独立学院现代电气控制技术与PLC课程CDIO模式教改的研究与实践

韩海豹 樊建强 贾维丁

论文研究了“电气控制与PLC应用”课程在CDIO模式下的教学方法，阐述了研究思路与操作方法。介绍了独立学院教学的重要性，结合课程特点，合理调节教学内容结构，探索在教学过程中引入CDIO模式，加强学生的实践能力和创新能力。

独立学院是我国高等教育发展过程中充分利用现有优质高等教育存量资源以拓展高等教育增量资源的有效形式，是中国特色高等教育发展的一项重要创举。随着独立学院群体的快速成长，其教育质量在中国高校整体教学质量中的权重占比也日益加大。截止2013年底，全国独立学院共292所，约占全国普通高校数量的近30%，在校生达275万，约占全国普通高等本科在校生的18%。大部分独立学院均属于“三本高校”，其生源来自于本科招生的最后一批，如何在生源质量不尽如意的情况下努力提升教学质量三本独立学院面对一个重大问题。

学生群体作为影响独立学院教学质量的最重要变量之一，在他们身上所表现出的有利因素与不利因素同样突出。独立学院学生的总体入学成绩偏低，其中大部分人的自我约束能力较差，而且不同个体之间的差异较大。但是，独立学院的不少学生拥有相当不错的家庭经济基础，足以成为令他们接受良好教育的支撑条件，使得这些学生进入大学后表现出见识多、兴趣爱好广、思维活跃、对新鲜事物的接收能力较快和社会活动能力较强等优势。在独立学院的教学工作中，要切实做到因才施教。因才施教就是要因势利导，将学生们自身的潜在优势转化为主动学习、积极学习、自主学习、努力学习的显性优势，形成促进教学质量提升的正向内因。

CDIO教学模式是关国麻省理工学院、瑞典皇家工学院、瑞典查尔摩斯工业大學和瑞典林雪平大学共同创立的工程教育改革模式。本文探讨在PLC的教学过程中引入CDIO教育理念，让学生对理论与实践进行有机的联系，完成“做中学”的过程，并且通过做中学和基于项目的教育和学习，提高学生的工程实践开发和团队协作能力。PLC课程是电气自动化专业的一门专业核心课程，培养学生运用PLC进行开发和设计工业控制过程的能力，提高学生理论知识的同时更要侧重于学生实践能力的培养，使学生掌握PLC应用技术技能，将理论知识和专业实践进行有机的结合，提高学生动手能力，解决生产实践中的问题，为此将CDIO引入教学中，对教学方法和教学内容进行了整改。

一、PLC教学改革的必要性

1、PLC课程的特点：（1）应用性强。涉及知识面广，要求学生掌握相关的基础知识；（2）综合性强。能直接与被控对象联接，软硬件能完美结合；（3）实践性强。PLC作为技术应用型课程，实践训练非常重要。PLC课程的授课内容主要是继电器控制电路的分析与设计和PLC的基础知识，内容较多，对学生的综合要求较高。

2、传统的教学模制存在的缺点是：（1）授课过程先理论再实践，按章节内容授课，理论学习难与实验环节同步，造成学生被动的接受知识，实验环节无从下手；（2）理论教学被过多的重视，学生在电气控制电路的原理、基木控制环节原理、设计的主要思想一般非常清晰，但谈到具体的安装、调试、设计等方而的工作时，大都比较欠缺。（3）PLC课程的实验室仪器能做的内容是教科书上现成的或者老师己在课堂上讲过，学生只需上机调试的程序，实验过程中学生缺少思考，因而激发不了求知欲和探索欲。（4）课程的实践教学没有很好的与PLC应用岗位对接。实验前，教师把实验的内容、操作方法与步骤甚至连每一步结果等都写清楚，学生机械地完成操作，造成理论与实践脱节。

二、教学内容调整

1、理论教学内容的整合

电气控制技术部分，以基本器件原理和基本控制单元电路为重点，适当减少典型机械设备控制系统分析的教学内容，以减少理论教学时数。将工厂电气控制系统的设计与PLC应用系统设计合二为一，避免重复教学内容，提高教学效率。在较少学时的专业课教学中，PLC指令系统可仅讲授基本指令，如装载、微分、输出、定时、计数等指令，而将算术运算类、移位、高速计数、PID调节、中断等功能性指令内容留给学生课余自学。

2、实践教学环节的加强

增加了实践教学和与实践教学相关的理论教学内容。电气控制系统的常用元器件结构、原理、性能、型号等教学内容应结合实物进行教学。电气控制的基本环节部分，结合电气控制实验进行教学，电气控制系统的设计应结合课程设计、工程应用进行。PLC应用教学的核心是培养学生PLC应用能力，理论教学可只讲基本指令、PLC设计思想及编程方法，大部分时间应花在学生实验操作练习上。

三、PLC教学的CDIO模式

CDIO指Conceive（构思），Design（设计）、Implement（实现）和Operate（运行），为将理论教学与实践教学相结合，提供了一个很好的框架和理念，使学生主动的、实践的、课程之间有联系的方式来学习。

在PLC课程的教学过程中引入CDIO教育模式体现培养理念，首先突出初步软、硬件系统知识培养；其次注重专业工程项目训练（学生团队项目）；再次侧重系统分析、设计、实现能力的培养完成PLC的课程设计。在授课过程中采用工学结合的教学方法增加学生对PLC涉及领域的认识，明确学习目的，从构思、设计、实现到运行结合。开发以工程案例为主题的课程标准和相应教材，在实验中学习基础知识和PLC指令，遵循先易后难、循序渐进的原则，将理论与实践相结合，分析工程设计的各个环节，亲身体验PLC控制系统开发和应用过程。工程案例如表1。

实验教学中讲授一些必需的相关理论知识与实践技能，引导学生以工程任务为导向建立设计工程项目的方法和步骤，制定工程项目的任务书，学生根据任务书逐步完成工程的构思、设计、实现和运行（CDIO）加强学生的独立工作和专业综合能力的训练。

四、CDIO模式下的PLC课程考核方式

CDIO模式下PLC课程的考核方法不同于传统的单一的期末考试形式，它不仅要考核学生对PLC基础知识点和指令的掌握情况，更重视学生对PLC工程应用的能力。考核分為两部分：1、对操作能力考核。期末在实验室进行一次独立分析、实际动手和应用创新的综合能力测试考核。为了让学生更广泛、更深人地开阔视野，发挥学生创造力和想象力，进一步开发和利用实验室设备的功能，实验项目必须做到内容广泛、形式多样，有较大的选择余地，便于学生根据自己所学专业的特点进行选择。学生可通过各种途径查资料，学生根据己经学过的知识，确定PLC控制系统设计方案，设计PLC系统外部接线图，编写控制程序，连接电路运行调试，分析运行结果，并要求每个学生在规定时间内独立完成。将理论教学与实践教学有机地结合。操作能力考核进行学生自评、互评和教师评价相结合的考核方法考核。过程中要做到公平、公正、公开并引导学生反思、总结和改进。操作能力考核占总成绩的60%。2、笔试考试，除了考察基础知识点还需增加程序设计题目重点考察知识点的应用。笔试考试占总成绩的40%。

随着独立学院在高等教学质量的权重日益加大，为提高独立学院教学质量，要以学生为本，因材施教。在PLC课程的教改模式中体现CDIO的教育理念，以工程项目为载体，以专业知识、能力、素质等为培养目标，在教学过程中把PLC的知识点及学生能力培养融于工程项目中，调动学生学习的主动性与积极性，加强学生综合应用能力的培养。

（作者单位：山西农业大学信息学院）