劉星平

(湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

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“PLC原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)改革探討

劉星平

(湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求以培養(yǎng)高水平、具有創(chuàng)新精神的工程師為目標(biāo)，這就要更加注重以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，充分利用多種現(xiàn)代教學(xué)手段及教育資源，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性、獨立性。為此以我校電類專業(yè)的PLC原理與應(yīng)用課程的教學(xué)改革實踐為例，首先分析傳統(tǒng)教學(xué)方法及其局限性，研究了課程體系和教學(xué)內(nèi)容，然后討論教和學(xué)的關(guān)系，提出了基于“探究”的項目案例式教學(xué)法，并闡明了該教學(xué)法的基本特征、以及對教師的要求，為參與高校教師在卓越計劃的專業(yè)課程的教學(xué)實踐提供參考。

探究式教學(xué)；項目案例；教學(xué)組織；教學(xué)方式

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃” (簡稱“卓越計劃”)要求以培養(yǎng)高水平、具有創(chuàng)新精神的工程師為目標(biāo)，這就要求高校的教學(xué)要更加注重以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，[1]卓越人才培養(yǎng)的課堂教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)都要有別于以往常規(guī)的教學(xué)實踐，要充分利用多種教育資源和教學(xué)手段，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性、獨立性。不僅要認(rèn)真研究課程體系和教學(xué)內(nèi)容，而且要研究、設(shè)計和采用有利于學(xué)生全面發(fā)展和保證學(xué)校培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)的教學(xué)組織形式和教學(xué)方法。[2]

2010年7月，胡錦濤在全國教育工作會議上強調(diào)，要創(chuàng)新教育教學(xué)方法，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生好奇心，發(fā)揮學(xué)生主動精神，鼓勵學(xué)生進行創(chuàng)造性思維，改變單純灌輸式的教育方法。將學(xué)生置于教育教學(xué)系統(tǒng)的核心是西方發(fā)達國家政府高等教育改革的方向。[3]

問題探究式和項目案例式的教學(xué)組織和教學(xué)方法是一種遵從學(xué)習(xí)者能力培養(yǎng)規(guī)律，與綜合素質(zhì)形成邏輯相一致的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，我校電類專業(yè)的PLC原理與應(yīng)用課程是電氣工程及自動化、自動化兩個卓越計劃專業(yè)的專業(yè)課程，在“PLC原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)中，采用理論和實踐密切結(jié)合的方法，并且將項目和問題提前交代給學(xué)生，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，同時，實驗和項目設(shè)計難度逐步提高，啟發(fā)學(xué)生主動思考，將實踐的主動權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生自主設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，采用自主創(chuàng)新競賽的形式增強學(xué)生的成就感。

一 傳統(tǒng)教學(xué)方法及其局限性

多年來，我國大多數(shù)學(xué)校的教學(xué)管理者和教師習(xí)慣了“以課堂為中心、以教師為中心、以教材為中心”的教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)缺乏自主性、交互性和探究性。極大地束縛了學(xué)校教育對學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

在這種模式中，主要的教學(xué)手段和方法是講解、板書和多媒體。認(rèn)為教師講、學(xué)生聽就能將知識灌輸和傳承給學(xué)生，教師施教和傳輸知識是主動行為；學(xué)生接受知識是被動的；教師利用多媒體教學(xué)工具向?qū)W生灌輸教材的內(nèi)容。該模式雖然到現(xiàn)在還有存在的價值，但是隨著時代的變遷，知識經(jīng)濟和信息技術(shù)的發(fā)展和進步，這種教學(xué)模式出現(xiàn)的問題越來越明顯，其主要表現(xiàn)在：(1)在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性未能得到充分體現(xiàn)。教師是課程里“知識”的主宰者，因為大大小小的知識點全由教師掌控。學(xué)生成為機械式的被動接受者。(2)傳統(tǒng)課程教學(xué)基本上是強制式和灌輸式的，[4]大多數(shù)學(xué)生是靠死記硬背而學(xué)到了一些“知識”，沒有能真正領(lǐng)悟好、理解好，限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展空間。由此造成了學(xué)生被動接受知識而拋棄主動思考的習(xí)慣。這樣的教學(xué)模式就根本不能適合當(dāng)前高科技迅速發(fā)展所提出的新要求。

