CDIO理念驅(qū)動(dòng)下應(yīng)用型本科“機(jī)床電氣控制及PLC”課程教學(xué)模式改革與實(shí)踐

CDIO理念驅(qū)動(dòng)下應(yīng)用型本科“機(jī)床電氣控制及PLC〞課程教學(xué)形式改革與理論〔〕:

摘要：針對(duì)應(yīng)用型本科"機(jī)床電氣控制及PLC";課程教學(xué)過程中存在的問題，本文提出TEPM-CDIO教學(xué)形式。為培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才，進(jìn)步學(xué)生實(shí)際動(dòng)手才能，激發(fā)學(xué)有余力學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從理論打根底、實(shí)驗(yàn)做穩(wěn)固、實(shí)訓(xùn)提技能和大賽搭平臺(tái)四方面討論了TEPM-CDIO理念的施行過程，施行后獲得良好教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：TEPM-CDIO教學(xué)形式；機(jī)床電氣控制及PLC課程；應(yīng)用型本科人才

本文引用格式：王立新，等.CDIO理念驅(qū)動(dòng)下應(yīng)用型本科"機(jī)床電氣控制及PLC";課程教學(xué)形式改革與理論[J].教育現(xiàn)代化,2022,7(35):63-65.

TheTeachingReformandPracticeof"MachineToolElectricalControlandPLC"CourseforApplication-orientedUndergraduationBasedonTheCDIONotion

WANGLi-xin,LIHai-zhen,CHENHuan-lin

(SchoolofMechanicalEngineering,HeilongjiangUniversityofScienceandTechnology,HarbinHeilongjiang)

Abstract:TheTEMP-CDIOteachingmodewasputforwardinthispaper,inviewoftheproblemsexistingintheteachingprocessof"machinetoolelectricalcontrolandPLC";courseforapplication-orientedundergraduation.Inordertocultivateapplication-orientedundergraduatetalents,improvestudents"practicalabilityandstimulatestudents"interestinlearning,theimplementationprocessesofTEMP-CDIOnotionwerediscussedfromfouraspects.First,thetheoryfoundationofthecoursewaslain.Second,thekeyknowledgeofthecoursewasconsolidatedthroughdoingexperiments.Third,skillswereimprovedthroughpracticaltraining.Thelast,thepetitionplatformwasbuilt.Afterimplementation,goodteachingresultshavebeenachieved.

Keywords:TEPM-CDIOteachingmode;MachineToolElectricalControlandPLCcourse;Application-orientedundergraduatetalents

一引言

"機(jī)床電氣控制及PLC";是機(jī)械電子工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)根底課，該門課程學(xué)生掌握得是否扎實(shí)對(duì)于后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，乃至畢業(yè)后的就業(yè)影響很大。但是該課程實(shí)際上是包括兩門課程內(nèi)容，"現(xiàn)代電氣控制";和"可編程控制器控制技術(shù)";，造成課程理論教學(xué)內(nèi)容較多，與之配合的理論環(huán)節(jié)缺乏，因此，教與學(xué)都不免遇到很大的困難。在沒有進(jìn)展課程形式改革與探究之前，課程的教學(xué)形式為傳統(tǒng)教學(xué)形式，即為授課教師按照課程教學(xué)大綱完成理論教學(xué)，留一定比例的作業(yè)，安排實(shí)驗(yàn)課，最后集中統(tǒng)一考試。這樣一來就導(dǎo)致教師教學(xué)安排僵化，純理論的教學(xué)講起來枯燥乏味，學(xué)生的學(xué)習(xí)反響過程是被動(dòng)式的，造成的后果就是學(xué)生興趣寥寥，并且對(duì)課程理論根底理解不到位，而學(xué)有余力的學(xué)生又認(rèn)為內(nèi)容不夠深化沒有在學(xué)習(xí)成績(jī)中表達(dá)出差異性，尤其是對(duì)于應(yīng)用型本科學(xué)生，直接導(dǎo)致了其應(yīng)用才能的缺乏，并極大地挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且這種現(xiàn)狀也與本校培養(yǎng)大工程大理論應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)理念不相適應(yīng)。

