基于CDIO项目教学法的“现代电气控制技术与PLC”教学改革与实践

樊建强 韩海豹 赵晓艳 山西农业大学信息学院

基于CDIO项目教学法的“现代电气控制技术与PLC”教学改革与实践

樊建强 韩海豹 赵晓艳 山西农业大学信息学院

CDIO模式突破了传统的教学模式，以项目为驱动，以任务为载体，体现了基于项目教学的教育理念和教学做一体化的原则。通过对目前基于“现代电气控制技术与PLC”教学的现状分析，引入CDIO工程教育理念，将CDIO项目教学法运用其教学改革中，并详细阐述了基于CDIO的教学项目内容设计、教学方法和评价机制。实践证明，基于CDIO的项目教学培养了学生自主学习能力、创新能力和团队合作精神，教学效果显著。

CDIO PLC 项目教学 实践教学

1 引言

“现代电气控制技术与PLC”作为电气工程及其自动化专业的主要专业课之一，为必修课。通过本课程的学习使学生能够掌握电气控制与PLC技术的基础知识和基本技能，建立完整的电气控制系统的概念，能够熟练对PLC进行选型和I/O扩展，并能够对外围电路进行设计接线，并使用对PLC进行梯形图的编程和调试，进而完成对一般电气控制设备的PLC改造。

通过对该课程3轮教学实践和其他教师在每次的教学例会沟通发现，目前传统的教学模式已经无法满足社会、学生自身发展需求，教学效果也大打折扣。针对课程的特点和应用型大学学生的基本情况，需要从课程内容、教学方法、实验实践方面，对课程进行研究与探讨，寻找出适合应用型大学学生的授课方式，让学生在一个学期的学习中最大限度理解和掌握相关理论知识以及提高大家的实验实践操作能力，为后续做毕业设计以及实习和工作做好准备。

在总课时缩减的条件下，如何让学生在有限的学时内对“现代电气控制技术与PLC”课程进行理解和掌握，是非常需要研究和探讨的问题。

2 课程教学现状

“现代电气控制技术与PLC”是一门综合性、工程性非常强的应用型课程。目前，很多高校理论课时占很大比例理论授课为主，实践性的课时比例相对较小，保障环节也不太好，而且在教学过程中教学手段和方法单一，并且对于所带班级学生特点的分析和了解不够全面，这就容易与社会脱节，缺乏实际的教学工程背景。

在实践环节中大部分高校有相应的实验环节。然而在实验课大多采用的实验箱是封闭的，即通过简单的外部接线完成简单的实验，然后将程序下载到PLC即可完成实验；要想更好地与工程实际相结合，这些简单的实验还远远不够，更需要注重从实际的工艺要求，进行设备的选型、I/O容量的计算和扩展以及地址的分配、电气原理图、电气接线图等一系列的更加接近于实际工程的实验过程。

因此，无论是从课程的理论教学方面还是从课程的实践教学方面，原有的教学方法已经不能够充分实现应用型人才的培养目标，无法完整体现学生应掌握的知识和应具备的能力。因此，对“现代电气控制技术与PLC”课程教学改革是非常必要和迫切的。

3 课程教学改革

3.1 CDIO项目教学法

CDIO指的是Conceive-Design-Implement-Operate，是由麻省理工学院等四所大学通过几年的研究、探索和实践建立的一种较先进的工程教育模式。它作为当前高等工程教育的一种人才培养理念，基于当前工程教育中存在的重理论轻实践的现状，CDIO高等工程教育模式以构思、设计、实施及运作全过程为载体来培养学生的工程实践能力，不仅包含个人的专业理论知识，还包括学生的终生学习能力、团队合作能力和工程系统掌控能力。该模式符合工程人才的培养规律，也符合我校作为应用型大学的定位要求。因此，我系将CDIO项目教学法作为该课程的教学改革重点。

