基于CDIO的电气控制与PLC课程教学改革探索
刘旭明+高峰
[摘 要]以CDIO工程教育模式进行电气控制与PLC课程改革，建立以“教师为主导，学生为主体，项目为载体”的教学模式，以课程建设带动专业课程群建设。教学过程中学生以小组为单位组建团队，通过网孔板加独立电气元件的实践手段，强调学生的电气硬件设计能力、软件编程能力和团队协作能力的培养。课程的考核评价注重过程考核和综合考核，评价要素包括硬件电路的规范、软件程序的优化、团队成员的协作，项目答辩的表现、档的撰写等。实践表明教学效果良好，为应用型本科院校实践性强的专业课程的教学改革提供了有益的思路。
[关键词]CDIO;应用型PLC;教学改革
[中图分类号] TP319;G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）01-0148-02
CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）教学模式是当前国际上普遍采用的工程教育改革模式，CDIO倡导 “做中学”和 “基于项目教育和学习”。金陵科技学院作为一所应用型本科院校，强调学生的工程项目能力培养是学校的工科专业的教学重点。电气工程及其自动化专业在电气控制与PLC课程的教学中引入CDIO教育理念，依托工程项目为载体，强化职业能力培养的教学思路，设立工程项目化的教学案例，让学生在工程项目训练中学习，提高了学生研究问题、分析问题、解决问题的工程应用能力，同时也培养了学生的职业素养。
一、改革教学模式
CDIO教学模式改变了传统的教师满堂讲课，学生被动听课的模式，而是建立以“教师为主导，学生为主体”的新型教学模式。该门课程通过实施具有研究性质和贴近工程实际的项目化教学方法，课程全程在实验室开展授课，教师在每次课前先讲授本次课实践中需要用到的理论知识点，然后提出问题和任务，对学生进行课堂组织、方法指导和思路引导，学生根据任务完成本次工程项目方案的研究、设计、实现、总结全流程，实现师生的“教”、“学”互动。课程教学模式如图1所示。
二、课程群建设
电气控制与PLC课程作为专业必修课程，承担着承前启后、串联其他专业课程的纽带作用，根据金陵科技学院高级应用型本科院校的特色，在专业培养计划的修订过程中，将该课程的学时由以往的48学时理论与8学时实验，修订为28学时理论与28学时实践，大大提高了实践环节的比例，凸显了学生培养的应用型特色。通过该门课程的建设，将电工技术、电机拖动、检测技术、组态技术、变频器技术、现场总线技术等课程进行融合，以培养学生自动化系统集成的综合技能。同时，通过该项目的实施，融入更多工业软件的应用，学生能够熟练应用三菱WORKS、西门子TIA等工业控制软件进行应用和编程，并以此课程为纽带，带动掌握组态软件、工业仿真软件、电气绘图软件、办公自动化软件的应用。与该门课程相关的课程群体系如图2。
三、课程实践手段
传统的PLC课程实验一般都是在购置的实验箱上进行，学生在实验箱上根据指导书进行简单连线，然后根据需要进行软件编程训练，学生很难对电气控制项目的整体性有认识，对PLC在工业中广泛应用也很难有感性认识。本课程在教学过程中，要求学生在网孔板上将各个需要连接的电气元件布好，自行设计电气原理图并连接电气硬件电路，既强化了学生的电工工艺规范意识，也对PLC的实际电气控制系统有了非常深的感性认识。由于每次项目都是解决一个实际问题，在实践的过程中会存在许多不确定的状况，包括硬件连接和软件调试方面的各种问题，学生往往要查阅资料、不断讨论、多次调试才能解决，极大地锻炼了学生的分析问题和解决问题的工程能力。学生在学完本课程后，可以进行一个完整的PLC电气控制工程项目的硬件布线技能和软件编程调试能力的测试。
四、具体建设内容