縱覽國(guó)際工程教育改革的一些成果，CDIO工程教育形式是較為先進(jìn)的，四種核心要素構(gòu)思〔Conceive〕、設(shè)計(jì)〔Design〕、實(shí)現(xiàn)〔Implement〕和運(yùn)作〔Operate〕,從消費(fèi)實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品從研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的整個(gè)周期，讓學(xué)生以主動(dòng)式、體驗(yàn)式參與課程學(xué)習(xí)，構(gòu)建理論和課程之間有機(jī)聯(lián)絡(luò)的方式學(xué)習(xí)工程【1】。CDIO形式與教學(xué)理論相結(jié)合，主要采用"做中學(xué)";和"基于工程的教育和學(xué)習(xí)";〔Projectbasededucationandlearning簡(jiǎn)稱PBL〕的教育教學(xué)方法，是這兩種方法的集中概括和抽象表達(dá)【2】。在文獻(xiàn)[3,4]中，討論了以"教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，工程為載體";的教學(xué)形式，但對(duì)于后續(xù)如何有效激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)熱情方面缺乏措施。在文獻(xiàn)[5-8]中，對(duì)CDIO理念和"電氣控制技術(shù)與PLC";課程教學(xué)形式改革相結(jié)合的方式，進(jìn)展了各種探究，產(chǎn)生一些可供借鑒的積極成果。

二教學(xué)形式的改革與探究

在教學(xué)形式改革之前，理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)三種教學(xué)過程產(chǎn)生時(shí)空的割裂，不連接，課堂理論教學(xué)與學(xué)生理論應(yīng)用之間不能有機(jī)結(jié)合，造成的后果就是學(xué)完機(jī)床電氣控制及PLC專業(yè)課但不會(huì)應(yīng)用，且缺乏學(xué)習(xí)興趣等問題，在CDIO理念驅(qū)動(dòng)下并結(jié)合本校建立應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目的，在教學(xué)理論中對(duì)"機(jī)床電氣控制及PLC";課程教學(xué)形式進(jìn)展了改革與理論嘗試，探究中采用TEPM-CDIO教學(xué)形式，即理論〔Theory〕、實(shí)驗(yàn)〔Experiment〕、實(shí)訓(xùn)〔Practice〕和大賽〔Match〕四個(gè)方面與CDIO理念相結(jié)合，引入課程，使學(xué)生學(xué)理論-做實(shí)驗(yàn)-做實(shí)訓(xùn)-參加比賽，構(gòu)成一個(gè)嚴(yán)密的"順序控制";過程，進(jìn)步學(xué)生掌握機(jī)床電氣控制及PLC的實(shí)際動(dòng)手才能，從而探究一種適應(yīng)應(yīng)用型本科的課程教學(xué)形式，滿足應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)情況，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。課程教學(xué)形式如圖1所示。

〔一〕理論〔Theory〕

在理論教學(xué)中，從以前理論教學(xué)按教材章節(jié)按部就班進(jìn)展講解的方式，轉(zhuǎn)向融入CDIO理念的啟發(fā)式教學(xué)，著眼點(diǎn)放在實(shí)行基于仿真軟件的工程法教學(xué)與課程知識(shí)體系構(gòu)造互相交融，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)理論中，首先，進(jìn)展知識(shí)體系梳理與歸納，形成貼近應(yīng)用實(shí)際的教學(xué)工程；其次，輔助與現(xiàn)代仿真軟件CADe_SIMU和西門子S7-200仿真軟件；最后，對(duì)學(xué)生在完成工程中遇到的典型問題進(jìn)展有針對(duì)性指導(dǎo)，并讓學(xué)生總結(jié)出自己的缺乏之處。理論教學(xué)過程如圖2所示。

