基于CDIO工程教育理念的“电气控制与PLC”课程教学改革

【摘 要】 课程以培养学生实际应用能力和创新设计能力为目标，以跟踪新技术、强化能力、重在应用为指导思想，采用融“教、学、做”一体的理实一体化项目化教学的探索与实践，提出了基于CDIO工程教育理念的教学改革方法，从而培养学生的实践能力、分析能力、合作能力和解决问题的综合能力。

【关键词】 电气控制与PLC；CDIO；项目化教学

Teaching Reform of "Electrical Control and PLC" Course Based on

CDIO Engineering Education Concept

Li Xuefeng， Lin Yumei， Liu Xiaobo， Chen Huijin

（Quanzhou University of Information Engineering，Quanzhou 362000， China）

【Abstract】 The teaching objectives of the course are to cultivate students' practical application ability and innovative design ability. Through tracking new technology， strengthening ability， focusing on application as the guiding ideology and using the exploration and practice of project teaching of integration of theory and practice which integrates teaching， learning and doing， the author puts forward the teaching reform based on CDIO engineering education concept to cultivate students' practical， analytical and cooperative ability and comprehensive ability to solve problems.

【Key words】 electrical control and PLC; CDIO; project-based teaching

〔中图分类号〕 G642.0  〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674 - 3229（2024）03 - 0120- 05

0 引言

电气控制与PLC是现代工业自动化控制中最值得重视的先进控制技术，是改造传统工业生产设备最理想的多功能化控制器，成为现代工业控制三大支柱（PLC、NC、ROBOT）之一。电气控制与PLC是将低压电器控制技术、计算机技术、自动控制技术和网络通信技术集于一体的新型工业控制技术，是理论性和实践性兼具的综合性课程［1］。

课程教学改革过程依托泉州信息工程学院办学背景，坚持“面向产业、服务地方”的办学宗旨，经过充分调研、反复论证，以校企合作为平台，依托华中数控研究所、九牧厨卫有限公司等校企合作实训基地以及校内PLC实训室、电工电子技术实训室等，以项目导向任务驱动，整合课程内容，构建基于工作过程的课程体系（见图1）。本课程所对应的典型岗位工作任务是电气控制系统的设计、安装、调试、升级与维护等［2］，这几个典型的工作岗位对应不同的岗位能力要求，然后对课程内容进行重新整合，确定课程的标准内容。

1 学情分析

“电气控制与PLC”课程教学改革主要面向自动化控制专业大学三年级学生。该专业部分学生对 PLC 编程以及电气控制线路分析较感兴趣，但是大部分学生电路设计与程序设计逻辑思维不够严谨，学生学习能力出现两极分化的现象，课堂接收信息能力差异大，尤其是电气控制线路设计与程序设计部分基本上在每年考核中大多数学生失分比较严重，学生学习主观能动性较低，学习目标不明确。为了解决这些问题，重构教学内容，构建基于工作过程的课程体系，紧扣“以学生为中心、以产出为导向、持续改进”的理念［3］，采取以任务为导向、学生为主体、教师合理引导整合课程内容，见表1。

2 教学问题

2.1 教学模式与方法问题

传统课程教学方法基本上按教材相关章节设置课程教学内容，理论课占课时较多［4］，学生基本上学完相关章节的理论课然后按照教师规定的实验内容进行验证性实验，对于学习层次较高的学生而言完成后没有成就感。由于培养大纲课时缩减，课堂上出现满堂灌，大部分时间是以教师为主，学生为辅，重点讲解低压电器与PLC的基础知识，综合性实践课基本上没有。

2.2 教学内容设置陈旧，缺乏工程背景

教学课时相对有限，教学内容陈旧固化，知识点孤立，发散性差。教学中以指示灯代替各种设备动作为主，与工程实际联系不够紧密，不能让学生更好地运用指令来完成与实际生产生活相关的控制任务，教学内容缺乏实际综合性应用项目，尤其是对于低压电器如何选型、电气控制系统的实际应用内容涉及偏少［5］。

