林立松，王建祥，宋衛(wèi)海，李 莉

（山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 機(jī)械電子工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

《電氣控制與 PLC》課程是應(yīng)用型本科院校機(jī)械電子工程和電氣工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院的名課程群課程，主要內(nèi)容包括常用低壓電器、電動機(jī)繼電器控制、可編程控制基礎(chǔ)、PLC基本應(yīng)用、電動機(jī)PLC控制、電氣控制綜合應(yīng)用。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握電氣控制的基本理論知識，了解可編程控制（PLC）的特點、選型依據(jù)，區(qū)分PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制的聯(lián)系與區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生電氣控制一般設(shè)計應(yīng)用能力，具備分析、安裝和調(diào)試電氣控制系統(tǒng)的能力，具備良好的團(tuán)隊協(xié)作、溝通協(xié)調(diào)的能力，為將來從事相關(guān)行業(yè)工作奠定堅實基礎(chǔ)。

1 《電氣控制與PLC》課程原教學(xué)狀況

《電氣控制與PLC》是電氣類、機(jī)電類專業(yè)的核心課程，在以往傳統(tǒng)的教學(xué)過程中一般存在以下幾個問題：

1.1 重理論輕實踐，重仿真輕操作，甚至課程快結(jié)束時學(xué)生都沒親身操作過，更談不上電氣控制綜合運用。

1.2 實踐教學(xué)往往與理論教學(xué)脫節(jié)，實踐教學(xué)內(nèi)容往往也是驗證性的居多，學(xué)生缺乏知識的有效應(yīng)用能力[1]。

1.3 過于強(qiáng)調(diào)教學(xué)結(jié)果，忽視教學(xué)過程，過程考核嚴(yán)重欠缺。

1.4 教學(xué)手段單一，教學(xué)方法陳舊，現(xiàn)代教學(xué)媒體手段利用較少，教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)實際需求脫節(jié)，相當(dāng)一部分學(xué)校仍墨守成規(guī)地注重填鴨式教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低。

1.5 理論教學(xué)與實踐教學(xué)不匹配，實踐教學(xué)與工程環(huán)節(jié)偏離，實訓(xùn)內(nèi)容和方法與企業(yè)任務(wù)很難掛鉤。

1.6 缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的考核評價體系，不能全面客觀地反映學(xué)生對課程知識的掌握及運用程度，特別是不能很好地反映其動手應(yīng)用能力[2]。

1.7 忽略了學(xué)生團(tuán)隊合作意識與持續(xù)性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，忽略了學(xué)生的主體作用，不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性，嚴(yán)重影響了課程教學(xué)效果。畢業(yè)后很難快速融入企業(yè)[3]。

2 CDIO項目化教學(xué)的研究

2.1 CDIO項目教學(xué)法的含義

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得并成立了以CDIO來命名的國際性合作組織。CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate） ，此模式的提出為工程應(yīng)用與項目化教學(xué)等問題提供了理論依據(jù)[4]。

目前國內(nèi)關(guān)于CDIO模式的研究很多，但大多是基于教學(xué)方法和方式的理論性研究，甚至僅僅是傳統(tǒng)教學(xué)模式形式上的改變，換湯不換藥，真正涉及運用到實際案例具體運行的研究少之又少，項目教學(xué)是通過實施一個完整的“項目”工作而進(jìn)行的教學(xué)活動，項目本身是以一件產(chǎn)品或提供一項服務(wù)為目的的任務(wù)。其目的是在整個教學(xué)過程中，從信息收集、方案設(shè)計與實施，到完成后的評價反饋，都由學(xué)生具體負(fù)責(zé)，教師只起到咨詢指導(dǎo)與解答疑難的作用。

