基于“项目式+工具链”的课程教学改革探索与实践

［摘 要］ 学习成果既是教学的起点，也是学生能力达成的终点。OBE理念中的“产出导向”在教学过程中如何贯彻落实，关系到学生学习成果的达成度。以“电气控制与可编程控制器”课程为例，通过构建“课内+课外”项目群及工具链体系，以能力输出为目标，以项目式驱动为主线，以工具链横向贯穿辅助，采用翻转课堂、小组讨论、测试练习、课内实验等教学模式，实现学生“学中做”“做中学”的有机统一。实践证明该模式能够提升学生对所学知识的理解能力、综合应用能力、解决实际工程问题的能力及终身学习能力等，为学生知识输出的能力培养提供了保障。

［关键词］ 产出导向；项目式驱动；工具链；教学模式

［基金项目］ 2021年度西安航空学院校级教学改革项目“基于OBE+CDIO的项目式学习活动设计及评价体系研究”（2021GJ1008）

［作者简介］ 逯九利（1979—），女，河南濮阳人，博士，西安航空学院电子工程学院研究员级高级工程师，主要从事测控技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）10-0149-04 ［收稿日期］ 2023-01-30

引言

近年来，为提高应用型本科院校电类专业人才培养质量，适应社会需求并与国际化教育理念接轨，许多高校纷纷引入OBE教育理念，旨在以学生学习产出为目标，对整个教学过程进行培养模式及课程体系的创新与改革［1-2］。在整个培养体系中，如何通过课程内容、教学方式改革促进学生实践能力和专业素质的提高，是工程教育认证能否贯彻执行的关键一环，也是能否实现学生将知识内化吸收并高效输出的重要一环。因此，各高校在课程教学改革创新方面进行了积极探索和实践。

“电气控制与可编程控制器”课程是一门实践性、应用性较强的专业课，对学生的操作能力、工程应用能力、终身学习能力等要求较高，在众多课程改革研究中，主要依据CDIO和OBE教学理念，以“项目式驱动”为主线，通过学生练习、翻转课堂、案例教学、小组竞赛、互助学习等方式［3-7］进行课程内容及教学方式的创新和实践。本文在现有项目案例的基础上，通过构建“课内+课外”项目群及工具链体系，以工程能力培养为目标，以项目实施为主线，以工具链为辅助手段，通过学生在学中做、做中学，完成解决复杂工程问题的能力、项目管理能力、团队协作能力等各项能力的培养，为培养适应社会发展需求的应用型人才奠定基础。

一、“电气控制与可编程控制器”课程现状

（一）课程简介

“电气控制与可编程控制器”是我校测控技术与仪器专业的一门基础类课程。主要内容包括：常用低压电器、典型电气控制电路、PLC基本编程基础、基本指令、梯形图设计方法、功能指令和PLC的设计应用等。通过学习，学生具有应用电气控制的基本理论知识，合理选取主要控制电器进行电气控制线路分析及设计的能力；能够运用可编程控制器的基本理论、基本逻辑指令、功能指令等，采用经验法及顺序控制法完成逻辑控制系统的程序设计及应用调试。

（二）课程教学现状

在课程教学实施过程中，尽管在教学大纲及教学设计中融入了一些OBE教学理念，强调学生中心、产出导向和持续改进，但在教学方式上主要以讲授+案例+随堂练习+实验的形式展开，在项目式驱动、工具掌握等方面的展开程度并不充分，导致学生在知识输出、综合应用及解决复杂工程问题能力提升等方面没有达到预期效果，教学方式对课程目标达成度的支撑度不足，存在的问题见表1。

由表1可知，目前的教学模式距工程教育专业认证理念下的课程要求还有一定的距离，存在“说”和“做”、“要求”和“执行”“两张皮”的现象，而对于实践性要求较高的课程而言，坚持理论与实践相结合、“学”与“做”相统一的知行合一的模式是其中的解决措施之一。因此，本文从“项目式驱动”和“工具链辅助”两个维度出发，对“电气控制与可编程控制器”课程进行教学模式改革，从而提升学生的工程综合应用能力，促进OBE理念的有效落实。

二、“电气控制与可编程控制器”课程教学改革措施

（一）“课内小项目+课外综合项目”的项目式教学设计

针对教学中学生知识内化输出时间较少的问题，在教学过程中，将教学内容重新进行课时分配，对于概念性知识、基础知识等，通过课外推送的方式让学生自主学习；对于重点、难点、方法论等方面的知识进行重点讲解，并通过让学生独立完成多个项目的设计及实现，不断加强学生对知识的理解和灵活应用，达到举一反三的效果。同时，为加强学生的科研思维、工程思维及解决复杂工程问题的能力，课外布置综合性应用训练项目，引导学生步步实现项目，让学生的学习更加接近企业的需求，为学生后续就业或继续深造奠定一定的基础。通过课内课外的项目驱动，提升学生学习、思维、创新、团队协作、沟通等方面的能力。以项目式驱动的课内课外项目设计见图1。