2.3 考核方式不够完善

按教学大纲设置，该课程的考核成绩由平时成绩（20%）、实验成绩（30%）和期末卷面成绩（50%）三部分组成，平时成绩一般包括课堂表现、考勤和作业完成情况，期末成绩一般以试卷笔试为主，实验成绩一般由现场实验调试完成程度、现场答辩和平时实验操作成绩三部分组成。该考核方式偏重于终结性考核，存在如下问题。

（1）平时考核难以量化。平时考核所采取的布置作业、课堂提问很难针对全班学生进行较为公平、公正的量化考核，例如：布置的作业存在抄袭现象，对于不同的学生在课堂上提出的问题难易程度不同，平时针对每个学生的学习情况很难进行准确考核。

（2）实践考核手段单一。由于实验条件和时间的限制，考核按分组进行，每个学生实践动手的机会往往达不到预期的效果，实践考核有部分学生浑水摸鱼，没有真正掌握电气系统的程序或电路设计与调试。

（3）过程性考核力度不够。传统的考核方式以期末卷面考核为主，对学生的过程性考核缺乏，导致平时松、考前紧、考后忘的现象普遍存在，教师的教学效果和学生的学习效果无法得以衡量，而且学生在今后实际工作中所涉及的专业知识和技能难以很好地掌握。

3 教学创新特色及方法

针对以上教学问题，“电气控制与 PLC”教学过程以“跟踪新技术、强化能力、重在应用”为指导思想，选取企业真实项目为载体，按照项目的生产岗位要求，以任务驱动，项目导向的方法实施，在教学中突出项目驱动法，让学生自主策划，任务分解，“教、学、做、创”和“总结”有机结合［6］。课程的所有教学过程都安排在实验室进行，实现仿真生产环境下的融“教、学、做、创”一体的教学［7］，淡化理论与实践的界限，实现课堂与实训现场一体化的教学模式，其中教为主导，学为主体，做为核心，创为提升［8］，使学生在教中学、学中做、边学边做，使知识、技能与职业素质同步增长。

3.1 以工作过程为导向，将课程知识点融入到教学情境

在教学过程中坚持以工矿控制设备的产线升级与改造，开发与设计，设备检修、安装与调试为导向，以实际工程项目为载体、以任务为驱动，将实际项目贯穿于整个课程的学习过程，把课程相关知识点按照项目的不同分割融入到各个教学情境中，见表2。每个教学情境首先向学生说明项目的总体任务、问题、目的，需要提交的成果要求及涵盖的知识点，让学生明确其学习目标。以项目为引导，以完成项目所需解决的问题来启发学生，通过小组讨论，相互学习，制定方案，锻炼学生的合作能力。通过案例、任务引导学生一步步挖掘知识要点，从而增强学生的学习兴趣，对案例的理论理解力和相关技能得到大力培养。

3.2 以线上线下混合式教学为依托，重构教学内容，提高教学设计整体性

在设计中，秉承“学生为主体，教师为主导”的教学原则，课程将原来按章节编排的10个知识单元教学内容，按照项目导向，将课程知识重构为6个项目26个子任务，同时在超星泛雅SPOC+学习通工具支撑下完成以“任务驱动为主线、问题引领为导向”的线上线下混合式教学。在每个情境教学开展之前要求学生完成每个项目基础知识的学习，并发放学习任务，学生带着学习任务，课堂上进行小组讨论，确定控制方案，完成电气控制系统软硬件设计与调试，然后进行项目完成情况自查、互查、老师检查，最后进行完成项目自评、互评、老师点评，进而完善每个情境的方案设计。

3.3 多元化评价考核机制，调动了学生学习的积极性和主动性

以过程考核为主，期末卷面考试为辅，其中过程考核占比70%，期末卷面测试占30%。过程考核包括考勤、作业、课堂参与回答问题、每个阶段线上测试、每个项目学习的子任务，每个项目子任务的完成由教师评价、小组自评、学生互评组成，比例为自评（10%）+互评（20%）+教师评价（70%），改变了教师单一主体评价方式，更充分体现每个学生学习效果的多方面表现。