1.教学方法采取项目化教学，项目设置为具有研究性质的工程实际项目，在配有多媒体的实训室上课，学生通过对项目进行分析研究，确定实施方案，并最终予以实现。
2.设计科学合理的评价指标体系，注重过程考核，强调工程应用和创新能力培养，培育团队协作意识，强化职业素养。
3.建立“以教师为主导，学生为主体”的教学模式，学生通过组建团队或小组，在项目实施的过程中，充分对方案进行研究与设计，强调学生的自主学习能力培养，对实施中碰到的问题加以分析研究并最终解决问题。
4.校企联合设计教学项目，引进具有行业最新技术的自动化设备以及工程应用技术。
5.实现开放式学习，首先是专业实验室通过信息管理系统实行开放式管理，学生可通过系统预约成功刷卡进入实验室，在实验室学生助理的安排下实践练习。二是建立课程网站，在网站上进行资料下载、成果展示、学习交流等。
6.培养学生创造性思维、创业创新能力，教学项目与学科竞赛及职业资格考证的内容相结合，学生学完课程后能够参加西门子杯工业挑战赛，三菱电机杯电气与自动化大赛等各级自动化大赛，并且通过高级电工、自动化工程师等资格认证考试。
五、改革评价方式
本课程在教学评价过程中不仅重视培养学生的工程应用能力，也重视培养学生的职业意识和团队协作能力。传统的课程考核评价方式大多是教师根据平时表现（占比30%）及考试卷面成绩（占比70%）来作出评价，而本课程更加注重过程考核，在课程结束再进行一个综合考核，尽量淡化试卷考核的比重。过程考核的重点放在学生在平时学习过程中每个项目完成的质量情况，评价要素包括硬件电路的规范、软件程序的优化、团队成员的协作、项目答辩的表现、档的撰写等，并让学生不断对上一个项目的表现进行总结和改进，过程考核的比重为50%。课程结束的综合考核包括基础知识点的内容，程序设计应用，并在规定时间内完成一个综合项目的考核，综合考核的比重为50%。
六、课程创新之处
1.教学主体创新。以“教师为引导，学生为主体”，以工程项目为授课情境，充分利用个人活动、小组协作、集体讨论等多种教学组织形式，积极引导学生研究性思维的形成，培养学生创新能力和自主解决问题的能力。
2.教学方法创新。通过工程项目的现场教学与实施，教师设计问题，学生解决问题，采用启发式、讨论式的教学方法调动学生学习积极性，师生之间通过对工程项目中问题的解决实现互动。教师引入多媒体、网络等新技术在教学中进行应用。
3.学习方式创新。在学习过程中采取团队协作方式，学生小组成员自由组合，分组完成任务。为了最大限度地发挥每个学生的特长，分组时由学习能力强的带相对较弱的学生，或者将擅长编程和接线的学生进行组合。
4.教学内容创新。通过与三菱自动化、西门子自动化、GE智能平台等国际知名企业的共建，引进企业的最新技术成果，注重教学内容的及时更新，将本学科领域最新知识与行业最新技术研究融入教学。同时，在教学内容中更加注重对PLC编程软件的应用，着重培养学生对工业控制对象编程的能力，养成良好的编程习惯，锻炼合理的编程思路。
5.评价方式创新。注重教学过程与教学效果的检查与考核，通过设计各类能力评价表对学生的理论和技能进行综合考核，充分体现学生知识、能力和素质的综合水平情况。评价主体由教师和学生共同组成，评价内容体现项目教学所需的各种能力，重视过程而不仅仅重视结果。
6.与科技创新相结合。通过在课程教学的过程中，引入相关自动化大赛的竞赛项目，促进学生创造性思维、创新创业能力等方面的培养，选拔优秀学生参加自动化类学科竞赛、科研创新、专利申报等科技创新活动。
七、结语
通过实施基于CDIO的工程项目化教学改革，学生对电气控制与PLC课程的满意度大幅提高，有效带动了我校电气工程及其自动化专业的课程教学改革，大大提高了学生的工程实践应用能力，为应用型高等院校相关专业的人才培养提供了有益的借鉴。
