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摘要：针对应用型本科“机床电气控制及PLC”课程教学过程中存在的问题，本文提出TEPM-CDIO教学模式。为培养应用型本科人才，提高学生实际动手能力，激发学有余力学生的学习兴趣，从理论打基础、实验做巩固、实训提技能和大赛搭平台四方面探讨了TEPM-CDIO理念的实施过程，实施后取得良好教学成效。
关键词：TEPM-CDIO教学模式；机床电气控制及PLC课程；应用型本科人才
本文引用格式：王立新，等.CDIO理念驱动下应用型本科“机床电气控制及PLC”课程教学模式改革与实践[J].教育现代化,2020,7(35):63-65.
The Teaching Reform and Practice of"Machine Tool Electrical Control and PLC"Course for Application-oriented Undergraduation Based on The CDIO Notion
WANG Li-xin,LI Hai-zhen,CHEN Huan-lin
(School of Mechanical Engineering,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin Heilongjiang)
Abstract:The TEMP-CDIO teaching mode was put forward in this paper,in view of the problems existing in the teaching process of“machine tool electrical control and PLC”course for application-oriented undergraduation.In order to cultivate application-oriented undergraduate talents,improve students’practical ability and stimulate students’interest in learning,the implementation processes of TEMP-CDIO notion were discussed from four aspects.First,the theory foundation of the course was lain.Second,the key knowledge of the course was consolidated through doing experiments.Third,skills were improved through practical training.The last,the competition platform was built.After implementation,good teaching results have been achieved.
Key words:TEPM-CDIO teaching mode;Machine Tool Electrical Control and PLC course;Application-oriented undergraduate talents
一 引言
“机床电气控制及PLC”是机械电子工程专业一门非常重要的专业基础课，该门课程学生掌握得是否扎实对于后续的毕业设计，乃至毕业后的就业影响很大。但是该课程实际上是包括两门课程内容，“现代电气控制”和“可编程控制器控制技术”，造成课程理论教学内容较多，与之配合的实践环节不足，因此，教与学都不免遇到很大的困难。在没有进行课程模式改革与探索之前，课程的教学模式为传统教学模式，即为授课教师按照课程教学大纲完成理论教学，留一定比例的作业，安排实验课，最后集中统一考试。这样一来就导致教师教学安排僵化，纯理论的教学讲起来枯燥乏味，学生的学习反馈过程是被动式的，造成的后果就是学生兴趣寥寥，并且对课程理论基础理解不到位，而学有余力的学生又认为内容不够深入没有在学习成绩中体现出差异性，尤其是对于应用型本科学生，直接导致了其应用能力的不足，并极大地挫伤了学生的学习积极性，而且这种现状也与本校培养大工程大实践应用型本科人才的培养理念不相适应。
纵览国际工程教育改革的一些成果，CDIO工程教育模式是较为先进的，四种核心要素构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）,从生产实际出发，重视产品从研发到产品运行的整个周期，让学生以主动式、体验式参与课程学习，构建实践和课程之间有机联系的方式学习工程[1]。CDIO模式与教学实践相结合，主要采用“做中学”和“基于项目的教育和学习”（Project based education and learning简称PBL）的教育教学方法，是这两种方法的集中概括和抽象表达[2]。在文献[3,4]中，探讨了以“教师为主导，学生为主体，项目为载体”的教学模式，但对于后续如何有效激发学生在学习热情方面缺乏措施。在文献[5-8]中，对CDIO理念和“电气控制技术与PLC”课程教学模式改革相结合的方式，进行了各种探索，产生一些可供借鉴的积极成果。
二 教学模式的改革与探索
在教学模式改革之前，理论、实验和实训教学三种教学过程产生时空的割裂，不连贯，课堂理论教学与学生实践应用之间不能有机结合，造成的后果就是学完机床电气控制及PLC专业课但不会应用，且缺乏学习兴趣等问题，在CDIO理念驱动下并结合本校建设应用型本科人才的培养目标，在教学实践中对“机床电气控制及PLC”课程教学模式进行了改革与实践尝试，探索中采用TEPM-CDIO教学模式，即理论（Theory）、实验（Experiment）、实训（Practice）和大赛（Match）四个方面与CDIO理念相结合，引入课程，使学生学理论-做实验-做实训-参加比赛，构成一个紧密的“顺序控制”过程，提高学生掌握机床电气控制及PLC的实际动手能力，从而探索一种适应应用型本科的课程教学模式，满足应用型和创新型人才培养的现实情况，具有重要的现实意义。课程教学模式如图1所示。
