電氣控制與PLC課程教學與建設淺析

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摘要：根據工程教育專業認證的核心思想，堅持“以學生為中心”，以培養學生工程實踐能力為目標，從建立課程質量框架、構建實踐教學平臺、提升創新實踐能力三方面加強電氣控制與plc課程建設，重點從教學內容、教學策略、考核方式等方面深化課程教學改革。實踐證明，課程建設與教學改革的措施和方案有效激發了學生學習的積極性，提高了學生的工程實踐能力。

關鍵詞：工程教育；質量框架；實踐能力

西南科技大學自動化專業(2013年獲批教育部第三批卓越工程師教育培養計劃專業)于2019年順利通過工程教育專業認證。作為自動化專業的核心專業課程之一，電氣控制與PLC課程對工程教育專業認證標準中的培養目標、畢業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認證為契機，堅持“以學生為中心”，以培養學生工程實踐能力為目標，從建立課程質量框架、構建實踐教學平臺、提升創新實踐能力等方面進行了課程教學與建設的研究與實踐。

1“以學生為中心”建立課程質量框架

教學團隊根據工程教育專業認證要求，參考迪•芬克提出的以學為中心的綜合性課程設計方法，結合高質量課程的共性特征，建立了課程質量框架，包含課程目標、教學內容、教學策略、考核反饋、學習支持、學習成果六大質量要素[1]。首先根據課程預期學習成果確定課程目標，隨后根據課程目標設計教學內容、教學策略、考核反饋和學習支持等要素來支持課程目標的達成，最后通過學習成果來評價課程目標達成度。

1.1課程目標的設計

電氣控制與PLC應用是將繼電器-接觸器控制技術、計算機技術、自動控制技術及通信技術融為一體的新型工業技術，包括電氣控制技術、可編程控制器原理和應用兩大部分。該課程內容十分豐富，且知識面非常廣，有顯著的實踐性、應用性特征。因此，電氣控制與PLC課程對學生有著較高的要求，不僅需要學生掌握相關的理論知識，還必須具備工程實踐能力。根據自動化專業培養目標，面向工程教育專業認證，緊扣“以學生為中心、以產出為導向、持續改進”的理念，立足課程體系，我校將電氣控制與PLC課程的課程目標細化為四個。其中既包含了理論教學的知識目標，又涵蓋了實踐訓練的技能培養目標，著重培養學生的邏輯思維能力和工程實踐能力，同時提升自主學習能力和創新意識。

1.2教學內容的整合與更新

教學團隊結合課程現狀及問題分析，根據課程目標，構建模塊化教學內容體系，將課程內容分為電氣控制、PLC原理、PLC指令和PLC應用四大模塊。通過模塊教學實現對課程目標的優化與整合，并根據每一模塊的教學重點和難點，單獨劃分出小目標和小要求，從而使每一個部分的知識構成、能力要求都能明確、清晰，模塊與模塊之間的聯系也更加立體、便捷。這樣更有利于教師把握教學重點，在明確的目標之下更深入地挖掘教材，從而找到合適的教學方式[2]。與此同時，教學團隊注重教學內容的更新，不斷將新知識、新技術和新理論充實到理論教學；注重與企業的交流，及時把適合的科研成果、企業的工程和實踐經驗應用于實踐教學。根據梳理的教學內容體系，教師團隊以加強學生應用技術能力的培養為定位，編寫并出版了“十三五”國家重點出版物出版規劃項目《電氣控制與PLC應用技術》教材。

1.3教學策略的創新與探索

課堂教學與網絡教學相結合的混合式教學模式受到越來越廣泛的關注，已經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網與大數據背景下由清華大學和學堂在線共同推出的智慧教學工具。教學團隊以雨課堂為載體，將網絡教學與課堂教學有機融合，對多種教學資源進行優化組合，使得教學資源、教學情境、教學方法更好地服務于混合式教學的全過程，真正實現“以學生為主體、以教師為主導”的教學模式。理論和實驗課前，教師通過雨課堂把包含視頻、習題等資源的教學課件直接推送到學生的手機端；課上，教師可以進行隨機點名答題、測試等，學生若聽不懂某頁PPT的內容，可點擊該頁下面的“不懂”按鈕匿名報告；課后，教師根據統計數據及時掌握學生的學習情況(以課堂測試為例，其數據統計如圖1所示)，回復學生消息，還可以將作業、學習資料等推送給學生。基于雨課堂的混合式教學，真正實現了整個教學過程中的教與學的雙向互動。

1.4考核方式的改革

該課程原教學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和考勤為主，實驗成績以實驗報告為主。這種評價方式使學生在學習過程中更加注重結果，從而忽視了對能力的培養。為了提高培養目標達成度，教學團隊在考核方法上，對以往的考核方式進行調整，轉變“重視結果、輕視過程”的思想，實行形成性考核，即教學過程的考核包括期末測試、課堂測試、課后作業、實驗過程等內容[3]。平時成績側重考查學生的學習過程，占總成績的20%，以課堂測試、課后作業為主；實驗環節側重考查學生的自主學習、動手實踐、分析和解決問題等能力，占總成績的20%，從預習、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%；期末測試側重考查學生的實踐應用能力，占總成績的60%，全部為主觀性、綜合應用性題目。這種與過程評價相結合的多元化考核方式，重視學生的學習過程，能充分反映學生的學習效果。

