基于CDIO 和OBE 的PLC 課程教學改革與實踐

劉忠超 蓋曉華

（南陽理工學院智能制造學院，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， 已經成為工農業自動化生產中的重要支柱之一。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 多所逐步向應用技術型大學轉變，培養應用型人才是高等教育大眾化的發展方向[1]。隨著國家應用型人才建設計劃的提出并實施，PLC 應用技術已經成為高校電氣類相關專業的熱門課程。

CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（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”和“動手中學” 的有機結合[2]。 OBE （Outcomes-Based Education）即將學習成果作為導向的教育理念，學生在學習過程中能夠清晰地預期將要實現的學習效果[3]。

結合國家應用型人才培養的教育方針， 依據CDIO 和OBE 教學理念，在PLC 的教學過程中引入工程應用教育， 強調以項目為學習該門課程的載體，掌握實際應用為目標的教學模式，對教學過程中的項目進行分析和實踐練習，使學生學習的理論知識和實際應用相結合，從而提高學生的工程應用能力。 這也是PLC 課程教學改革的目的。

2 PLC 課程改革目標和思路

PLC 是大多數機電類相關專業的核心課程， 該課程具有很強的實踐性和應用性。PLC 從誕生至今，經過了幾十年的發展，已經成為一門發展較快、應用領域非常廣泛的課程[4]。 并且作為偏向應用性技術的課程，其與工程實踐的聯系非常緊密。 目前國內高校開設PLC課程，基本還是遵循傳統的教材和教學模式，即從PLC基礎知識介紹開始，講解其硬件體系和軟件系統，以及編程技術和PLC 控制系統的設計，主要教學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， 學生純粹為了考試而去學習。 這樣的教學模式會導致學生理論知識學習枯燥，學習效果與實際工程項目應用脫節，無法培養學生的工程意識和實踐應用能力， 學習完該門課程后還不能應用PLC 進行實際工程系統的設計，難以達到PLC課程應用型人才培養的目的[5]。

針對傳統“課堂理論+實驗”的PLC 教學模式，通過CDIO 的教學模式理念指導PLC 課程教學改革，將CDIO 理念實施的四個階段貫穿于教學項目， 即明確項目實現的任務（構思），項目實現的方案（設計），項目的具體實現（實施），項目的運行和評價（運作）。 也就是在項目教學實施中去理解、接收并應用枯燥的理論知識， 引導培養學生的學習熱情和工程應用能力，實現理論和實踐的緊密結合[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果進行學業評價，并根據評價結果不斷地調整項目的實施過程。

總之，PLC 課程教學改革以CDIO 為指導思想，以項目教學為主線， 通過項目完成過程來驅動教學，進而在項目的實現過程中去掌握理論知識，提高工程應用能力的培養。 以OBE 教學模式來考評學業掌握情況，擯棄PLC 教學內容的考核，注重PLC 學習成果，強調學生實際學習成果的評價。通過CDIO 和OBE 的教學理念結合，在PLC 課程教學中形成一個應用型人才培養的新課程體系。

3 PLC 課程教學改革措施

3.1 教學內容改革

（1） 課程教學大綱改革。根據PLC 課程改革指導原則，以工程項目為主線貫穿教學，以學習結果為考核導向，進行傳統課程教學內容與所設計教學項目的有機融合，編寫 CDIO 和 OBE 模式下的PLC 課程教學大綱，借助于工程案例，將理論和實踐教學融入其中，實現培養學生的工程應用能力。

（2）教材改革。 鑒于目前的PLC 教材基本是以傳統教學內容進行安排的，不能滿足課程教學改革的需要。 為了配合PLC 課程教學改革，根據工程項目案例教學的需要，由劉忠超編寫并由化學工業出版社出版了 《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 實際教學內容結合于項目，能夠滿足課程改革教學的需要。

（3）教學內容改革。 教學內容改革是PLC 課程改革的核心，主要以CDIO 教學理念為指導，進行項目化教學案例的設計。 根據學生需要掌握的PLC 內容，設計了項目教學案例6 個。 在項目的實施過程中主要以學生為中心，強調學生的學習主體地位， 授課教師主要結合項目進行學習內容的引導。 構建“思考、動手、探索、實施”的 PLC 項目教學模式[7]。學生主動思考項目實現的任務目標為前提，通過實際的動手和實踐，發現問題；進而探索問題所涉及的PLC 相關知識，再通過學習相關理論知識解決項目中的問題，從而完成項目的實施。

用于教學的項目選取應根據工程應用能力的形成以及學生知識掌握的進度，進行由易到難、逐漸深入的合理安排， 并精簡開發成適合教學的學習項目。為了保證教學項目的工程應用性，教師到南陽市相關企業進行了實地調研，根據學生的知識結構和PLC 課程改革的要求，開發的基于CDIO 的工程實際教學項目如表1 所示。

表1 教學工程項目一覽表

（4）教學方式改革。 為了保證教學項目的實施效果，擯棄傳統的課堂知識講解方式，主要利用實驗室場所，通過項目小組，協同完成項目任務。在項目實施中還可以引入企業團隊文化， 感受團隊協作的重要性。 學生為了完成項目任務，成為挖掘理論知識的主體，教師圍繞著學生的需求去協助解決問題，真正體現了“一切為了學生”的教學理念。學生通過選取對項目的學習， 可以實現理論學習與工程實際過程相結合，并且能夠實現知識和項目應用能力的遷移。

3.2 考核方式改革

依據OBE 教育理念， 學生的學習效果評價應以項目實施結果為主要依據，而不是傳統教師為主導通過試卷來考核，強調學生為中心的主體地位，提出了項目完成情況為考核驅動力，通過任務的驅動，考查學生的設計操作技能掌握情況[8]。

在項目考核測試時，為了準確記錄學生的項目完成情況，對考核結果進行科學評定，要求認真填寫《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，能夠激發學生在PLC學習過程中注重學習成果，促進學生積極參與項目完成。這種考核方式將學生從傳統的死記硬背應付試卷的考試模式中解脫出來，構建了以學生為本的考核新模式， 同時通過考核分析不斷地優化項目教學過程，為PLC 教學改革注入新的活力，這也符合當前社會對應用型人才培養的需要。

4 結論

結合CDIO 和OBE 先進的教學理念， 對PLC 課程教學進行有效的改革與創新，把工程項目的實施作為學習PLC 知識的載體， 使學生成為學習的主體，實現了專業知識、工程能力和素質的綜合提升。 改革了傳統PLC 課程考核方式，采用“項目過程+結果”的考核方式能夠更加科學地對學生學習情況進行評價。在課程教學改革的基礎上，開發了具有CDIO 和OBE 特色的工程項目課程教材，進一步完善了PLC 課程改革的教學資源。 通過實際工程項目的教學實施，極大地調動了學生學習的積極性和主動性，學生的動手能力得到了很大的提高， 培養了學生的工程應用能力，取得了較好的教學效果。