2.2 CDIO項目化案例體系的研究

2.2.1 深入高校和一線企業(yè)，充分調(diào)研。

針對當(dāng)前電氣控制專業(yè)課程教學(xué)出現(xiàn)的問題，調(diào)研一線企業(yè)和校企合作單位當(dāng)前電氣控制領(lǐng)域的典型工程項目，調(diào)研國內(nèi)開設(shè)電氣工程及其自動化的本科大學(xué)的相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀，通過針對教學(xué)管理者、一線教師和學(xué)生、企業(yè)技術(shù)人才與人力資源管理者的訪談等方式，了解專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題、問題產(chǎn)生的原因、成功人才的經(jīng)驗及教學(xué)改革的思路。同時，通過電氣控制領(lǐng)域及工程教育研究領(lǐng)域的專家咨詢，進(jìn)一步探索在電氣工程及其自動化專業(yè)，實施電氣控制工程教育教學(xué)理念改革的策略和途徑。先后完成對浙江大學(xué)電氣學(xué)院電氣自動化研究所和系統(tǒng)科學(xué)與控制研究所、山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院、山東華天電氣有限公司、濟(jì)鋼設(shè)計院等企業(yè)電氣控制行業(yè)的調(diào)研，邊調(diào)研邊進(jìn)行基于CDIO項目化在線課程的建設(shè)與教學(xué)的探索與實踐。結(jié)合CDIO與農(nóng)業(yè)院校的特點，將典型的工程工作任務(wù)優(yōu)化為跟學(xué)校農(nóng)業(yè)特色培養(yǎng)相關(guān)的一個綜合課程項目：智慧農(nóng)業(yè)大棚電氣控制設(shè)計。

2.2.2 根據(jù)在線課程平臺的探索搭建優(yōu)化課程分項目。

將課程項目優(yōu)化為幾個相互關(guān)聯(lián)的課程分項目（智慧農(nóng)業(yè)大棚燈光設(shè)計、智慧農(nóng)業(yè)大棚出入口控制、智慧農(nóng)業(yè)大棚卷簾機(jī)PLC控制、智慧大棚模擬量控制以及智慧大棚綜合控制）

2.2.3 將課程分項目細(xì)化為多個有機(jī)聯(lián)系的分任務(wù)，層層遞進(jìn)地構(gòu)成與崗位有關(guān)的課程教學(xué)內(nèi)容。

2.2.4 繪制CDIO知識-素質(zhì)-能力魚骨圖。每個項目分為構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行四個過程進(jìn)行，按CDIO項目模式進(jìn)行課程設(shè)計，用魚骨圖模型繪制出項目化的知識-素質(zhì)-能力一體化的結(jié)構(gòu)。從而體現(xiàn)出項目化知識的貫穿性、進(jìn)階性和整體性，明確了對學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)能力的要求，同時非常有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對于知識和能力從細(xì)節(jié)到整體的把握。

3 CDIO項目化教學(xué)具體實施

3.1 課堂講授

采用小班制上課，所有課程均在實驗室完成，整個項目學(xué)習(xí)采用自由分組的方法，一個小組3-4人（小組成員經(jīng)教師審核后方為有效），課堂講授手段采用多媒體教學(xué)方法，輔以視頻、動畫展示，給學(xué)生更加直觀的介紹，便于學(xué)生掌握。課堂講授內(nèi)容以基本概念、基本工作原理、程序設(shè)計為重點，輔以農(nóng)業(yè)特色案例，進(jìn)行項目教學(xué)嘗試，使同學(xué)掌握電氣控制工程應(yīng)用一般設(shè)計思路與項目實施。

3.2 章節(jié)測驗與作業(yè)

以在線課程章節(jié)測驗為隨堂練習(xí)，典型設(shè)計為課后作業(yè)，輔以專題討論題目，以復(fù)習(xí)、鞏固、總結(jié)、歸納所學(xué)，提高學(xué)生分析和設(shè)計能力，加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解。通過對每個學(xué)生作業(yè)的批改，適時發(fā)現(xiàn)并及時糾正學(xué)生的錯誤以加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識的理解。