（一）理论（Theory）
在理论教学中，从以前理论教学按教材章节按部就班进行讲解的方式，转向融入CDIO理念的启发式教学，着眼点放在实行基于仿真软件的项目法教学与课程知识体系结构相互融合，注重培养学生的逻辑思维、主观能动性，激发学习兴趣。在教学实践中，首先，进行知识体系梳理与归纳，形成贴近应用实际的教学项目；其次，辅助与现代仿真软件CADe_SIMU和西门子S7-200仿真软件；最后，对学生在完成项目中遇到的典型问题进行有针对性指导，并让学生总结出自己的不足之处。理论教学过程如图2所示。
随着计算机软件的开发，使得基于仿真软件的项目式教学成为理想的教学方法，合理应用仿真软件可以摆脱实际应用场地和硬件条件的束缚，仿真程序更改变换方便、可以直观地看到效果，不需要动用实物，并且安全可靠，贴近实际的仿真演示更能提高关注度。其次教学效果好，可以利用多媒体教室这个教学媒体，通过仿真软件仿真实际工作场景，学生通过屏幕可以直观地看到仿真过程和结果，实践中发现比在真实的实验环境演示效果还要好，通过直观观看，加上教师的讲解和仿真，这样就学生易于掌握所学的知识。基于仿真软件的教学实施项目如表1所示。
在实践中，基于CDIO理念着重培养学生的团队合作精神。在课堂教学中把学生分成若干小组，每个小组设立组长一名，由组长领导组员在教师的引导下使学生主动参与每个教学项目的完成。学生完成基本知识，基本理论，基本技能的积累。
（二）实验（Experiment）
在CDIO理念驱动下，教学实践中，对课程涉及的实验教学内容重新组织，经过试验教师和理论教师的深入研讨，在不改变课程实验总学时要求的前提下，对验证型和演示型实验进行大刀阔斧的砍掉，增加综合型和设计型实验，并且把一些教师的企业项目作为选修型实验，能够让学生紧跟技术前沿和企业需求。
在实验教学过程中形成了新的实验授课方式，主要体现为清单式+团队式实验，即在进行实验时，由小组组长组织实验，同时实验前把实验项目分解成实验清单，用来引导学生完成实验。实验清单中除了实验过程的引导外还包括了小组成员实验任务分工，并且完成实验后由组长和实验指导教师给每名同学一个参与实验的完成分。这样，既训练了学生的团队意识又能尽最大可能使每个学生都参与到实验中，避免了以前少数学生参与实验，多数同学参观的现象。
（三）实训（Practice）
进行教学模式改革与探索前，在人才培养方案中，单独安排两周时间的实训教学环节，一般安排在课程完成后的下一个学期。在实际教学中发现，由于存在着这样一个时间上的跨度，导致进入实训环节发现很多同学一些理论内容已经遗忘，还得花费时间回顾。为此，基于TEPM-CDIO教学模式，在新版人才培养方案修订中，课程与实训课程进行了整合，课程整体教学内容包含1周时间的实训环节，采用时间轴上不分割的“教学-实验-实训”教学方式。这种方案的实施，既节省了学时，又增加了理论学习与实验实训环节衔接的紧密度，便于学生学练结合，理论实践相互印证，效果很好。
（四）大赛（Match）
在探索TEPM-CDIO教学模式过程中，发现有些同学学有余力，学完相关的知识后想在更大的舞台上展示自己。因此，在学生素质教育中配合机床电气控制及PLC课程，尝试设立了“大学生工业自动化挑战赛”这样的素质教育大赛，创建了一个帮助每一名有志于工程领域的学生成长为一名优秀工程师的大赛平台，在这个平台基础上，发扬了学生创新精神，将所学用于工业自动化项目，互相比拼，激发了学习热情，提高了工程实践及应用能力，实际效果很好。
三 改革评价方式
在没有进行教学模式改革之前，课程的评价方式为期末考试卷面成绩70%，平时成绩30%：作业10%，出勤及表现10%，课内实验（含报告）10%。
基于CDIO理念，课程的教学评价过程不仅要求评价学多少，即掌握基本知识能力，更重要的是要评价学得怎么样，即学生的工程应用能力，学生的职业意识和团队协作能力。
在TEPM-CDIO教学模式下课程考核评价主要采取过程考核方式，在课程结束再进行一个综合考核，尽量降低了试卷考核比重。在实践中，采用过程考核50%，综合实训50%方式。
学生在平时学习过程中，每个项目完成的质量情况是过程考核的重点。评价内容包括硬件电路的规范、仿真软件的应用，软件程序的优化、团队成员的协作、项目答辩的表现、技术文档的撰写，并不断对上一个项目的优缺点进行总结和改进。
学生用1周时间完成综合实训考核，重点考察学生综合实践能力。评价包括实训项目方案的选择与实现，方案的仿真软件设计，电路图的绘制，并在实验室中实现基本原理演示。
四结束语
在“机床电气控制及PLC”课程实践中探索了TEPM-CDIO教学模式。课程以TEPM-CDIO教学模式实施，理论课引入仿真软件辅助教学，学习过程中穿插清单式实验，教学内容包括实训环节，教学过程更加科学；把课程分解为贴近实际应用的项目，工程应用的现场感更强；清单式实验模式，注重分析问题和团队能力的培养；尝试建立了工业自动化创新大赛大学生素质教育平台，激发了学生的学习知识热情；改革了课程评价，采用了过程考核+综合实训考核方式。在课程中实施TEPM-CDIO教学模式，不仅巩固了基础专业知识，更注重培养了学生的综合素质，如实训现场的动手能力，实验和实训过程中的团队合作能力，实践效果很好。
参考文献
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[8]王頔,于江涛,等.基于CDIO理念的电气控制技术与PLC课程教学模式研究[J].西部素质教育,2016,2(19):54-55.
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