3.4 “以赛促学、以学促行”模式，提升了学生的工程实践应用能力

将本课程教学与学科竞赛相结合，充分利用专业实验室为学生社团服务，并鼓励学生积极参与相关学科竞赛。本院师生近两年来积极参与课程相关的学科竞赛，分别获得福建省第二届工业机器人应用技能大赛省一等奖1项、二等奖1项、三等奖1项，第二届全国职业技能大赛（世赛项目）福建省选拔赛工业4.0金牌1项、银牌1项，西门子杯国家级竞赛初赛一等奖、二等奖各1项，西门子杯国家级竞赛决赛二等奖1项等。

4 教学创新成效

4.1 项目式教学，提升了学生的学习主动性

从历年的期末成绩平均分可见，通过对知识的重构和教学的整体设计，学生对知识的掌握更加全面和系统，在考试难度不变的情况下，平均成绩和及格率都在逐年提高，见图2。

4.2 “校企合作、赛学结合”模式，提升了学生的实践应用能力

校企合作，走进泉州华数机器人有限公司进行项目五“自动分拣控制系统”的教学，产教融合，通过在企业进行的理论培训以及华数机器人有限公司的冷粘鞋智能生产线、鞋底与鞋面喷胶生产线的安装与调试，学生已经能熟练进行故障诊断与调试，在面对真实工程应用案例时也能游刃有余，基本具备了电气控制系统的开发能力。近三年来，已经有20多名学生毕业后任职泉州华数机器人有限公司、泉州冰点科技公司等。

4.3 依托项目式教学理念，实现教学质量的飞速提高

融会渐进式模块化教学理念，促使教师不断加强知识和理论学习，开发新颖的实验项目，凝练高效的教学方法，通过教学创新改革，教师在个人知识结构体系构建、教学授课实践水平以及横向课题研究能力等方面均显著提高。

5 教学反思与持续改进

“电气控制与PLC”课程自2017年开设以来，历经6年的建设和发展，已经形成了一套教学内容相对完善的教学体系、一支老中青相结合的教学经验丰富的师资队伍，既注重理论教学又强调实践技能训练，培养综合性应用型人才的目标日益凸显。2020年该课程进行校级课程改革；2021年该课程申请校级“一师一优”课程建设工作；2022年该课程申请校级“四优核心课”课程建设工作。

课程团队将继续通过期末教学评价反馈、毕业生和校企合作单位调查问卷等渠道，针对学生的预期目标，基于OBE理念，将从教学内容、教学方法、教学评价三方面持续推进课程改革。

［参考文献］

［1］ 张春峰，武丽，姜官武.电气控制与PLC课程教学与建设研究［J］.中国现代教育装备，2022，383（4）：82．

［2］ 肖丽仙.应用型本科人才培养课程教学模式改革研究——以“电气控制与PLC技术”课程为例［J］.实验室研究与探索，2018，37（6）：239-242．

［3］ 顾晓薇，陶明炬，魏德洲，等.工程教育认证申请受理工作认识与思考［J］.教育教学论坛，2016（17）：111-112．

［4］ 张楠，宁掌玄，刘静，等.工程教育专业认证背景下PBL教学模式的研究与实践——以电气控制与PLC课程为例［J］.大学教育，2022（6）：49．

［5］ 胡玮，尹仕，邓春花.三明治教学法和评价量表在电机与电气控制实验课程中的设计与实现［J］.实验技术与管理，2019，36（6）：37-41．

［6］ 赵富伟，徐金寿.应用技术型本科院校CDIO工程教育模式改革实证研究［J］.浙江水利水电学院学报， 2017，29（3）：84-90．

［7］ 方贵盛，王红梅，戴曦.工程教育认证背景下《电气控制与PLC》课程理实一体化教学模式探索［J］.浙江水利水电学院学报，2020，32（5）：86-87．

［8］ 邱晓天，叶湘滨，张琦，等．“传感器与测试技术”在线开放课程建设探索［J］.电气电子教学学报，2021，43（2）：15-18．

责任编辑 曹秀利

［收稿日期］ 2024-06-05

［基金项目］ 福建省本科教育教学改革研究项目（FBJG20220181）

［作者简介］ 李雪锋（1986- ），女，硕士，泉州信息工程学院机械与电气工程学院讲师，研究方向：自动化控制。