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]以CDIO工程教育模式进行电气控制与PLC课程改革，建立以“教师为主导，学生为主体，项目为载体”的教学模式，以课程建设带动专业课程群建设。教学过程中学生以小组为单位组建团队，通过网孔板加独立电气元件的实践手段，强调学生的电气硬件设计能力、软件编程能力和团队协作能力的培养。课程的考核评价注重过程考核和综合考核，评价要素包括硬件电路的规范、软件程序的优化、团队成员的协作，项目答辩的表现、档的撰写等。实践表明教学效果良好，为应用型本科院校实践性强的专业课程的教学改革提供了有益的思路。
[关键词]CDIO;应用型PLC;教学改革
[中图分类号] TP319;G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）01-0148-02
CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）教学模式是当前国际上普遍采用的工程教育改革模式，CDIO倡导 “做中学”和 “基于项目教育和学习”。金陵科技学院作为一所应用型本科院校，强调学生的工程项目能力培养是学校的工科专业的教学重点。电气工程及其自动化专业在电气控制与PLC课程的教学中引入CDIO教育理念，依托工程项目为载体，强化职业能力培养的教学思路，设立工程项目化的教学案例，让学生在工程项目训练中学习，提高了学生研究问题、分析问题、解决问题的工程应用能力，同时也培养了学生的职业素养。
一、改革教学模式
CDIO教学模式改变了传统的教师满堂讲课，学生被动听课的模式，而是建立以“教师为主导，学生为主体”的新型教学模式。该门课程通过实施具有研究性质和贴近工程实际的项目化教学方法，课程全程在实验室开展授课，教师在每次课前先讲授本次课实践中需要用到的理论知识点，然后提出问题和任务，对学生进行课堂组织、方法指导和思路引导，学生根据任务完成本次工程项目方案的研究、设计、实现、总结全流程，实现师生的“教”、“学”互动。课程教学模式如图1所示。
二、课程群建设
电气控制与PLC课程作为专业必修课程，承担着承前启后、串联其他专业课程的纽带作用，根据金陵科技学院高级应用型本科院校的特色，在专业培养计划的修订过程中，将该课程的学时由以往的48学时理论与8学时实验，修订为28学时理论与28学时实践，大大提高了实践环节的比例，凸显了学生培养的应用型特色。通过该门课程的建设，将电工技术、电机拖动、检测技术、组态技术、变频器技术、现场总线技术等课程进行融合，以培养学生自动化系统集成的综合技能。同时，通过该项目的实施，融入更多工业软件的应用，学生能够熟练应用三菱WORKS、西门子TIA等工业控制软件进行应用和编程，并以此课程为纽带，带动掌握组态软件、工业仿真软件、电气绘图软件、办公自动化软件的应用。与该门课程相关的课程群体系如图2。
三、课程实践手段
传统的PLC课程实验一般都是在购置的实验箱上进行，学生在实验箱上根据指导书进行简单连线，然后根据需要进行软件编程训练，学生很难对电气控制项目的整体性有认识，对PLC在工业中广泛应用也很难有感性认识。本课程在教学过程中，要求学生在网孔板上将各个需要连接的电气元件布好，自行设计电气原理图并连接电气硬件电路，既强化了学生的电工工艺规范意识，也对PLC的实际电气控制系统有了非常深的感性认识。由于每次项目都是解决一个实际问题，在实践的过程中会存在许多不确定的状况，包括硬件连接和软件调试方面的各种问题，学生往往要查阅资料、不断讨论、多次调试才能解决，极大地锻炼了学生的分析问题和解决问题的工程能力。学生在学完本课程后，可以进行一个完整的PLC电气控制工程项目的硬件布线技能和软件编程调试能力的测试。
四、具体建设内容
