基于CDIO 和OBE 的PLC 课程教学改革与实践

刘忠超 盖晓华

（南阳理工学院智能制造学院，河南 南阳 473004）

1 PLC 课程改革的必要动力

可编程序控制器（PLC）是一种先进的自动化控制装置， 已经成为工农业自动化生产中的重要支柱之一。2014 年3 月教育部明确提出全国1 200 所普通本科高等院校将有600 多所逐步向应用技术型大学转变，培养应用型人才是高等教育大众化的发展方向[1]。随着国家应用型人才建设计划的提出并实施，PLC 应用技术已经成为高校电气类相关专业的热门课程。

CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的新成果，是“基于项目教学”和“动手中学” 的有机结合[2]。 OBE （Outcomes-Based Education）即将学习成果作为导向的教育理念，学生在学习过程中能够清晰地预期将要实现的学习效果[3]。

结合国家应用型人才培养的教育方针， 依据CDIO 和OBE 教学理念，在PLC 的教学过程中引入工程应用教育， 强调以项目为学习该门课程的载体，掌握实际应用为目标的教学模式，对教学过程中的项目进行分析和实践练习，使学生学习的理论知识和实际应用相结合，从而提高学生的工程应用能力。 这也是PLC 课程教学改革的目的。

2 PLC 课程改革目标和思路

PLC 是大多数机电类相关专业的核心课程， 该课程具有很强的实践性和应用性。PLC 从诞生至今，经过了几十年的发展，已经成为一门发展较快、应用领域非常广泛的课程[4]。 并且作为偏向应用性技术的课程，其与工程实践的联系非常紧密。 目前国内高校开设PLC课程，基本还是遵循传统的教材和教学模式，即从PLC基础知识介绍开始，讲解其硬件体系和软件系统，以及编程技术和PLC 控制系统的设计，主要教学形式采用课堂理论加实验验证，实验室中缺少实际工程对象，学生仅仅通过编程和仿真来进行理论知识消化， 并且课程考核主要采用笔试试卷测试， 学生纯粹为了考试而去学习。 这样的教学模式会导致学生理论知识学习枯燥，学习效果与实际工程项目应用脱节，无法培养学生的工程意识和实践应用能力， 学习完该门课程后还不能应用PLC 进行实际工程系统的设计，难以达到PLC课程应用型人才培养的目的[5]。

针对传统“课堂理论+实验”的PLC 教学模式，通过CDIO 的教学模式理念指导PLC 课程教学改革，将CDIO 理念实施的四个阶段贯穿于教学项目， 即明确项目实现的任务（构思），项目实现的方案（设计），项目的具体实现（实施），项目的运行和评价（运作）。 也就是在项目教学实施中去理解、接收并应用枯燥的理论知识， 引导培养学生的学习热情和工程应用能力，实现理论和实践的紧密结合[6]。 同时基于OBE 的教育理念，改革课程考核方式，取消以“识记”为主的老旧闭卷考试模式，主要依据项目完成情况，通过项目小组中成员自我评价、相互评价和教师评价作为结果进行学业评价，并根据评价结果不断地调整项目的实施过程。

总之，PLC 课程教学改革以CDIO 为指导思想，以项目教学为主线， 通过项目完成过程来驱动教学，进而在项目的实现过程中去掌握理论知识，提高工程应用能力的培养。 以OBE 教学模式来考评学业掌握情况，摈弃PLC 教学内容的考核，注重PLC 学习成果，强调学生实际学习成果的评价。通过CDIO 和OBE 的教学理念结合，在PLC 课程教学中形成一个应用型人才培养的新课程体系。

3 PLC 课程教学改革措施

3.1 教学内容改革

（1） 课程教学大纲改革。根据PLC 课程改革指导原则，以工程项目为主线贯穿教学，以学习结果为考核导向，进行传统课程教学内容与所设计教学项目的有机融合，编写 CDIO 和 OBE 模式下的PLC 课程教学大纲，借助于工程案例，将理论和实践教学融入其中，实现培养学生的工程应用能力。