隨著計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)，使得基于仿真軟件的工程式教學(xué)成為理想的教學(xué)方法，合理應(yīng)用仿真軟件可以擺脫實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)地和硬件條件的束縛，仿真程序更改變換方便、可以直觀地看到效果，不需要?jiǎng)佑脤?shí)物，并且平安可靠，貼近實(shí)際的仿真演示更能進(jìn)步關(guān)注度。其次教學(xué)效果好，可以利用多媒體教室這個(gè)教學(xué)媒體，通過仿真軟件仿真實(shí)際工作場(chǎng)景，學(xué)生通過屏幕可以直觀地看到仿真過程和結(jié)果，理論中發(fā)現(xiàn)比在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境演示效果還要好，通過直觀觀看，加上教師的講解和仿真，這樣就學(xué)生易于掌握所學(xué)的知識(shí)?；诜抡孳浖慕虒W(xué)施行工程如表1所示。

在理論中，基于CDIO理念著重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。在課堂教學(xué)中把學(xué)生分成假設(shè)干小組，每個(gè)小組設(shè)立組長(zhǎng)一名，由組長(zhǎng)指導(dǎo)組員在教師的引導(dǎo)下使學(xué)生主動(dòng)參與每個(gè)教學(xué)工程的完成。學(xué)生完成根本知識(shí)，根本理論，根本技能的積累。

〔二〕實(shí)驗(yàn)〔Experiment〕

在CDIO理念驅(qū)動(dòng)下，教學(xué)理論中，對(duì)課程涉及的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容重新組織，經(jīng)過試驗(yàn)教師和理論教師的深化研討，在不改變課程實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)要求的前提下，對(duì)驗(yàn)證型和演示型實(shí)驗(yàn)進(jìn)展大刀闊斧的砍掉，增加綜合型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，并且把一些教師的企業(yè)工程作為選修型實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生緊跟技術(shù)前沿和企業(yè)需求。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中形成了新的實(shí)驗(yàn)授課方式，主要表達(dá)為清單式+團(tuán)隊(duì)式實(shí)驗(yàn)，即在進(jìn)展實(shí)驗(yàn)時(shí)，由小組組長(zhǎng)組織實(shí)驗(yàn)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)前把實(shí)驗(yàn)工程分解成實(shí)驗(yàn)清單，用來引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)清單中除了實(shí)驗(yàn)過程的引導(dǎo)外還包括了小組成員實(shí)驗(yàn)任務(wù)分工，并且完成實(shí)驗(yàn)后由組長(zhǎng)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師給每名同學(xué)一個(gè)參與實(shí)驗(yàn)的完成分。這樣，既訓(xùn)練了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)又能盡最大可能使每個(gè)學(xué)生都參與到實(shí)驗(yàn)中，防止了以前少數(shù)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，多數(shù)同學(xué)參觀的現(xiàn)象。

〔三〕實(shí)訓(xùn)〔Practice〕

進(jìn)展教學(xué)形式改革與探究前，在人才培養(yǎng)方案中，單獨(dú)安排兩周時(shí)間的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，一般安排在課程完成后的下一個(gè)學(xué)期。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于存在著這樣一個(gè)時(shí)間上的跨度，導(dǎo)致進(jìn)入實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)一些理論內(nèi)容已經(jīng)遺忘，還得花費(fèi)時(shí)間回憶。為此，基于TEPM-CDIO教學(xué)形式，在新版人才培養(yǎng)方案修訂中，課程與實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)展了整合，課程整體教學(xué)內(nèi)容包含1周時(shí)間的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，采用時(shí)間軸上不分割的"教學(xué)-實(shí)驗(yàn)-實(shí)訓(xùn)";教學(xué)方式。這種方案的施行，既節(jié)省了學(xué)時(shí)，又增加了理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)銜接的嚴(yán)密度，便于學(xué)生學(xué)練結(jié)合，理論理論互相印證，效果很好。