3.3 制作典型項目規(guī)范操作參考視頻

學(xué)生進(jìn)行項目實施時往往要進(jìn)行動手操作，安全規(guī)范的操作是CDIO項目化教學(xué)中非常重要的一個問題，為此在線課程中除了教師講課視頻，制作典型項目規(guī)范化操作視頻是非常必要的，視頻可以是老師操作，也可以是優(yōu)秀學(xué)生操作。隨著項目化教學(xué)的推廣，逐步建立典型項目視頻庫，既完成了對上一級優(yōu)秀同學(xué)的考核與激勵，又為下一級同學(xué)提供了示范與鼓勵，形成良性循環(huán)。

3.4 搭建網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺，進(jìn)行線上線下混合教學(xué)

合理利用學(xué)校已有學(xué)習(xí)通資源，探索性搭建網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺，盡量將各課程項目化教學(xué)具體實施方案、課件、實驗指導(dǎo)書、參考視頻以及其它資料通過網(wǎng)絡(luò)，給學(xué)生提供線上理論學(xué)習(xí)、實驗實訓(xùn)視頻學(xué)習(xí)、師生交流反饋等活動。具體教學(xué)步驟如下：

3.4.1 教師提前在在線課程上發(fā)布項目要求、相關(guān)基礎(chǔ)知識和工程應(yīng)用能力、任務(wù)點。

3.4.2 上課前教師手機(jī)或電腦發(fā)起簽到，所有學(xué)生手機(jī)完成簽到。

3.4.3 所有的教學(xué)在實驗室進(jìn)行，每節(jié)課45分鐘至少保證15分鐘時間學(xué)生進(jìn)行在線課程練習(xí)和動手操作練習(xí)，所有的教學(xué)活動都圍繞著項目實施進(jìn)行，要求學(xué)生聽課過程和操作過程按小組就坐，討論和操作方便。

3.4.4 下課后教師發(fā)布提前準(zhǔn)備的作業(yè)（還可以根據(jù)課堂學(xué)習(xí)情況臨時調(diào)整作業(yè)），作業(yè)在線完成上交，在線全批全改。作業(yè)題以成績的形式反饋給教師和學(xué)生。

3.5 各小組在每一個項目學(xué)習(xí)中均分為構(gòu)思、研討、設(shè)計、實現(xiàn)、運作、展示進(jìn)行。

4 考核要求及標(biāo)準(zhǔn)

4.1 完善了過程考核，綜合成績構(gòu)成包括作業(yè)、章節(jié)測驗、考勤、視頻學(xué)習(xí)和期末考試。其中作業(yè)14%，章節(jié)測驗14%，課堂表現(xiàn)4%，拓展學(xué)習(xí)8%，實驗占20%，期末考試40%。期末考核采取閉卷筆試形式，從成績分析來看，教學(xué)效果明顯改善。整個項目學(xué)習(xí)采用自由分組的方法，各組分工明確，團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同完成項目的設(shè)計與實施，共同提交內(nèi)容為調(diào)試視頻，組內(nèi)根據(jù)本實驗貢獻(xiàn)大小民主產(chǎn)生每個人的調(diào)試系數(shù)，并由教師課堂上根據(jù)表現(xiàn)予以確認(rèn)。實驗調(diào)試與實驗報告占比各為50%。

4.2 實驗調(diào)試評分要求與標(biāo)準(zhǔn)：以各小組現(xiàn)場調(diào)試 （參考調(diào)試視頻和實驗報告中調(diào)試過程）給各小組打分，小組成員分?jǐn)?shù)等于小組分?jǐn)?shù)乘以調(diào)試系數(shù)。具體考核標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)試過程熟練、正確、符合實驗室安全要求和實驗器材使用規(guī)范；演示過程完整，語言表達(dá)清晰、條理、邏輯性強(qiáng)；運行流暢，功能達(dá)到設(shè)計要求。

