基于CDIO項(xiàng)目教學(xué)法的“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”教學(xué)改革與實(shí)踐

樊建強(qiáng) 韓海豹 趙曉艷 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院

基于CDIO項(xiàng)目教學(xué)法的“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”教學(xué)改革與實(shí)踐

樊建強(qiáng) 韓海豹 趙曉艷 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院

CDIO模式突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，以任務(wù)為載體，體現(xiàn)了基于項(xiàng)目教學(xué)的教育理念和教學(xué)做一體化的原則。通過(guò)對(duì)目前基于“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”教學(xué)的現(xiàn)狀分析，引入CDIO工程教育理念，將CDIO項(xiàng)目教學(xué)法運(yùn)用其教學(xué)改革中，并詳細(xì)闡述了基于CDIO的教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)機(jī)制。實(shí)踐證明，基于CDIO的項(xiàng)目教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，教學(xué)效果顯著。

CDIO PLC 項(xiàng)目教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)

1 引言

“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”作為電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)課之一，為必修課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠掌握電氣控制與PLC技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，建立完整的電氣控制系統(tǒng)的概念，能夠熟練對(duì)PLC進(jìn)行選型和I/O擴(kuò)展，并能夠?qū)ν鈬娐愤M(jìn)行設(shè)計(jì)接線，并使用對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖的編程和調(diào)試，進(jìn)而完成對(duì)一般電氣控制設(shè)備的PLC改造。

通過(guò)對(duì)該課程3輪教學(xué)實(shí)踐和其他教師在每次的教學(xué)例會(huì)溝通發(fā)現(xiàn)，目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)、學(xué)生自身發(fā)展需求，教學(xué)效果也大打折扣。針對(duì)課程的特點(diǎn)和應(yīng)用型大學(xué)學(xué)生的基本情況，需要從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方面，對(duì)課程進(jìn)行研究與探討，尋找出適合應(yīng)用型大學(xué)學(xué)生的授課方式，讓學(xué)生在一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)中最大限度理解和掌握相關(guān)理論知識(shí)以及提高大家的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作能力，為后續(xù)做畢業(yè)設(shè)計(jì)以及實(shí)習(xí)和工作做好準(zhǔn)備。

在總課時(shí)縮減的條件下，如何讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)對(duì)“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”課程進(jìn)行理解和掌握，是非常需要研究和探討的問(wèn)題。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”是一門(mén)綜合性、工程性非常強(qiáng)的應(yīng)用型課程。目前，很多高校理論課時(shí)占很大比例理論授課為主，實(shí)踐性的課時(shí)比例相對(duì)較小，保障環(huán)節(jié)也不太好，而且在教學(xué)過(guò)程中教學(xué)手段和方法單一，并且對(duì)于所帶班級(jí)學(xué)生特點(diǎn)的分析和了解不夠全面，這就容易與社會(huì)脫節(jié)，缺乏實(shí)際的教學(xué)工程背景。

在實(shí)踐環(huán)節(jié)中大部分高校有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。然而在實(shí)驗(yàn)課大多采用的實(shí)驗(yàn)箱是封閉的，即通過(guò)簡(jiǎn)單的外部接線完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，然后將程序下載到PLC即可完成實(shí)驗(yàn)；要想更好地與工程實(shí)際相結(jié)合，這些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更需要注重從實(shí)際的工藝要求，進(jìn)行設(shè)備的選型、I/O容量的計(jì)算和擴(kuò)展以及地址的分配、電氣原理圖、電氣接線圖等一系列的更加接近于實(shí)際工程的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

因此，無(wú)論是從課程的理論教學(xué)方面還是從課程的實(shí)踐教學(xué)方面，原有的教學(xué)方法已經(jīng)不能夠充分實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，無(wú)法完整體現(xiàn)學(xué)生應(yīng)掌握的知識(shí)和應(yīng)具備的能力。因此，對(duì)“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”課程教學(xué)改革是非常必要和迫切的。

3 課程教學(xué)改革

3.1 CDIO項(xiàng)目教學(xué)法

CDIO指的是Conceive-Design-Implement-Operate，是由麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)通過(guò)幾年的研究、探索和實(shí)踐建立的一種較先進(jìn)的工程教育模式。它作為當(dāng)前高等工程教育的一種人才培養(yǎng)理念，基于當(dāng)前工程教育中存在的重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)狀，CDIO高等工程教育模式以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施及運(yùn)作全過(guò)程為載體來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，不僅包含個(gè)人的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，還包括學(xué)生的終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)掌控能力。該模式符合工程人才的培養(yǎng)規(guī)律，也符合我校作為應(yīng)用型大學(xué)的定位要求。因此，我系將CDIO項(xiàng)目教學(xué)法作為該課程的教學(xué)改革重點(diǎn)。

