電氣控制與PLC課程教學(xué)與建設(shè)淺析
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摘要：根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心思想，堅持“以學(xué)生為中心”，以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力為目標(biāo)，從建立課程質(zhì)量框架、構(gòu)建實踐教學(xué)平臺、提升創(chuàng)新實踐能力三方面加強(qiáng)電氣控制與plc課程建設(shè)，重點從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、考核方式等方面深化課程教學(xué)改革。實踐證明，課程建設(shè)與教學(xué)改革的措施和方案有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的工程實踐能力。
關(guān)鍵詞：工程教育；質(zhì)量框架；實踐能力
西南科技大學(xué)自動化專業(yè)(2013年獲批教育部第三批卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè))于2019年順利通過工程教育專業(yè)認(rèn)證。作為自動化專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，電氣控制與PLC課程對工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求以及課程體系等都具有非常重要的支撐作用。該課程以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，堅持“以學(xué)生為中心”，以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力為目標(biāo)，從建立課程質(zhì)量框架、構(gòu)建實踐教學(xué)平臺、提升創(chuàng)新實踐能力等方面進(jìn)行了課程教學(xué)與建設(shè)的研究與實踐。
1“以學(xué)生為中心”建立課程質(zhì)量框架
教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，參考迪•芬克提出的以學(xué)為中心的綜合性課程設(shè)計方法，結(jié)合高質(zhì)量課程的共性特征，建立了課程質(zhì)量框架，包含課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、考核反饋、學(xué)習(xí)支持、學(xué)習(xí)成果六大質(zhì)量要素[1]。首先根據(jù)課程預(yù)期學(xué)習(xí)成果確定課程目標(biāo)，隨后根據(jù)課程目標(biāo)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、考核反饋和學(xué)習(xí)支持等要素來支持課程目標(biāo)的達(dá)成，最后通過學(xué)習(xí)成果來評價課程目標(biāo)達(dá)成度。
1.1課程目標(biāo)的設(shè)計
電氣控制與PLC應(yīng)用是將繼電器-接觸器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)技術(shù)，包括電氣控制技術(shù)、可編程控制器原理和應(yīng)用兩大部分。該課程內(nèi)容十分豐富，且知識面非常廣，有顯著的實踐性、應(yīng)用性特征。因此，電氣控制與PLC課程對學(xué)生有著較高的要求，不僅需要學(xué)生掌握相關(guān)的理論知識，還必須具備工程實踐能力。根據(jù)自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證，緊扣“以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，立足課程體系，我校將電氣控制與PLC課程的課程目標(biāo)細(xì)化為四個。其中既包含了理論教學(xué)的知識目標(biāo)，又涵蓋了實踐訓(xùn)練的技能培養(yǎng)目標(biāo)，著重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和工程實踐能力，同時提升自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識。
1.2教學(xué)內(nèi)容的整合與更新
教學(xué)團(tuán)隊結(jié)合課程現(xiàn)狀及問題分析，根據(jù)課程目標(biāo)，構(gòu)建模塊化教學(xué)內(nèi)容體系，將課程內(nèi)容分為電氣控制、PLC原理、PLC指令和PLC應(yīng)用四大模塊。通過模塊教學(xué)實現(xiàn)對課程目標(biāo)的優(yōu)化與整合，并根據(jù)每一模塊的教學(xué)重點和難點，單獨劃分出小目標(biāo)和小要求，從而使每一個部分的知識構(gòu)成、能力要求都能明確、清晰，模塊與模塊之間的聯(lián)系也更加立體、便捷。這樣更有利于教師把握教學(xué)重點，在明確的目標(biāo)之下更深入地挖掘教材，從而找到合適的教學(xué)方式[2]。與此同時，教學(xué)團(tuán)隊注重教學(xué)內(nèi)容的更新，不斷將新知識、新技術(shù)和新理論充實到理論教學(xué)；注重與企業(yè)的交流，及時把適合的科研成果、企業(yè)的工程和實踐經(jīng)驗應(yīng)用于實踐教學(xué)。根據(jù)梳理的教學(xué)內(nèi)容體系，教師團(tuán)隊以加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用技術(shù)能力的培養(yǎng)為定位，編寫并出版了“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目《電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)》教材。
1.3教學(xué)策略的創(chuàng)新與探索
課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式受到越來越廣泛的關(guān)注，已經(jīng)成為高等教育信息化背景下課程改革的必然方向。雨課堂是在移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下由清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出的智慧教學(xué)工具。教學(xué)團(tuán)隊以雨課堂為載體，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與課堂教學(xué)有機(jī)融合，對多種教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化組合，使得教學(xué)資源、教學(xué)情境、教學(xué)方法更好地服務(wù)于混合式教學(xué)的全過程，真正實現(xiàn)“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式。理論和實驗課前，教師通過雨課堂把包含視頻、習(xí)題等資源的教學(xué)課件直接推送到學(xué)生的手機(jī)端；課上，教師可以進(jìn)行隨機(jī)點名答題、測試等，學(xué)生若聽不懂某頁PPT的內(nèi)容，可點擊該頁下面的“不懂”按鈕匿名報告；課后，教師根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況(以課堂測試為例，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖1所示)，回復(fù)學(xué)生消息，還可以將作業(yè)、學(xué)習(xí)資料等推送給學(xué)生?；谟暾n堂的混合式教學(xué)，真正實現(xiàn)了整個教學(xué)過程中的教與學(xué)的雙向互動。
