張 敬 盧 雁 謝光彩 李 圣 周洪波

（湖南理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 湖南·岳陽(yáng) 414000）

隨著國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，以中國(guó)制造2025、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能等為代表的國(guó)家戰(zhàn)略需求，帶動(dòng)了新一輪的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革，同時(shí)也推動(dòng)了新時(shí)期中國(guó)高校各類(lèi)人才的培養(yǎng)模式變革?？删幊绦蚩刂破?PLC)是一種先進(jìn)的自動(dòng)化控制裝置，已經(jīng)成為工農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要支柱之一。教育部在2014年3月明確提出，在全國(guó)的普通本科院校中將有600多所高校逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)應(yīng)用型人才是高等教育大眾化的發(fā)展方向。在當(dāng)今自動(dòng)化工程控制領(lǐng)域，企業(yè)對(duì)PLC控制方面的應(yīng)用型人才需求越來(lái)越大。但是由于傳統(tǒng)教學(xué)模式培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生理論知識(shí)陳舊，動(dòng)手能力差，無(wú)法獨(dú)立開(kāi)展項(xiàng)目工程。為改變這一現(xiàn)狀，應(yīng)用型本科院校應(yīng)以培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用人才為主要任務(wù)改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程能力為導(dǎo)向，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，以服務(wù)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系和實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的就業(yè)。因此，我們需要引入新型CDIO-OBE教學(xué)模式。

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）教學(xué)模式，是圍繞構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作思路展開(kāi)，以工程項(xiàng)目從研發(fā)到完成的全過(guò)程為載體，使學(xué)生在實(shí)踐項(xiàng)目中學(xué)習(xí)工程基礎(chǔ)知識(shí)，有效地提升實(shí)踐應(yīng)用能力。OBE（Outcomes-Based Education）是以學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向?qū)虒W(xué)過(guò)程組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)的教學(xué)模式，更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)效果及培養(yǎng)學(xué)生能力。

1 課程目標(biāo)的修訂

PLC課程是機(jī)電以及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心課程，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性。它作為一門(mén)工程性和應(yīng)用性的控制技術(shù)課程，應(yīng)該要與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系，要求學(xué)生在實(shí)際工程項(xiàng)目中去理解、接收并應(yīng)用理論知識(shí)。但在傳統(tǒng)的PLC課程教學(xué)中對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)大多數(shù)停留在只要求學(xué)生掌握PLC的基本理論，學(xué)會(huì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)控制。學(xué)生往往只能通過(guò)編程和仿真來(lái)消化知識(shí)，但是并沒(méi)有真正理解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際工程中的運(yùn)用。因此，這樣的教學(xué)目標(biāo)和模式往往會(huì)引起學(xué)生對(duì)PLC課程理論學(xué)習(xí)的厭煩，學(xué)習(xí)效果與實(shí)際工程項(xiàng)目脫節(jié)，從而導(dǎo)致學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力不強(qiáng)，學(xué)完該課程后仍然無(wú)法完成實(shí)際的工程項(xiàng)目。

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，我們將通過(guò)CDIO-OBE的教育理念指導(dǎo) PLC課程教學(xué)改革。新課程的目標(biāo)是從企業(yè)對(duì) PLC技術(shù)人才的需求出發(fā)，并結(jié)合學(xué)生個(gè)人內(nèi)在需求，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力，保證教育目的與結(jié)果的一致性。并要求學(xué)生學(xué)完“PLC控制技術(shù)”課程后，能具有以下能力：（1）具有獨(dú)立完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力；（2）具有良好的PLC編程能力；（3）具有獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；（4）具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和溝通能力。