3.2 教学内容、教学方法的改革

作为独立院校我们以培养学生的实际应用能力为目标，对“现代电气控制技术与PLC”课程教学内容进行重新整合和优化，在理论教学过程中需要适当把握好授课内容的重点和难点，深浅程度。知识内容由两条主线贯穿，一条是按系统构成的方式，从元件-回路-系统；另一条是知识的递进的过程：概念-原理-应用。这两条主线互相作用，都是为工程设备的运行服务。在教学内容上知识体系上以理论和应用有机结合为原则始终牢记如何应用。培养学生的工程意识，明确学习这些知识的必要性，使学生能够明白学了有什么用，用在哪里，增强学生学习的主动性和积极性，培养他们自主学习的能力，为以后工作打好坚实基础。

突出教学方法创新对学生学习的重要性，教师的教学既有课堂教学也有工程情境创设教学，以工业现场与课堂相结合来激发学生学习动力，有助于学生能够更加深刻地理解工程理论和原理。

教师在讲解理论知识的同时，能够从实际出发引出理论产生的必要性和重要性。对于该理论的应用实例，可以不定时的再进行反复考察，不断加深学生对理论的掌握程度，培养学生从实际问题出发、联系理论的能力和习惯。

3.3 课程实践教学改革

①实践内容设计。将工程教育的CDIO理念应用于实验教学中，根据“基础-提高-创新”的思想，建立演示、动手搭建实验和工业现场项目构成。首先通过演示实验让学生巩固知识点，使学生能够直观地了解并掌握所学的知识；在系统回路控制讲授中让学生动手搭建来加深理解，使学生能够在“做中学”，结合我校学生的爱操作这一实际情况，所以这一方面特别要注意；在系统的应用中讲授工业现场如四层电梯PLC变频控制和气动机械手项目使学生理解具体的控制系统的实现，使学生能实现“用中学”，通过这三个方面强化训练将学生分组形成多个团队，培养他们的团队合作和沟通能力。学生只有通过理论联系实际，才能更好地掌握知识，更好地运用到实际中，可以提高学生对于知识的掌握和应用能力，同时培养学生的工程实践能力。

②保障措施。在实践教学过程中必须保证每位同学都能够进行练习。结合实验室和教师自身的实际情况，将一个自然班级分开两次上，每次教师指导16-20位同学，这样所有的同学都能动手操作，并且老师有足够的时间进行指导。

我们将实验的实验箱进行改造，留一部分实验箱作为演示或是简单的接线操作，对另一些实验箱让学生能进行拆解根据实际需要进行扩展改造。为参加课程设计、竞赛的同学提供良好的实验平台，而不仅拘泥于一些常规实验研究，学生只要有时间就可以去进行项目实验研究。

③评价。以前的实践评价比较注重学生的实验报告，在此我们更应该突出过程的评价，可以结合平时分组讨论情况、解决实际问题情况、实验完成情况进行综合考虑，合理控制理论与应用考察的比例。

在此，通过三部分考核学生，第一，展开项目小组之间的互评，通过学生互评，对学生个人在整个项目中的参与度、协作力、团队精神有比较公平的评价；第二，开展答辩环节，教师可以对学生所学知识有整体的认识；第三，实验报告，通过学生提交实验报告，反映学生对实验原理、实验构思设计、实验过程、实验结果分析的掌握程度。通过实践教学使学生综合能力得到提升，体会到实践活动的乐趣。

4 结束语

“现代电气控制技术与PLC”是一门理论与实际联系非常紧密的课程，本文从我校学生实际情况和现代社会需求出发，对该课程教学改革进行探讨。在教学中引入了CDIO当前这一先进的教学方法作为改革措施，使理论与实践能够更好的融合。

[1]刘旭明，高峰.基于CDIO的电气控制与PLC课程教学改革探索[J].大学教育，2016年01期

[2]荣丽娜.现代电气控制及PLC应用技术”课程项目化教学改革研究[J].科技创新导报，2015年22期