造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，其中一些學(xué)校重科研輕教學(xué)是主要原因之一，在過分注重經(jīng)濟利益的氛圍下，這種導(dǎo)向會更加挫傷一線教師的教學(xué)熱情和積極性，不愿投入較多的時間、精力用在細(xì)致而繁瑣的教學(xué)過程中，更不愿進行教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新。

二 教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是師生在教學(xué)活動中采用的方法, 包括教師教的方法和學(xué)生學(xué)的方法, 教學(xué)是教與學(xué)的統(tǒng)一，教為學(xué)而存在，學(xué)又要靠教來引導(dǎo)，所以“教”和“學(xué)”是相輔相成的，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要教師的引導(dǎo)，教師課內(nèi)講授需要與學(xué)生的課外實踐、課外閱讀有機結(jié)合起來。這樣才能真正實現(xiàn)教學(xué)的和諧、統(tǒng)一和完整。

教學(xué)方法的改革并不是不要課堂教學(xué)、不要教師指導(dǎo)、不要教材，而是教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)識水平，激發(fā)學(xué)生主動參與教學(xué)過程，啟發(fā)學(xué)生積極思考，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的知識去積極探索新知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地分析解決問題的能力。

課程教學(xué)還應(yīng)該教學(xué)生從學(xué)習(xí)中“學(xué)會思考”，形成思想和智慧，形成正確的人生觀和價值觀，讓“思想”貫穿于各類、各門課程。課堂教學(xué)不是一開始就教會學(xué)生有關(guān)結(jié)論，而是應(yīng)當(dāng)注重從問題開始，以學(xué)科知識的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律為指引，來探究，剖析工程原理的形成過程。引導(dǎo)學(xué)生分析、研究和解決工程實際和工程學(xué)科問題，進行師生互動和同學(xué)合作，使學(xué)生在分析、研究問題的過程中學(xué)習(xí)知識，領(lǐng)悟工程原理。這樣學(xué)生就會在思考、分析、探究問題的過程中應(yīng)用、獲取和更新知識，在解決問題的過程中培養(yǎng)和訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的能力，在合作學(xué)習(xí)和團隊交流過程中提高綜合素質(zhì)和能力。

正因為如此，課程教學(xué)中如何以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識、學(xué)習(xí)興趣和積極性、主動性正是新教學(xué)模式的關(guān)鍵所在。我們在專業(yè)課程的教學(xué)過程中采用的基于“探究”的項目案例式教學(xué)改革，在以下幾個方面進行了嘗試。

(一)采用小班制的實驗室上課方式

我校對卓越班的“PLC原理與應(yīng)用”這門課程采用了小班制教學(xué)，在PLC實驗室上課的方式安排組織教學(xué)活動。這樣在課堂上就隨時根據(jù)需要對所講述的內(nèi)容進行現(xiàn)場演示，既能讓學(xué)生對PLC的軟件開發(fā)環(huán)境有一個直觀初步的了解，又能讓學(xué)生非常直觀地看到程序的運行效果，以及各種不同功能的現(xiàn)象，這樣對學(xué)生在后面動手操作的實驗環(huán)節(jié)中會有較大的幫助。利用課堂進行演示實驗不僅能夠提高PLC課堂教學(xué)的效果，而且能夠使學(xué)生在課后有更多時間進行創(chuàng)新實驗，解決了課堂教學(xué)學(xué)時有限，很難深入講解知識點的矛盾。

(二)課堂教學(xué)以解決實際問題為核心

根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，當(dāng)我們把包含一個或多個定律或知識的“現(xiàn)象”或“問題”呈現(xiàn)給學(xué)生思考時，會立刻激發(fā)學(xué)生的思考、討論興趣，進而對所學(xué)定律與知識的掌握更加深刻，更能學(xué)以致用，進而學(xué)會舉一反三的解釋更多的現(xiàn)實世界的現(xiàn)象。

在教學(xué)手段及內(nèi)容組織的改革上，在教學(xué)內(nèi)容確定的基礎(chǔ)上，重點把精力投到尋找、選取、構(gòu)造有趣的“問題”上，以激發(fā)學(xué)生更強的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，推動主動學(xué)習(xí)意識，更深刻的掌握所學(xué)習(xí)的知識，學(xué)會分析和解決問題的方式，培養(yǎng)、提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究自然的興趣，進而熱愛科學(xué)、熱愛研究。