1.教学方法采取项目化教学，项目设置为具有研究性质的工程实际项目，在配有多媒体的实训室上课，学生通过对项目进行分析研究，确定实施方案，并最终予以实现。
2.设计科学合理的评价指标体系，注重过程考核，强调工程应用和创新能力培养，培育团队协作意识，强化职业素养。
3.建立“以教师为主导，学生为主体”的教学模式，学生通过组建团队或小组，在项目实施的过程中，充分对方案进行研究与设计，强调学生的自主学习能力培养，对实施中碰到的问题加以分析研究并最终解决问题。
4.校企联合设计教学项目，引进具有行业最新技术的自动化设备以及工程应用技术。
5.实现开放式学习，首先是专业实验室通过信息管理系统实行开放式管理，学生可通过系统预约成功刷卡进入实验室，在实验室学生助理的安排下实践练习。二是建立课程网站，在网站上进行资料下载、成果展示、学习交流等。
6.培养学生创造性思维、创业创新能力，教学项目与学科竞赛及职业资格考证的内容相结合，学生学完课程后能够参加西门子杯工业挑战赛，三菱电机杯电气与自动化大赛等各级自动化大赛，并且通过高级电工、自动化工程师等资格认证考试。
五、改革评价方式
本课程在教学评价过程中不仅重视培养学生的工程应用能力，也重视培养学生的职业意识和团队协作能力。传统的课程考核评价方式大多是教师根据平时表现（占比30%）及考试卷面成绩（占比70%）来作出评价，而本课程更加注重过程考核，在课程结束再进行一个综合考核，尽量淡化试卷考核的比重。过程考核的重点放在学生在平时学习过程中每个项目完成的质量情况，评价要素包括硬件电路的规范、软件程序的优化、团队成员的协作、项目答辩的表现、档的撰写等，并让学生不断对上一个项目的表现进行总结和改进，过程考核的比重为50%。课程结束的综合考核包括基础知识点的内容，程序设计应用，并在规定时间内完成一个综合项目的考核，综合考核的比重为50%。
六、课程创新之处
1.教学主体创新。以“教师为引导，学生为主体”，以工程项目为授课情境，充分利用个人活动、小组协作、集体讨论等多种教学组织形式，积极引导学生研究性思维的形成，培养学生创新能力和自主解决问题的能力。
2.教学方法创新。通过工程项目的现场教学与实施，教师设计问题，学生解决问题，采用启发式、讨论式的教学方法调动学生学习积极性，师生之间通过对工程项目中问题的解决实现互动。教师引入多媒体、网络等新技术在教学中进行应用。
3.学习方式创新。在学习过程中采取团队协作方式，学生小组成员自由组合，分组完成任务。为了最大限度地发挥每个学生的特长，分组时由学习能力强的带相对较弱的学生，或者将擅长编程和接线的学生进行组合。
4.教学内容创新。通过与三菱自动化、西门子自动化、GE智能平台等国际知名企业的共建，引进企业的最新技术成果，注重教学内容的及时更新，将本学科领域最新知识与行业最新技术研究融入教学。同时，在教学内容中更加注重对PLC编程软件的应用，着重培养学生对工业控制对象编程的能力，养成良好的编程习惯，锻炼合理的编程思路。
5.评价方式创新。注重教学过程与教学效果的检查与考核，通过设计各类能力评价表对学生的理论和技能进行综合考核，充分体现学生知识、能力和素质的综合水平情况。评价主体由教师和学生共同组成，评价内容体现项目教学所需的各种能力，重视过程而不仅仅重视结果。
6.与科技创新相结合。通过在课程教学的过程中，引入相关自动化大赛的竞赛项目，促进学生创造性思维、创新创业能力等方面的培养，选拔优秀学生参加自动化类学科竞赛、科研创新、专利申报等科技创新活动。
七、结语
通过实施基于CDIO的工程项目化教学改革，学生对电气控制与PLC课程的满意度大幅提高，有效带动了我校电气工程及其自动化专业的课程教学改革，大大提高了学生的工程实践应用能力，为应用型高等院校相关专业的人才培养提供了有益的借鉴。
[责任编辑：钟 岚]
