占比也日益加大。截止2013年底，全國獨立學院共292所，約占全國普通高校數量的近30%，在校生達275萬，約占全國普通高等本科在校生的18%。大部分獨立學院均屬于“三本高校”，其生源來自于本科招生的最后一批，如何在生源質量不盡如意的情況下努力提升教學質量三本獨立學院面對一個重大問題。

學生群體作為影響獨立學院教學質量的最重要變量之一，在他們身上所表現出的有利因素與不利因素同樣突出。獨立學院學生的總體入學成績偏低，其中大部分人的自我約束能力較差，而且不同個體之間的差異較大。但是，獨立學院的不少學生擁有相當不錯的家庭經濟基礎，足以成為令他們接受良好教育的支撐條件，使得這些學生進入大學后表現出見識多、興趣愛好廣、思維活躍、對新鮮事物的接收能力較快和社會活動能力較強等優勢。在獨立學院的教學工作中，要切實做到因才施教。因才施教就是要因勢利導，將學生們自身的潛在優勢轉化為主動學習、積極學習、自主學習、努力學習的顯性優勢，形成促進教學質量提升的正向內因。

CDIO教學模式是關國麻省理工學院、瑞典皇家工學院、瑞典查爾摩斯工業大學和瑞典林雪平大學共同創立的工程教育改革模式。本文探討在PLC的教學過程中引入CDIO教育理念，讓學生對理論與實踐進行有機的聯系，完成“做中學”的過程，并且通過做中學和基于項目的教育和學習，提高學生的工程實踐開發和團隊協作能力。PLC課程是電氣自動化專業的一門專業核心課程，培養學生運用PLC進行開發和設計工業控制過程的能力，提高學生理論知識的同時更要側重于學生實踐能力的培養，使學生掌握PLC應用技術技能，將理論知識和專業實踐進行有機的結合，提高學生動手能力，解決生產實踐中的問題，為此將CDIO引入教學中，對教學方法和教學內容進行了整改。

一、PLC教學改革的必要性

1、PLC課程的特點：（1）應用性強。涉及知識面廣，要求學生掌握相關的基礎知識；（2）綜合性強。能直接與被控對象聯接，軟硬件能完美結合；（3）實踐性強。PLC作為技術應用型課程，實踐訓練非常重要。PLC課程的授課內容主要是繼電器控制電路的分析與設計和PLC的基礎知識，內容較多，對學生的綜合要求較高。

2、傳統的教學模制存在的缺點是：（1）授課過程先理論再實踐，按章節內容授課，理論學習難與實驗環節同步，造成學生被動的接受知識，實驗環節無從下手；（2）理論教學被過多的重視，學生在電氣控制電路的原理、基木控制環節原理、設計的主要思想一般非常清晰，但談到具體的安裝、調試、設計等方而的工作時，大都比較欠缺。（3）PLC課程的實驗室儀器能做的內容是教科書上現成的或者老師己在課堂上講過，學生只需上機調試的程序，實驗過程中學生缺少思考，因而激發不了求知欲和探索欲。（4）課程的實踐教學沒有很好的與PLC應用崗位對接。實驗前，教師把實驗的內容、操作方法與步驟甚至連每一步結果等都寫清楚，學生機械地完成操作，造成理論與實踐脫節。

二、教學內容調整

1、理論教學內容的整合

電氣控制技術部分，以基本器件原理和基本控制單元電路為重點，適當減少典型機械設備控制系統分析的教學內容，以減少理論教學時數。將工廠電氣控制系統的設計與PLC應用系統設計合二為一，避免重復教學內容，提高教學效率。在較少學時的專業課教學中，PLC指令系統可僅講授基本指令，如裝載、微分、輸出、定時、計數等指令，而將算術運算類、移位、高速計數、PID調節、中斷等功能性指令內容留給學生課余自學。

2、實踐教學環節的加強

增加了實踐教學和與實踐教學相關的理論教學內容。電氣控制系統的常用元器件結構、原理、性能、型號等教學內容應結合實物進行教學。電氣控制的基本環節部分，結合電氣控制實驗進行教學，電氣控制系統的設計應結合課程設計、工程應用進行。PLC應用教學的核心是培養學生PLC應用能力，理論教學可只講基本指令、PLC設計思想及編程方法，大部分時間應花在學生實驗操作練習上。

三、PLC教學的CDIO模式

CDIO指Conceive（構思），Design（設計）、Implement（實現）和Operate（運行），為將理論教學與實踐教學相結合，提供了一個很好的框架和理念，使學生主動的、實踐的、課程之間有聯系的方式來學習。

在PLC課程的教學過程中引入CDIO教育模式體現培養理念，首先突出初步軟、硬件系統知識培養；其次注重專業工程項目訓練（學生團隊項目）；再次側重系統分析、設計、實現能力的培養完成PLC的課程設計。在授課過程中采用工學結合的教學方法增加學生對PLC涉及領域的認識，明確學習目的，從構思、設計、實現到運行結合。開發以工程案例為主題的課程標準和相應教材，在實驗中學習基礎知識和PLC指令，遵循先易后難、循序漸進的原則，將理論與實踐相結合，分析工程設計的各個環節，親身體驗PLC控制系統開發和應用過程。工程案例如表1。

實驗教學中講授一些必需的相關理論知識與實踐技能，引導學生以工程任務為導向建立設計工程項目的方法和步驟，制定工程項目的任務書，學生根據任務書逐步完成工程的構思、設計、實現和運行（CDIO）加強學生的獨立工作和專業綜合能力的訓練。

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的單一的期末考試形式，它不僅要考核學生對PLC基礎知識點和指令的掌握情況，更重視學生對PLC工程應用的能力。考核分為兩部分：1、對操作能力考核。期末在實驗室進行一次獨立分析、實際動手和應用創新的綜合能力測試考核。為了讓學生更廣泛、更深人地開闊視野，發揮學生創造力和想象力，進一步開發和利用實驗室設備的功能，實驗項目必須做到內容廣泛、形式多樣，有較大的選擇余地，便于學生根據自己所學專業的特點進行選擇。學生可通過各種途徑查資料，學生根據己經學過的知識，確定PLC控制系統設計方案，設計PLC系統外部接線圖，編寫控制程序，連接電路運行調試，分析運行結果，并要求每個學生在規定時間內獨立完成。將理論教學與實踐教學有機地結合。操作能力考核進行學生自評、互評和教師評價相結合的考核方法考核。過程中要做到公平、公正、公開并引導學生反思、總結和改進。操作能力考核占總成績的60%。2、筆試考試，除了考察基礎知識點還需增加程序設計題目重點考察知識點的應用。筆試考試占總成績的40%。

隨著獨立學院在高等教學質量的權重日益加大，為提高獨立學院教學質量，要以學生為本，因材施教。在PLC課程的教改模式中體現CDIO的教育理念，以工程項目為載體，以專業知識、能力、素質等為培養目標，在教學過程中把PLC的知識點及學生能力培養融于工程項目中，調動學生學習的主動性與積極性，加強學生綜合應用能力的培養。

（作者單位：山西農業大學信息學院）