〔四〕大賽〔Match〕

在探究TEPM-CDIO教學(xué)形式過程中，發(fā)現(xiàn)有些同學(xué)學(xué)有余力，學(xué)完相關(guān)的知識(shí)后想在更大的舞臺(tái)上展示自己。因此，在學(xué)生素質(zhì)教育中配合機(jī)床電氣控制及PLC課程，嘗試設(shè)立了"大學(xué)生工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽";這樣的素質(zhì)教育大賽，創(chuàng)立了一個(gè)幫助每一名有志于工程領(lǐng)域的學(xué)生成長(zhǎng)為一名優(yōu)秀工程師的大賽平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)根底上，發(fā)揚(yáng)了學(xué)生創(chuàng)新精神，將所學(xué)用于工業(yè)自動(dòng)化工程，互相比拼，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)步了工程理論及應(yīng)用才能，實(shí)際效果很好。

三改革評(píng)價(jià)方式

在沒有進(jìn)展教學(xué)形式改革之前，課程的評(píng)價(jià)方式為期末考試卷面成績(jī)70%，平時(shí)成績(jī)30%：作業(yè)10%，出勤及表現(xiàn)10%，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)〔含報(bào)告〕10%。

基于CDIO理念，課程的教學(xué)評(píng)價(jià)過程不僅要求評(píng)價(jià)學(xué)多少，即掌握根本知識(shí)才能，更重要的是要評(píng)價(jià)學(xué)得怎么樣，即學(xué)生的工程應(yīng)用才能，學(xué)生的職業(yè)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能。

在TEPM-CDIO教學(xué)形式下課程考核評(píng)價(jià)主要采取過程考核方式，在課程完畢再進(jìn)展一個(gè)綜合考核，盡量降低了試卷考核比重。在理論中，采用過程考核50%，綜合實(shí)訓(xùn)50%方式。

學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過程中，每個(gè)工程完成的質(zhì)量情況是過程考核的重點(diǎn)。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)、仿真軟件的應(yīng)用，軟件程序的優(yōu)化、團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作、工程辯論的表現(xiàn)、技術(shù)文檔的撰寫，并不斷對(duì)上一個(gè)工程的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)展總結(jié)和改良。

學(xué)生用1周時(shí)間完成綜合實(shí)訓(xùn)考核，重點(diǎn)考察學(xué)生綜合理論才能。評(píng)價(jià)包括實(shí)訓(xùn)工程方案的選擇與實(shí)現(xiàn)，方案的仿真軟件設(shè)計(jì)，電路圖的繪制，并在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)根本原理演示。

四完畢語

在"機(jī)床電氣控制及PLC";課程理論中探究了TEPM-CDIO教學(xué)形式。課程以TEPM-CDIO教學(xué)形式施行，理論課引入仿真軟件輔助教學(xué)，學(xué)習(xí)過程中穿插清單式實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容包括實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，教學(xué)過程更加科學(xué)；把課程分解為貼近實(shí)際應(yīng)用的工程，工程應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)感更強(qiáng)；清單式實(shí)驗(yàn)形式，注重分析問題和團(tuán)隊(duì)才能的培養(yǎng)；嘗試建立了工業(yè)自動(dòng)化創(chuàng)新大賽大學(xué)生素質(zhì)教育平臺(tái)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)知識(shí)熱情；改革了課程評(píng)價(jià)，采用了過程考核+綜合實(shí)訓(xùn)考核方式。在課程中施行TEPM-CDIO教學(xué)形式，不僅穩(wěn)固了根底專業(yè)知識(shí)，更注重培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，如實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)手才能，實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)過程中的團(tuán)隊(duì)合作才能，理論效果很好。

參考文獻(xiàn)

【1】周美茹,沈春寶,等."教學(xué)做一體";的CDIO教學(xué)形式理論/