在PLC原理與應(yīng)用的教學(xué)過程中，始終把解決實際問題放在首位，所有教學(xué)內(nèi)容均圍繞實際問題的解決來展開，避免了傳統(tǒng)PLC教學(xué)過程中以介紹PLC功能為主的教學(xué)模式。如果單純以控制器功能講解為主，必然會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生只會是被動的死記硬背、應(yīng)付考試，更不用說能靈活地應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題，更談不上創(chuàng)新。

(三)探究式與項目案例相結(jié)合的研究性課程教學(xué)方式

為了讓同學(xué)們最大限度地參與教學(xué)過程，進一步提高教學(xué)效果，我們在PLC原理與應(yīng)用的教學(xué)過程中嘗試了探究式與項目案例相結(jié)合的教學(xué)方式。在課程教學(xué)之前，我們根據(jù)學(xué)生人數(shù)，將全班同學(xué)分成幾個小組，為每個小組確定1個組長。教師把相關(guān)項目內(nèi)容及要求發(fā)給學(xué)生，組長負(fù)責(zé)將教師布置的項目按要求進行分解，安排小組內(nèi)每個同學(xué)的任務(wù)，教師在課堂講授中，除了講授相關(guān)的知識點外，還就項目的有關(guān)背景及應(yīng)用情況進行講解，之后要求各小組組長按限定時間將每位同學(xué)完成的結(jié)果集中，組織全組同學(xué)進行討論，最后完成總結(jié)報告。

PLC的教學(xué)主要目的就是為了使學(xué)生掌握利用PLC對對象系統(tǒng)進行控制的方法。PLC的功能是有限的，但如果能夠靈活應(yīng)用，就能夠解決許多實際問題。因此，有必要讓學(xué)生掌握利用PLC解決問題的基本思路和基本方法。在課堂教學(xué)中，首先簡要介紹PLC的某項功能，然后馬上提出一個項目任務(wù)，以書面形式發(fā)給學(xué)生，或以視頻形式展示給學(xué)生，講解項目的有關(guān)應(yīng)用背景，對項目進行分析，然后組織學(xué)生進行討論。讓學(xué)生思考解決方案，通過學(xué)生的課堂上小組討論解決實際問題，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)PLC功能的同時掌握如何應(yīng)用這些功能。這樣做可以避免枯燥地講解控制器的各種功能和指標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生在課堂的專注度，從而獲得更好的講授效果。

(四)教學(xué)內(nèi)容與相關(guān)專業(yè)知識相結(jié)合

從總體上看，PLC就是一個控制核心，通過這個控制核心可以完成各種信號處理方面的應(yīng)用以及控制方面的應(yīng)用，控制核心是通過外圍設(shè)備起作用的，所以要與其他專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合才能最大程度發(fā)揮 PLC的核心控制功能，同時也只有與相關(guān)專業(yè)知識相結(jié)合才能夠更好地理解PLC功能實現(xiàn)的實質(zhì)。

例如 PLC中的高速脈沖輸出功能有PTO(脈沖串)/ PWM(脈寬調(diào)制)兩個或三個發(fā)出器，就與運動控制系統(tǒng)中的步進電機控制及直流電機的脈寬可逆調(diào)速控制技術(shù)相關(guān)。在講授該模塊工作原理時如果不結(jié)合其他相應(yīng)課程知識，那么學(xué)生很難了解“占空比”及“死區(qū)效應(yīng)”的實質(zhì)，也就無法對此項功能進行靈活應(yīng)用。通過將 PLC的功能與運動控制系統(tǒng)及電力電子技術(shù)知識相結(jié)合，不但使學(xué)生了解了電力電子變換器是如何被控制的，而且使學(xué)生了解了PLC中的高速脈沖輸出的工作原理。[5]

通過PLC的教學(xué)可以將其他專業(yè)基礎(chǔ)知識串聯(lián)在一起，提高了學(xué)生對其他相關(guān)專業(yè)知識的掌握能力，不僅拓寬了知識面，也為學(xué)生參加各種創(chuàng)新實踐活動打下了堅實的基礎(chǔ)。