2 基于CDIO模式的PLC課程教學(xué)改革

2.1 PLC課程教學(xué)大綱和教材改革

傳統(tǒng)的PLC課程教學(xué)大綱包括了課程目的，教學(xué)基本內(nèi)容，實(shí)踐環(huán)節(jié)、課外習(xí)題及課程討論等環(huán)節(jié)，內(nèi)容比較繁雜而且主次不清晰。新型CDIO模式下的PLC課程教學(xué)大綱中主要是根據(jù)以工程項(xiàng)目為主線貫穿教學(xué)，以學(xué)習(xí)結(jié)果為考核導(dǎo)向，進(jìn)行傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容與所設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目的有機(jī)融合。新大綱的課程目的就是要考察學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，而不是簡(jiǎn)單的掌握PLC基本原理。實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)占整個(gè)課程的70%，而不是原來(lái)僅有的20%?？己朔绞街饕w現(xiàn)在實(shí)際工程項(xiàng)目任務(wù)的完成情況上，而不是簡(jiǎn)單的閉卷考試和課后作業(yè)。傳統(tǒng)的PLC課程教材大多強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)，介紹如何使用一些較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行理論驗(yàn)證。而在新大綱中選用的教材應(yīng)該是應(yīng)用型的工程案例教材，通過(guò)實(shí)際的工程案例，詳細(xì)介紹完成工程項(xiàng)目的每一個(gè)步驟，以及工程中常用的技術(shù)知識(shí)，去除那些過(guò)時(shí)的和不經(jīng)常使用的內(nèi)容。比如可以使用由向曉漢編寫(xiě)的《西門(mén)子PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用從入門(mén)到精通》一書(shū)作為教材，該書(shū)通過(guò)實(shí)際工程案例與理論知識(shí)的結(jié)合，詳細(xì)介紹了編程指令在實(shí)際中的運(yùn)用效果。同時(shí)還包含了實(shí)際工程中經(jīng)常用到的通訊技術(shù)，變頻技術(shù)，人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)等，這也是傳統(tǒng)教材很少涉及或者簡(jiǎn)化的內(nèi)容。因此PLC課程教學(xué)大綱，應(yīng)該根據(jù)工程需要重新修訂。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

PLC課程改革的核心是教學(xué)內(nèi)容的改革。與傳統(tǒng)“重理論”的教學(xué)內(nèi)容相比，CDIO模式的教學(xué)內(nèi)容以工程項(xiàng)目案例為主，包含了實(shí)際工程中經(jīng)常使用到的PLC技術(shù)知識(shí)，并且用于教學(xué)的工程項(xiàng)目結(jié)合了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，由易到難，由淺入深，循序漸進(jìn)的安排。為了確保教學(xué)項(xiàng)目的工程應(yīng)用性，教師可以與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作，讓企業(yè)提供一些合適的成功工程案例或者把成功的科研項(xiàng)目作為教學(xué)案例。這里以湖南理工學(xué)院PLC課程教學(xué)內(nèi)容改革為例，介紹一套適合本校學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)用型課程。如圖1所示為該課程的模塊框圖。課程所用的教學(xué)案例大部分是來(lái)自于本?？蒲许?xiàng)目和地方企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目，內(nèi)容真實(shí)新穎。

圖1：課程模塊

本課程主要以8個(gè)工程案例為主，分為基礎(chǔ)篇，設(shè)計(jì)篇，綜合篇三個(gè)部分。每一個(gè)篇章都要求學(xué)生掌握對(duì)應(yīng)的PLC課程知識(shí)和技能，具體如表1所示。學(xué)生通過(guò)8個(gè)工程案例的學(xué)習(xí)之后，不僅能夠掌握PLC的理論知識(shí)，同時(shí)還具備了工程應(yīng)用的能力。

表1：教學(xué)工程項(xiàng)目一覽表

2.3 教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是以教師在教室上的課堂講授為主，學(xué)生缺乏動(dòng)手能力。而本課改主要以PLC實(shí)驗(yàn)室、科研實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)為教學(xué)場(chǎng)所，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容中的實(shí)際工程案例對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解并現(xiàn)場(chǎng)要求學(xué)生完成一定的工程任務(wù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)較多的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。對(duì)于基礎(chǔ)篇的學(xué)習(xí)，主要是以PLC實(shí)驗(yàn)室為教學(xué)場(chǎng)所，講授相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和安全注意事項(xiàng)后要求學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)器材完成工程項(xiàng)目。設(shè)計(jì)篇和綜合篇主要以科研實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)為主，教師通過(guò)實(shí)際的科研項(xiàng)目和企業(yè)工程項(xiàng)目指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐。例如教師可以把一個(gè)成功的控制系統(tǒng)拆開(kāi)分解后讓學(xué)生親自摸索復(fù)原，實(shí)現(xiàn)原來(lái)的功能。這不僅讓學(xué)生掌握了整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，而且還使學(xué)生的動(dòng)手能力得到了提升，工程應(yīng)用能力得到了培養(yǎng)。如圖2，為我校學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行的燃料電池風(fēng)冷堆控制系統(tǒng)復(fù)原搭建。對(duì)于涉及企業(yè)中的工程項(xiàng)目案例，可以與當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和工程師進(jìn)行交流，邀請(qǐng)企業(yè)工程師來(lái)學(xué)校進(jìn)行項(xiàng)目指導(dǎo)，或者由工程師和教師帶領(lǐng)學(xué)生親臨現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。