课内项目以“容易+中等”难度的项目为主，主要培养学生对本章节知识点的熟练掌握程度及举一反三的能力，以“个人”为单位完成，通过随堂练习、课后推送、课内实验等方式渗透至教学过程中；课外项目为综合性项目，并结合企业实际项目功能需求，难度较高，以“小组”为单位完成，主要培养学生的团队协作、沟通、创新思维、知识迁移及综合应用等能力，依托CDIO理念，在课前、课中和课后进行分阶段连续性实施，以总结报告和小组汇报作为考核评价依据。

（二）“理论+仿真+实物”的一体化工具链辅助的教学模式

“工欲善其事，必先利其器”，对于实践性较强的“电气控制与可编程控制器”课程而言，为更好地辅助学生自主学习及知识输出，构建了“理论+仿真+实物”的一体化工具链辅助体系，为学生的有效学习提供支撑。其中电气控制部分借助电工技能培训平台、电工仿真教学软件、CADe SIMU仿真软件等，构成了以“部件知识—系统设计—仿真验证”为链条的电气控制学习系统，为电器器件结构原理、电器控制线路原理及设计等方面提供了有力手段和途径；PLC控制部分借助PLC S7-200编程软件STEP 7-MicroWIN及其仿真软件、S7-200 SMART PLC的编程软件STEP 7-Micro/WIN SMART、CPU模块及相关硬件等，构成了以“多型号编程环境+仿真/实物验证”为链条的工具链辅助的PLC程序验证系统。通过学习系统及验证系统的实施，为学生电气控制线路设计能力及PLC软件编程能力的提升奠定了坚实的基础。

三、评价与考核

课程考核由过程性考核和终结性考核两部分组成，总成绩为100分，过程性考核占30%，终结性考核占70%。过程性考核由平时成绩和项目考核成绩组成，终结性考核由期末考试成绩来确定。

图2为两个学期测控技术专业的成绩分布。由图2可知，第二学期较第一学期在最低分和平均分方面均有所提高，表明“项目式驱动+工具链辅助”的教学模式比较适合学生的学习习惯，学生对知识的内化吸收和能力产出有所提升。

结语

本项目依据工程教育专业认证要求，在归纳梳理现有课程教学中的问题及不足的基础上，以“电气控制与可编程控制器”课程为例，通过“课内课外项目式驱动”教学设计+“理论+仿真+实物”一体化的工具链辅助教学模式的优化，促进“产出导向、以学生为中心、持续改进”的OBE教育理念的有效落地。通过一个学期的教学实践反馈，表明该方法能够提升学生自主学习、知识产出、沟通协作等方面的能力，为其他课程改革提供了理论依据和支撑。

参考文献

［1］唐永锋，杨玉东，季仁东.电类专业应用型工程技术人才培养模式创新实践［J］.教育教学论坛，2019（48）：155-157.

［2］邓鹏.应用型本科院校电类专业创新型人才培养实践教学体系研究［J］.轻工科技，2021，37（8）：186-187+198.

［3］杨新宇，李大喜，邵思羽，等.基于混合式教学模式的电气控制及PLC课程教学改革［J］.高教学刊，2022，8（4）：132-135.

［4］王晓燕，杨富龙.“电气控制与PLC”课程教学改革研究［J］.工业和信息化教育，2022（1）：70-75.

［5］王双园，白国振.电气控制与PLC课程教学实践改革研究［J］.教育教学论坛，2019（44）：95-96.

［6］鲍官培，何梓良，乔印虎，等.基于应用型人才培养的电气控制技术与PLC教学研究与改革［J］.中国现代教育装备，2022（17）：134-136.

［7］林立松，王建祥.基于OBE-CDIO的《电气控制与PLC》课程项目化在线混合教学研究与实践［J］.山东农业工程学院学报，2022，39（6）：32-37.

Exploration and Practice of Curriculum Teaching Reform based on “Project-based+Tool Chain”

LU Jiu-li， HE Hong

（College of Electronic Engineering， Xi’an Aeronautical Institute， Xi’an， Shaanxi 710077， China）

Abstract： Learning outcomes are both the starting point of teaching and the end point of students’ ability. How to implement the “output orientation” in the OBE concept in the teaching process is related to the achievement of students’ learning outcomes. Taking the course of Electrical Control and Programmable Controller as an example， this paper aims to achieve the organic unity of students’ “doing in learning” and “learning by doing” by building “in-class+extracurricular” project group and tool chain system， taking ability output as the goal， project-driven as the main line， and horizontal implementation of the tool chain through flipped classroom， group discussion， test exercises， in-class experiments and other teaching modes. Practice has proved that this model can improve students’ ability to understand the knowledge they have learned， comprehensive application ability， ability to solve practical engineering problems and lifelong learning ability， and provide guarantee for the cultivation of students’ ability of “knowledge output”.

Key words： output orientation; project-driven; tool chain; teaching model