(五)組織學(xué)生自己開發(fā)實驗裝置

PLC的教學(xué)離不開實驗，以往的實驗都是購買商品化的實驗裝置，這種實驗教學(xué)模式限制了學(xué)生的創(chuàng)新思維，效果顯然不夠理想。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，打好創(chuàng)新實踐活動的基礎(chǔ)，針對學(xué)生實際應(yīng)用需求，在做好教學(xué)工作的基礎(chǔ)上組織感興趣的同學(xué)自己開發(fā)出經(jīng)濟適用的實驗裝置。隨著學(xué)生所使用的電腦逐步從臺式機變成了便攜式筆記本，不再具有并口和串口，以往的實驗裝置顯得不夠?qū)嵱茫瑸榇苏n程組又組織學(xué)生開發(fā)出了部分實驗裝置，該裝置用USB接口下載器代替了并口下載器，并且省去了外接電源，直接利用USB口提供電力。所有這些實驗裝置均由班級部分同學(xué)在任課老師的指導(dǎo)下利用課余時間完成，這更加證明了該課程的教學(xué)新模式對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果是顯著的，使學(xué)生真正做到了學(xué)以致用。

三 教學(xué)改革的實踐效果

通過以學(xué)生為中心的《PLC原理與應(yīng)用》課程教學(xué)模式的創(chuàng)新和改革激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，顯著提高了課堂教學(xué)效果。學(xué)生的到課率平均達到93%以上。課堂氣氛活躍，學(xué)生參與程度可達85%。課程結(jié)束時學(xué)生給本課程的總評分高達97分，并對本課程的教學(xué)給予了充分的肯定。使學(xué)生掌握了基本的創(chuàng)新技能和方法，通過課堂案例教學(xué)、實驗演示、技能比賽等環(huán)節(jié)，在輕松的環(huán)境中，既讓學(xué)生增加了學(xué)習(xí)的興趣，又使學(xué)生有了主動參與創(chuàng)新活動的動力。另外，引導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)新實踐過程中學(xué)習(xí)和借鑒各種創(chuàng)新思路，學(xué)習(xí)創(chuàng)新的技能方法，提高了他們的創(chuàng)造力，對學(xué)生們今后的就業(yè)和發(fā)展有很大的幫助。通過本課程的訓(xùn)練使學(xué)生增加了從事技術(shù)工作的經(jīng)驗和信心，有學(xué)生在就業(yè)招聘時把所參加的PLC競賽經(jīng)歷作為簡歷的一個亮點體現(xiàn)出來，還有些同學(xué)把作品帶到面試現(xiàn)場，這提高了就業(yè)競爭力。

四 結(jié) 語

采用的基于“探究”的項目案例式教學(xué)改革強化學(xué)生對專業(yè)知識的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考、積極探索、深入挖掘的能力及與團隊合作能力；在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力的方面取得了極好的效果。該教學(xué)改革實踐不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，對教師也是一種激勵和促進，有助于教師的成長和進步，不斷提高教學(xué)水平和教學(xué)能力。另外，大學(xué)小班化教學(xué)有利于增加學(xué)生和老師的交流、研討機會，增強課程教學(xué)的互動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[1] 于庚蒲. 關(guān)于高等教育理念與教學(xué)改革的若干思考[J].北華大學(xué)學(xué)報(社科版),2001(3):29-32．

[2] 教育部關(guān)于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的若干意見[Z].教高[2011]1號，2011．

[3] 林 健.面向卓越工程師培養(yǎng)的研究性學(xué)習(xí)[J].高等工程教育研究，2011(6): 5-10．

[4] 姚利民.高校教學(xué)方法研究述評[J].大學(xué)教育科學(xué)，2010(1):20-26．

[5] 劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[M].中國電力出版社，2011．

Study on the Teaching Reform of “PLC Principle and Application” Course

LIU Xingping

(College of Electrical and Information Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411101, China)

“Education and Training Program of Outstanding Engineers” asks us to achieve the goal that engineers have the high level and the spirit of innovation.This means that we should pay more attention to the “students-centered” teaching idea,make full use of various modern teaching resources and teaching methods,and fully mobilize the initiative,independence,the enthusiasm of the students.Therefore,taking the teaching reform practice of PLC Principle and Application course as an example,this paper analyzes the traditional teaching methods and their limitations,and then discusses the relationship between teaching and learning,puts forward the “research” project case teaching with its basic characteristics and requirements for teachers so as to provide a reference for the teaching practice of college teachers involved in the program of ontstanding engineers.

inquiry teaching；project case；teaching organization；teaching methods

2015-04-07

湖南工程學(xué)院教改項目“《PLC原理與應(yīng)用》課程教學(xué)方法創(chuàng)新的研究與實踐”(校教字[2012]33號)。

劉星平 (1966-)，男，湖南湘鄉(xiāng)人，副教授，研究方向：自動化。

G642.0

A

1671-1181(2015)03-0106-04