基于CDIO項目教學法的“現代電氣控制技術與PLC”教學改革與實踐

樊建強 韓海豹 趙曉艷 山西農業大學信息學院

基于CDIO項目教學法的“現代電氣控制技術與PLC”教學改革與實踐

樊建強 韓海豹 趙曉艷 山西農業大學信息學院

CDIO模式突破了傳統的教學模式，以項目為驅動，以任務為載體，體現了基于項目教學的教育理念和教學做一體化的原則。通過對目前基于“現代電氣控制技術與PLC”教學的現狀分析，引入CDIO工程教育理念，將CDIO項目教學法運用其教學改革中，并詳細闡述了基于CDIO的教學項目內容設計、教學方法和評價機制。實踐證明，基于CDIO的項目教學培養了學生自主學習能力、創新能力和團隊合作精神，教學效果顯著。

CDIO PLC 項目教學 實踐教學

1 引言

“現代電氣控制技術與PLC”作為電氣工程及其自動化專業的主要專業課之一，為必修課。通過本課程的學習使學生能夠掌握電氣控制與PLC技術的基礎知識和基本技能，建立完整的電氣控制系統的概念，能夠熟練對PLC進行選型和I/O擴展，并能夠對外圍電路進行設計接線，并使用對PLC進行梯形圖的編程和調試，進而完成對一般電氣控制設備的PLC改造。

通過對該課程3輪教學實踐和其他教師在每次的教學例會溝通發現，目前傳統的教學模式已經無法滿足社會、學生自身發展需求，教學效果也大打折扣。針對課程的特點和應用型大學學生的基本情況，需要從課程內容、教學方法、實驗實踐方面，對課程進行研究與探討，尋找出適合應用型大學學生的授課方式，讓學生在一個學期的學習中最大限度理解和掌握相關理論知識以及提高大家的實驗實踐操作能力，為后續做畢業設計以及實習和工作做好準備。

在總課時縮減的條件下，如何讓學生在有限的學時內對“現代電氣控制技術與PLC”課程進行理解和掌握，是非常需要研究和探討的問題。

2 課程教學現狀

“現代電氣控制技術與PLC”是一門綜合性、工程性非常強的應用型課程。目前，很多高校理論課時占很大比例理論授課為主，實踐性的課時比例相對較小，保障環節也不太好，而且在教學過程中教學手段和方法單一，并且對于所帶班級學生特點的分析和了解不夠全面，這就容易與社會脫節，缺乏實際的教學工程背景。

在實踐環節中大部分高校有相應的實驗環節。然而在實驗課大多采用的實驗箱是封閉的，即通過簡單的外部接線完成簡單的實驗，然后將程序下載到PLC即可完成實驗；要想更好地與工程實際相結合，這些簡單的實驗還遠遠不夠，更需要注重從實際的工藝要求，進行設備的選型、I/O容量的計算和擴展以及地址的分配、電氣原理圖、電氣接線圖等一系列的更加接近于實際工程的實驗過程。

因此，無論是從課程的理論教學方面還是從課程的實踐教學方面，原有的教學方法已經不能夠充分實現應用型人才的培養目標，無法完整體現學生應掌握的知識和應具備的能力。因此，對“現代電氣控制技術與PLC”課程教學改革是非常必要和迫切的。

3 課程教學改革

3.1 CDIO項目教學法

CDIO指的是Conceive-Design-Implement-Operate，是由麻省理工學院等四所大學通過幾年的研究、探索和實踐建立的一種較先進的工程教育模式。它作為當前高等工程教育的一種人才培養理念，基于當前工程教育中存在的重理論輕實踐的現狀，CDIO高等工程教育模式以構思、設計、實施及運作全過程為載體來培養學生的工程實踐能力，不僅包含個人的專業理論知識，還包括學生的終生學習能力、團隊合作能力和工程系統掌控能力。該模式符合工程人才的培養規律，也符合我校作為應用型大學的定位要求。因此，我系將CDIO項目教學法作為該課程的教學改革重點。