（2）教材改革。 鉴于目前的PLC 教材基本是以传统教学内容进行安排的，不能满足课程教学改革的需要。 为了配合PLC 课程教学改革，根据工程项目案例教学的需要，由刘忠超编写并由化学工业出版社出版了 《西门子S7-300 PLC 编程入门及工程实践》。 该教材编写以项目实施为主线，PLC 实际教学内容结合于项目，能够满足课程改革教学的需要。

（3）教学内容改革。 教学内容改革是PLC 课程改革的核心，主要以CDIO 教学理念为指导，进行项目化教学案例的设计。 根据学生需要掌握的PLC 内容，设计了项目教学案例6 个。 在项目的实施过程中主要以学生为中心，强调学生的学习主体地位， 授课教师主要结合项目进行学习内容的引导。 构建“思考、动手、探索、实施”的 PLC 项目教学模式[7]。学生主动思考项目实现的任务目标为前提，通过实际的动手和实践，发现问题；进而探索问题所涉及的PLC 相关知识，再通过学习相关理论知识解决项目中的问题，从而完成项目的实施。

用于教学的项目选取应根据工程应用能力的形成以及学生知识掌握的进度，进行由易到难、逐渐深入的合理安排， 并精简开发成适合教学的学习项目。为了保证教学项目的工程应用性，教师到南阳市相关企业进行了实地调研，根据学生的知识结构和PLC 课程改革的要求，开发的基于CDIO 的工程实际教学项目如表1 所示。

表1 教学工程项目一览表

（4）教学方式改革。 为了保证教学项目的实施效果，摈弃传统的课堂知识讲解方式，主要利用实验室场所，通过项目小组，协同完成项目任务。在项目实施中还可以引入企业团队文化， 感受团队协作的重要性。 学生为了完成项目任务，成为挖掘理论知识的主体，教师围绕着学生的需求去协助解决问题，真正体现了“一切为了学生”的教学理念。学生通过选取对项目的学习， 可以实现理论学习与工程实际过程相结合，并且能够实现知识和项目应用能力的迁移。

3.2 考核方式改革

依据OBE 教育理念， 学生的学习效果评价应以项目实施结果为主要依据，而不是传统教师为主导通过试卷来考核，强调学生为中心的主体地位，提出了项目完成情况为考核驱动力，通过任务的驱动，考查学生的设计操作技能掌握情况[8]。

在项目考核测试时，为了准确记录学生的项目完成情况，对考核结果进行科学评定，要求认真填写《可编程序控制器课程项目考核记录表》，样式如表2 所示。

表2 可编程序控制器课程项目考核记录表

通过考核过程的记录评价，能够激发学生在PLC学习过程中注重学习成果，促进学生积极参与项目完成。这种考核方式将学生从传统的死记硬背应付试卷的考试模式中解脱出来，构建了以学生为本的考核新模式， 同时通过考核分析不断地优化项目教学过程，为PLC 教学改革注入新的活力，这也符合当前社会对应用型人才培养的需要。

4 结论

结合CDIO 和OBE 先进的教学理念， 对PLC 课程教学进行有效的改革与创新，把工程项目的实施作为学习PLC 知识的载体， 使学生成为学习的主体，实现了专业知识、工程能力和素质的综合提升。 改革了传统PLC 课程考核方式，采用“项目过程+结果”的考核方式能够更加科学地对学生学习情况进行评价。在课程教学改革的基础上，开发了具有CDIO 和OBE 特色的工程项目课程教材，进一步完善了PLC 课程改革的教学资源。 通过实际工程项目的教学实施，极大地调动了学生学习的积极性和主动性，学生的动手能力得到了很大的提高， 培养了学生的工程应用能力，取得了较好的教学效果。