3.2 教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革

作為獨(dú)立院校我們以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為目標(biāo)，對(duì)“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合和優(yōu)化，在理論教學(xué)過(guò)程中需要適當(dāng)把握好授課內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，深淺程度。知識(shí)內(nèi)容由兩條主線貫穿，一條是按系統(tǒng)構(gòu)成的方式，從元件-回路-系統(tǒng)；另一條是知識(shí)的遞進(jìn)的過(guò)程：概念-原理-應(yīng)用。這兩條主線互相作用，都是為工程設(shè)備的運(yùn)行服務(wù)。在教學(xué)內(nèi)容上知識(shí)體系上以理論和應(yīng)用有機(jī)結(jié)合為原則始終牢記如何應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，明確學(xué)習(xí)這些知識(shí)的必要性，使學(xué)生能夠明白學(xué)了有什么用，用在哪里，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力，為以后工作打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

突出教學(xué)方法創(chuàng)新對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要性，教師的教學(xué)既有課堂教學(xué)也有工程情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)，以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與課堂相結(jié)合來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，有助于學(xué)生能夠更加深刻地理解工程理論和原理。

教師在講解理論知識(shí)的同時(shí)，能夠從實(shí)際出發(fā)引出理論產(chǎn)生的必要性和重要性。對(duì)于該理論的應(yīng)用實(shí)例，可以不定時(shí)的再進(jìn)行反復(fù)考察，不斷加深學(xué)生對(duì)理論的掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)、聯(lián)系理論的能力和習(xí)慣。

3.3 課程實(shí)踐教學(xué)改革

①實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)。將工程教育的CDIO理念應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，根據(jù)“基礎(chǔ)-提高-創(chuàng)新”的思想，建立演示、動(dòng)手搭建實(shí)驗(yàn)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目構(gòu)成。首先通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生鞏固知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生能夠直觀地了解并掌握所學(xué)的知識(shí)；在系統(tǒng)回路控制講授中讓學(xué)生動(dòng)手搭建來(lái)加深理解，使學(xué)生能夠在“做中學(xué)”，結(jié)合我校學(xué)生的愛(ài)操作這一實(shí)際情況，所以這一方面特別要注意；在系統(tǒng)的應(yīng)用中講授工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如四層電梯PLC變頻控制和氣動(dòng)機(jī)械手項(xiàng)目使學(xué)生理解具體的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生能實(shí)現(xiàn)“用中學(xué)”，通過(guò)這三個(gè)方面強(qiáng)化訓(xùn)練將學(xué)生分組形成多個(gè)團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。學(xué)生只有通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，才能更好地掌握知識(shí)，更好地運(yùn)用到實(shí)際中，可以提高學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

②保障措施。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中必須保證每位同學(xué)都能夠進(jìn)行練習(xí)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室和教師自身的實(shí)際情況，將一個(gè)自然班級(jí)分開(kāi)兩次上，每次教師指導(dǎo)16-20位同學(xué)，這樣所有的同學(xué)都能動(dòng)手操作，并且老師有足夠的時(shí)間進(jìn)行指導(dǎo)。

我們將實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行改造，留一部分實(shí)驗(yàn)箱作為演示或是簡(jiǎn)單的接線操作，對(duì)另一些實(shí)驗(yàn)箱讓學(xué)生能進(jìn)行拆解根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展改造。為參加課程設(shè)計(jì)、競(jìng)賽的同學(xué)提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而不僅拘泥于一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)研究，學(xué)生只要有時(shí)間就可以去進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)研究。

③評(píng)價(jià)。以前的實(shí)踐評(píng)價(jià)比較注重學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在此我們更應(yīng)該突出過(guò)程的評(píng)價(jià)，可以結(jié)合平時(shí)分組討論情況、解決實(shí)際問(wèn)題情況、實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行綜合考慮，合理控制理論與應(yīng)用考察的比例。

在此，通過(guò)三部分考核學(xué)生，第一，展開(kāi)項(xiàng)目小組之間的互評(píng)，通過(guò)學(xué)生互評(píng)，對(duì)學(xué)生個(gè)人在整個(gè)項(xiàng)目中的參與度、協(xié)作力、團(tuán)隊(duì)精神有比較公平的評(píng)價(jià)；第二，開(kāi)展答辯環(huán)節(jié)，教師可以對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)有整體的認(rèn)識(shí)；第三，實(shí)驗(yàn)報(bào)告，通過(guò)學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)構(gòu)思設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的掌握程度。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生綜合能力得到提升，體會(huì)到實(shí)踐活動(dòng)的樂(lè)趣。

4 結(jié)束語(yǔ)

“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)與PLC”是一門(mén)理論與實(shí)際聯(lián)系非常緊密的課程，本文從我校學(xué)生實(shí)際情況和現(xiàn)代社會(huì)需求出發(fā)，對(duì)該課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。在教學(xué)中引入了CDIO當(dāng)前這一先進(jìn)的教學(xué)方法作為改革措施，使理論與實(shí)踐能夠更好的融合。

[1]劉旭明，高峰.基于CDIO的電氣控制與PLC課程教學(xué)改革探索[J].大學(xué)教育，2016年01期

[2]榮麗娜.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)”課程項(xiàng)目化教學(xué)改革研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015年22期