4.3 實驗報告評分要求與標(biāo)準(zhǔn)：以提交的實驗報告為依據(jù)進(jìn)行考核，每人一份，考核標(biāo)準(zhǔn)要求功能完善，新穎，設(shè)計思路清晰，有一定創(chuàng)意性；內(nèi)容正確、詳細(xì)，環(huán)節(jié)完整；I/O表、接線圖設(shè)計合理、規(guī)范、美觀；梯形圖編寫正確、有一定難度；語言敘述流暢，表達(dá)完整；總結(jié)真實，體會深刻，達(dá)到字?jǐn)?shù)要求；實驗報告報告書寫工整、美觀。

5 CDIO項目教學(xué)法的體會

通過CDIO項目教學(xué)，教師根據(jù)調(diào)研結(jié)果與行業(yè)動向重新組織教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)方法，優(yōu)化課程關(guān)系，設(shè)計課程案例，模擬企業(yè)氣氛和環(huán)境，注重過程考核與評價。學(xué)生小組合作，團(tuán)結(jié)協(xié)作，集體討論，主動學(xué)習(xí)，參與教學(xué)過程的積極性大為增加，學(xué)生對課程的專注度和認(rèn)可程度跟以前相比有了巨大的提升，歸納如下：

5.1 優(yōu)化課程關(guān)系。對相關(guān)課程內(nèi)容重新優(yōu)化組合，有機(jī)聯(lián)系，避免了冗余，課程群內(nèi)每門課程的學(xué)習(xí)路線用魚骨圖串接起來，明確地表達(dá)出該門課程知識-素質(zhì)-能力的一體化思路，而且安排在相鄰的兩到三學(xué)期開課，使課程內(nèi)容的工程性、拓展性和綜合性更加突出。

5.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。通過廣泛調(diào)研企業(yè)與校企合作將電氣控制學(xué)科領(lǐng)域前沿知識與技術(shù)滲透教學(xué)，更注重電氣控制領(lǐng)域工程能力的綜合培養(yǎng)。

5.3 突出與優(yōu)化教學(xué)主體。強(qiáng)調(diào)學(xué)生為項目教學(xué)的主體，教師僅僅作為引導(dǎo)，教師模擬授課情境，結(jié)合山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院的特點，考慮跟電氣工程及其自動化、機(jī)械電子工程相關(guān)農(nóng)業(yè)專業(yè)的特色，精心設(shè)計農(nóng)業(yè)特色工程項目，提出問題。學(xué)生分組創(chuàng)意，采用小組學(xué)習(xí)、分工合作、團(tuán)結(jié)協(xié)作、集體商討等自主學(xué)習(xí)形式。培養(yǎng)學(xué)生開放式、自主式、研究式思維能力，從而提高學(xué)生自我創(chuàng)新能力和獨立解決問題的能力。小組分工時采用自由選擇與教師相結(jié)合的方式，有的學(xué)生點子多有創(chuàng)意，有的同學(xué)編程好，有的同學(xué)擅長動手操作、硬件接線保質(zhì)保量，有的同學(xué)協(xié)調(diào)、組織、表達(dá)與交流能力強(qiáng)。最大限度地發(fā)揮每個同學(xué)的特長，既有利于提高成效，也有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

5.4 優(yōu)化實驗設(shè)備。根據(jù)CDIO模式改造實驗室，量身定做實驗臺，為項目化一體化教學(xué)與項目實施提高保證。整個項目教學(xué)中學(xué)生全周期在實驗室分組完成項目基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)、工程項目的設(shè)計、調(diào)試解決問題，分為構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行四個過程執(zhí)行。

5.5 優(yōu)化項目實施創(chuàng)新。一般項目教學(xué)只注重一個固定案例的解決，本課程每個案例盡量提供學(xué)生在基礎(chǔ)任務(wù)的前提下自主創(chuàng)意，創(chuàng)作性設(shè)計自己任務(wù)，按本組更精細(xì)的任務(wù)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計，并完成調(diào)試，調(diào)試過程錄制視頻，撰寫實驗報告，更有利于學(xué)生的持續(xù)性、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。