1.5學習支持的豐富

教學團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、案例分析等學習資源，強化學生對課程的理解和貫通，鞏固所學專業知識，切實培養解決復雜工程問題的能力。另外，教學團隊利用實驗室資源、實驗技術項目、科研項目等為學生提供實踐平臺，提升學生的動手實踐能力。

2深化產學合作

構建實踐教學平臺我校以PLC技術為研究方向，與企業展開多渠道、多方式、多維度的產學合作或共建機制，構建實踐教學環境，共同開發有關的教學資源，提升教師的實踐教學水平。

2.1產學合作共建實驗室

我校PLC技術實驗室先后與多家企業建立了校企合作、產學研合作關系，共建校企實驗室和產學合作協同育人項目示范基地，積極探索培養學生綜合素質、創新創業與實踐能力的合作育人模式。通過共同開發課程實踐環境和有關教學資源，提升了教師的實踐教學水平，充分調動了學生的實操欲望，加強了實踐能力的培養，取得了較好的效果。

2.2開發教學模型

常規的PLC實驗裝備為黑箱操作，學生無法了解設備內部的硬件構成及連線。為了使學生“知其然知其所以然”，提高學習興趣，教學團隊借助實驗技術研究項目和校企聯合實驗室的資源，根據各個教學模型的控制要求，以海為PLC控制器為核心，開發了交通燈控制系統、搶答器控制系統、自動計件系統、車庫門自動開閉系統、銀行排隊叫號系統、單部四層電梯系統、高層住宅消防系統、城市照明控制系統等生活中常見的控制系統的教學模型，并用海為組態軟件HaiwellCloudSCADA實現了對各系統運行狀態的實時監控。

2.3開發交互實驗系統

PLC實驗裝置通常包括PLC設備和相關的實驗操作面板，其中實驗模塊由按鈕控制，由指示燈指示運行結果。實驗裝置無法體現系統的具體運行過程，缺乏直觀性，沒有圖形顯示功能，不夠人性化[4]。因此，教學團隊利用組態和PLC技術，設計了交互實驗系統。該系統通過人機交互界面完成對實物對象的控制，并實現對系統運行過程的全真模擬，使控制過程更加直觀、逼真，提高了實驗教學效果。

3以科技競賽為引領

提升創新實踐能力通過開放實驗室和建立西門子科技活動團隊等方式，加強研究創新實踐活動，提高學生工程實踐能力。學生每年在科技競賽中都能獲得多項國家級獎項，從事PLC技術崗位工作的畢業生也受到用人單位的普遍好評。

3.1開放實驗室

以實驗技術研究項目和科研項目的研究激發學生興趣，開放實驗室，充分利用實驗室資源，為有興趣的學生提供工作平臺，讓學生在動手實踐的過程中提高自主學習能力，鍛煉創新能力。

3.2建立西門子科技活動團隊

通過以項目研究引領、以創新競賽激勵等方式，加強研究和創新實踐活動的開展，進一步促進學生在實踐中自我學習，提升實踐能力和創新能力。多年來，學生主動參與項目研究和科技競賽已成為常態，以賽促教、以賽促訓、以賽促學、以賽促練，獲得了良好的育人效益。以“西門子杯”中國智能制造挑戰賽為例，近年來學生先后參加了挑戰賽所有賽項的比賽，在分賽區及全國總決賽上都取得了很好的成績。

4結語

目前，電氣控制與PLC課程的教學模式已經從常規的講授式教學轉變為混合式教學，并引入了工程教育專業認證的理念，保證了課程教學目標的達成[5]。課程改革四年多來，學生的學習興趣、自主學習能力、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秀教學成果三等獎。

參考文獻

[1]馮曉云,郝莉.探索構建以學生學習與發展為中心的課程質量體系[J].中國大學教學,2018(4):71-75.

[2]佘振軍.高職院校電氣控制與PLC技術課程教學改革的思考[J].輕工科技,2016(9):170-171.

[3]曹清明,周文化,林親錄,等.以培養目標達成度為導向的食品營養學課程設計[J].湖南科技學院學報,2017(7):35-36,75.

[4]劉尹霞,訾貴昌,邵淑華.MCGS組態軟件為平臺的虛擬實驗教學改革[J].大眾科技,2010(7):31-32.

[5]方貴盛,王紅梅,戴曦.工程教育認證背景下《電氣控制與PLC》課程理實一體化教學模式探索[J].浙江水利水電學院學報,2020(5):83-88.

作者:張春峰 武麗 姜官武 單位:西南科技大學信息工程學院