1.4考核方式的改革
該課程原教學(xué)考核方式是平時成績10%、實驗成績20%、期末成績70%，其中平時成績以作業(yè)和考勤為主，實驗成績以實驗報告為主。這種評價方式使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更加注重結(jié)果，從而忽視了對能力的培養(yǎng)。為了提高培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度，教學(xué)團(tuán)隊在考核方法上，對以往的考核方式進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)變“重視結(jié)果、輕視過程”的思想，實行形成性考核，即教學(xué)過程的考核包括期末測試、課堂測試、課后作業(yè)、實驗過程等內(nèi)容[3]。平時成績側(cè)重考查學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，占總成績的20%，以課堂測試、課后作業(yè)為主；實驗環(huán)節(jié)側(cè)重考查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、動手實踐、分析和解決問題等能力，占總成績的20%，從預(yù)習(xí)、過程、報告三方面綜合評定成績，其中過程成績占實驗成績的60%；期末測試側(cè)重考查學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，占總成績的60%，全部為主觀性、綜合應(yīng)用性題目。這種與過程評價相結(jié)合的多元化考核方式，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
1.5學(xué)習(xí)支持的豐富
教學(xué)團(tuán)隊不斷更新和完善課程資源，比如在雨課堂中增加課程視頻、實驗指導(dǎo)、案例分析等學(xué)習(xí)資源，強(qiáng)化學(xué)生對課程的理解和貫通，鞏固所學(xué)專業(yè)知識，切實培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力。另外，教學(xué)團(tuán)隊利用實驗室資源、實驗技術(shù)項目、科研項目等為學(xué)生提供實踐平臺，提升學(xué)生的動手實踐能力。
2深化產(chǎn)學(xué)合作
構(gòu)建實踐教學(xué)平臺我校以PLC技術(shù)為研究方向，與企業(yè)展開多渠道、多方式、多維度的產(chǎn)學(xué)合作或共建機(jī)制，構(gòu)建實踐教學(xué)環(huán)境，共同開發(fā)有關(guān)的教學(xué)資源，提升教師的實踐教學(xué)水平。
2.1產(chǎn)學(xué)合作共建實驗室
我校PLC技術(shù)實驗室先后與多家企業(yè)建立了校企合作、產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，共建校企實驗室和產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目示范基地，積極探索培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與實踐能力的合作育人模式。通過共同開發(fā)課程實踐環(huán)境和有關(guān)教學(xué)資源，提升了教師的實踐教學(xué)水平，充分調(diào)動了學(xué)生的實操欲望，加強(qiáng)了實踐能力的培養(yǎng)，取得了較好的效果。
2.2開發(fā)教學(xué)模型
常規(guī)的PLC實驗裝備為黑箱操作，學(xué)生無法了解設(shè)備內(nèi)部的硬件構(gòu)成及連線。為了使學(xué)生“知其然知其所以然”，提高學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)團(tuán)隊借助實驗技術(shù)研究項目和校企聯(lián)合實驗室的資源，根據(jù)各個教學(xué)模型的控制要求，以海為PLC控制器為核心，開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng)、搶答器控制系統(tǒng)、自動計件系統(tǒng)、車庫門自動開閉系統(tǒng)、銀行排隊叫號系統(tǒng)、單部四層電梯系統(tǒng)、高層住宅消防系統(tǒng)、城市照明控制系統(tǒng)等生活中常見的控制系統(tǒng)的教學(xué)模型，并用海為組態(tài)軟件HaiwellCloudSCADA實現(xiàn)了對各系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。
2.3開發(fā)交互實驗系統(tǒng)
PLC實驗裝置通常包括PLC設(shè)備和相關(guān)的實驗操作面板，其中實驗?zāi)K由按鈕控制，由指示燈指示運行結(jié)果。實驗裝置無法體現(xiàn)系統(tǒng)的具體運行過程，缺乏直觀性，沒有圖形顯示功能，不夠人性化[4]。因此，教學(xué)團(tuán)隊利用組態(tài)和PLC技術(shù)，設(shè)計了交互實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過人機(jī)交互界面完成對實物對象的控制，并實現(xiàn)對系統(tǒng)運行過程的全真模擬，使控制過程更加直觀、逼真，提高了實驗教學(xué)效果。
3以科技競賽為引領(lǐng)
提升創(chuàng)新實踐能力通過開放實驗室和建立西門子科技活動團(tuán)隊等方式，加強(qiáng)研究創(chuàng)新實踐活動，提高學(xué)生工程實踐能力。學(xué)生每年在科技競賽中都能獲得多項國家級獎項，從事PLC技術(shù)崗位工作的畢業(yè)生也受到用人單位的普遍好評。
3.1開放實驗室
以實驗技術(shù)研究項目和科研項目的研究激發(fā)學(xué)生興趣，開放實驗室，充分利用實驗室資源，為有興趣的學(xué)生提供工作平臺，讓學(xué)生在動手實踐的過程中提高自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉創(chuàng)新能力。
3.2建立西門子科技活動團(tuán)隊
通過以項目研究引領(lǐng)、以創(chuàng)新競賽激勵等方式，加強(qiáng)研究和創(chuàng)新實踐活動的開展，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生在實踐中自我學(xué)習(xí)，提升實踐能力和創(chuàng)新能力。多年來，學(xué)生主動參與項目研究和科技競賽已成為常態(tài)，以賽促教、以賽促訓(xùn)、以賽促學(xué)、以賽促練，獲得了良好的育人效益。以“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽為例，近年來學(xué)生先后參加了挑戰(zhàn)賽所有賽項的比賽，在分賽區(qū)及全國總決賽上都取得了很好的成績。
4結(jié)語
目前，電氣控制與PLC課程的教學(xué)模式已經(jīng)從常規(guī)的講授式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌鲜浇虒W(xué)，并引入了工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念，保證了課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成[5]。課程改革四年多來，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力等都得到了明顯提升，該課程的研究成果榮獲第六屆校級優(yōu)秀教學(xué)成果三等獎。
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作者:張春峰 武麗 姜官武 單位:西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院