5.6 優(yōu)化學(xué)習(xí)平臺與方式。項目化教學(xué)不僅僅局限于課堂時間，學(xué)生可以利用課余時間根據(jù)學(xué)習(xí)平臺上項目化教學(xué)資料自主進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師精心制作、搭建在線課程平臺，將跟各項目相關(guān)的教學(xué)基礎(chǔ)知識點、視頻、課件、網(wǎng)站等資源按項目進(jìn)行優(yōu)化組合，為學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)提供了無限的空間，有很多小組已經(jīng)將一個分項目當(dāng)作一個課程設(shè)計來完成，功能描述、硬件圖紙、軟件編程、調(diào)試視頻、實驗報告環(huán)節(jié)完整，資料齊全，甚至有的組還對視頻進(jìn)行了后期制作，所有這些對整個課程CDIO項目化教學(xué)的探索和實踐產(chǎn)生了很好的成就感和引領(lǐng)性。

5.7 優(yōu)化評價方式。優(yōu)化考核比例，通過增加過程考核比例，設(shè)計多方面評價指標(biāo)對教學(xué)理論和技能進(jìn)行考核，充分考察學(xué)生基礎(chǔ)知識、基本能力和綜合素質(zhì)的整體水平。CDIO項目教學(xué)中在線課程提供學(xué)習(xí)討論、簽到、作業(yè)、測驗等多種評價體系，根據(jù)CDIO教學(xué)的特點，提供分組任務(wù)功能，學(xué)生分組進(jìn)行工程設(shè)計與項目實施，合作完成預(yù)習(xí)設(shè)計、工程接線圖、硬件配置、軟件程序以及調(diào)試視頻上傳。評價主體由教師和學(xué)生共同組成，教師為簽到、作業(yè)、測驗等打分，為小組打分，組長和組員民主產(chǎn)生考核系數(shù)，小組之間通過交流還可以互評。評價內(nèi)容盡量體現(xiàn)CDIO項目教學(xué)所培養(yǎng)的各方面能力，不是僅重視考核結(jié)果，更注重強(qiáng)調(diào)考核過程。從執(zhí)行情況看，效果良好。

5.8 CDIO項目化教學(xué)應(yīng)注意盡量與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合?？梢栽谡n程教學(xué)中引入跟課程相關(guān)的大賽項目，通過選拔優(yōu)秀的學(xué)生積極參加各種競賽、創(chuàng)新設(shè)計、申報專利等科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新活動。

當(dāng)然，CDIO項目化教學(xué)的改革與實踐對相關(guān)教師教學(xué)與專業(yè)水平和設(shè)計技能水平提出了很高的要求。由于所有課程都在實驗室完成，在實踐教學(xué)中會出現(xiàn)各種各樣意想不到的問題，這就要求教師在教學(xué)過程尤其是實踐教學(xué)中投入大量的精力，提前認(rèn)真?zhèn)湔n，沉淀教學(xué)經(jīng)驗與技能，在教學(xué)中根據(jù)突發(fā)情況靈活機(jī)動地組織實施教學(xué)。

6 總結(jié)

CDIO項目化教學(xué)最基本目的是讓學(xué)生運用本課程相關(guān)基礎(chǔ)理論和基本知識來處理實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，從教學(xué)出發(fā)點來看，就是根據(jù)教師指定的項目和任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)有學(xué)科實施項目和任務(wù)的能力。所以，項目化教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生掌握基本的工程案例的實施步驟，為學(xué)生畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、就業(yè)等打下了基礎(chǔ)，也為學(xué)生終身發(fā)展提供了平臺[5]。

CDIO項目化教學(xué)的探索和實踐是一項綜合的系統(tǒng)工程，除了以上所提到的之外，還需要提高教師的自身業(yè)務(wù)水平和實踐能力，提高教學(xué)管理水平，完善教學(xué)環(huán)境，以及擁有熱愛教學(xué)，不斷探索的精神。這都需要在以后的工作中不斷摸索，逐步提高。