3.2 教學內容、教學方法的改革

作為獨立院校我們以培養學生的實際應用能力為目標，對“現代電氣控制技術與PLC”課程教學內容進行重新整合和優化，在理論教學過程中需要適當把握好授課內容的重點和難點，深淺程度。知識內容由兩條主線貫穿，一條是按系統構成的方式，從元件-回路-系統；另一條是知識的遞進的過程：概念-原理-應用。這兩條主線互相作用，都是為工程設備的運行服務。在教學內容上知識體系上以理論和應用有機結合為原則始終牢記如何應用。培養學生的工程意識，明確學習這些知識的必要性，使學生能夠明白學了有什么用，用在哪里，增強學生學習的主動性和積極性，培養他們自主學習的能力，為以后工作打好堅實基礎。

突出教學方法創新對學生學習的重要性，教師的教學既有課堂教學也有工程情境創設教學，以工業現場與課堂相結合來激發學生學習動力，有助于學生能夠更加深刻地理解工程理論和原理。

教師在講解理論知識的同時，能夠從實際出發引出理論產生的必要性和重要性。對于該理論的應用實例，可以不定時的再進行反復考察，不斷加深學生對理論的掌握程度，培養學生從實際問題出發、聯系理論的能力和習慣。

3.3 課程實踐教學改革

①實踐內容設計。將工程教育的CDIO理念應用于實驗教學中，根據“基礎-提高-創新”的思想，建立演示、動手搭建實驗和工業現場項目構成。首先通過演示實驗讓學生鞏固知識點，使學生能夠直觀地了解并掌握所學的知識；在系統回路控制講授中讓學生動手搭建來加深理解，使學生能夠在“做中學”，結合我校學生的愛操作這一實際情況，所以這一方面特別要注意；在系統的應用中講授工業現場如四層電梯PLC變頻控制和氣動機械手項目使學生理解具體的控制系統的實現，使學生能實現“用中學”，通過這三個方面強化訓練將學生分組形成多個團隊，培養他們的團隊合作和溝通能力。學生只有通過理論聯系實際，才能更好地掌握知識，更好地運用到實際中，可以提高學生對于知識的掌握和應用能力，同時培養學生的工程實踐能力。

②保障措施。在實踐教學過程中必須保證每位同學都能夠進行練習。結合實驗室和教師自身的實際情況，將一個自然班級分開兩次上，每次教師指導16-20位同學，這樣所有的同學都能動手操作，并且老師有足夠的時間進行指導。

我們將實驗的實驗箱進行改造，留一部分實驗箱作為演示或是簡單的接線操作，對另一些實驗箱讓學生能進行拆解根據實際需要進行擴展改造。為參加課程設計、競賽的同學提供良好的實驗平臺，而不僅拘泥于一些常規實驗研究，學生只要有時間就可以去進行項目實驗研究。

③評價。以前的實踐評價比較注重學生的實驗報告，在此我們更應該突出過程的評價，可以結合平時分組討論情況、解決實際問題情況、實驗完成情況進行綜合考慮，合理控制理論與應用考察的比例。

在此，通過三部分考核學生，第一，展開項目小組之間的互評，通過學生互評，對學生個人在整個項目中的參與度、協作力、團隊精神有比較公平的評價；第二，開展答辯環節，教師可以對學生所學知識有整體的認識；第三，實驗報告，通過學生提交實驗報告，反映學生對實驗原理、實驗構思設計、實驗過程、實驗結果分析的掌握程度。通過實踐教學使學生綜合能力得到提升，體會到實踐活動的樂趣。

4 結束語

“現代電氣控制技術與PLC”是一門理論與實際聯系非常緊密的課程，本文從我校學生實際情況和現代社會需求出發，對該課程教學改革進行探討。在教學中引入了CDIO當前這一先進的教學方法作為改革措施，使理論與實踐能夠更好的融合。

[1]劉旭明，高峰.基于CDIO的電氣控制與PLC課程教學改革探索[J].大學教育，2016年01期

[2]榮麗娜.現代電氣控制及PLC應用技術”課程項目化教學改革研究[J].科技創新導報，2015年22期