圖2：現(xiàn)場(chǎng)搭建燃料電池風(fēng)冷堆控制系統(tǒng)

此外，在教學(xué)中應(yīng)該要求學(xué)生學(xué)會(huì)使用PLC參考手冊(cè)，遇到需要使用的功能指令應(yīng)該通過(guò)查閱相應(yīng)的英文手冊(cè)去理解指令的使用方法或者通過(guò)電話咨詢(xún)PLC公司。實(shí)驗(yàn)室或者科研項(xiàng)目使用的PLC應(yīng)該選擇當(dāng)前主流的、功能比較強(qiáng)大的機(jī)型，如西門(mén)子S7-1500等，不使用那些老舊過(guò)時(shí)的PLC控制器。此外，還應(yīng)要求學(xué)生使用工程常用的編程軟件和電路繪圖工具，比如博圖軟件和EPLAN電路繪圖工具。通過(guò)對(duì)這些真實(shí)的工程應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)與使用，學(xué)生在畢業(yè)后更容易接手企業(yè)項(xiàng)目。

3 基于OBE的考核方式的改革

傳統(tǒng)的 PLC課程改革方式主要是采用閉卷筆試方式考核。成績(jī)?cè)u(píng)定的辦法為，期末成績(jī)占總成績(jī)的70%，其中考試、作業(yè)、考勤和提問(wèn)等作為平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的10%，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)占20%。這樣的考核方式無(wú)異于重理論而輕實(shí)踐，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力?；?OBE教育理念的課程考核方式是以項(xiàng)目實(shí)施結(jié)果為主要依據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這種考核方式能夠全面、客觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，加強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用能力和在復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程中的綜合職業(yè)能力。本課改針對(duì)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的教學(xué)評(píng)價(jià)考核指標(biāo)，根據(jù)項(xiàng)目的難易程度設(shè)置不同的分值比重，重點(diǎn)考察學(xué)生的動(dòng)手能力，程序編寫(xiě)能力，工程問(wèn)題的分析和解決能力。其中基礎(chǔ)部分占20%，設(shè)計(jì)部分占40%，綜合部分占40%，實(shí)行100分制。具體的每一個(gè)部分又設(shè)置了若干個(gè)考核分值，詳細(xì)可以參見(jiàn)表2?？梢钥吹轿覀兏幼⒅乜己藢W(xué)生的編程能力和解決問(wèn)題的能力，因?yàn)檫@是實(shí)際工程項(xiàng)目中最為重要的能力。此外，本課改的考核方式取消了以往的課后作業(yè)考核，取而代之的是一些實(shí)際的項(xiàng)目比賽作為課外考查，以賽促學(xué)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

表2：PLC課程考核表

通過(guò)OBE的考核方式，可以了解到學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)操作技能的掌握情況，判斷他們的能力是否達(dá)到了預(yù)期的效果，取得了預(yù)計(jì)的成果。由于這種考核方式有很強(qiáng)的目的性，這使得學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確。通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)成果的檢查，更能檢測(cè)出學(xué)生的真實(shí)水平，這不僅改變了以往對(duì)學(xué)生實(shí)際能力的錯(cuò)誤評(píng)價(jià)和考核不全面的現(xiàn)象，還為培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)改革注入新的活力。

4 結(jié)論

本文介紹了一種基于CDIO-OBE模式的PLC課程教學(xué)改革。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PLC課程的目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法等方面的不足，提出了新的改革方案。重點(diǎn)介紹了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的考核方案，改變了傳統(tǒng)PLC課程的考核方式。同時(shí)以我校為例，介紹了該方案的施行。事實(shí)上，通過(guò)工程項(xiàng)目案例教學(xué)法更能讓學(xué)生體驗(yàn)到工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的真實(shí)情景，更能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力和解決問(wèn)題的能力。而采用 OBE的考核方式能夠更加科學(xué)地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，這種教學(xué)改革方式不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，更培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力。符合當(dāng)前社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需要。