方貴盛,王紅梅,戴 曦
( 浙江水利水電學(xué)院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院,浙江杭州 310018)
《電氣控制與PLC》 課程是機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的專(zhuān)業(yè)核心課程,旨在培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品電氣與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的能力,為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽,乃至畢業(yè)后從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。 傳統(tǒng)的《 電氣控制與PLC》 課程教學(xué)方法重理論輕實(shí)踐,或理論與實(shí)驗(yàn)分開(kāi)教學(xué)[2]。 學(xué)生學(xué)完課程后,到了畢業(yè)設(shè)計(jì)階段真正要做產(chǎn)品的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),還是會(huì)顯得無(wú)從下手,不知道如何設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電氣原理圖、如何進(jìn)行安裝調(diào)試、如何分析解決問(wèn)題等,無(wú)法做到學(xué)以致用、理實(shí)融合。我國(guó)從2006 年開(kāi)始探索實(shí)施國(guó)際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證制度,經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,現(xiàn)已成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國(guó),工程教育認(rèn)證質(zhì)量受到了國(guó)際的認(rèn)可[3]。 工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證制度對(duì)轉(zhuǎn)變高校的教育教學(xué)理念、推進(jìn)我國(guó)工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到了很好的促進(jìn)作用。 近年來(lái),國(guó)內(nèi)各大高校均以通過(guò)工程教育認(rèn)證的專(zhuān)業(yè)數(shù)量作為衡量學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 本文以我校開(kāi)展的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工程教育認(rèn)證為契機(jī),以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為目標(biāo),以課程建設(shè)為抓手,對(duì)電氣控制與PLC課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行全方位改革,探索實(shí)施“ 結(jié)果導(dǎo)向、 項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、理實(shí)融合、質(zhì)量評(píng)價(jià)、持續(xù)改進(jìn)” 六位一體的課程教學(xué)模式,并構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和輔助支撐條件,以保證課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
據(jù)調(diào)研, 本科設(shè)置有機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、電氣工程及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的高校均開(kāi)設(shè)有電氣控制與PLC這門(mén)課程。 雖然近些年來(lái)高校教師圍繞該課程教學(xué)效果的提升提出了一些改革措施,如開(kāi)展工程案例[4]、項(xiàng)目制[5]、行動(dòng)導(dǎo)向[6]、翻 轉(zhuǎn) 課 堂[7]、 工 學(xué) 結(jié) 合[8]、 成 果 導(dǎo) 向[9]等,但是大多數(shù)高校對(duì)于該門(mén)課程的教學(xué)還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,傳統(tǒng)模式主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[10-12]。
(1)教學(xué)內(nèi)容重理論輕應(yīng)用。 目前大部分教師對(duì)于該課程還是采用傳統(tǒng)的章節(jié)式內(nèi)容組織與講解方式。 這種內(nèi)容組織方式注重知識(shí)的完整性和系統(tǒng)性,不注重知識(shí)的應(yīng)用性和實(shí)用性。 學(xué)生在上課過(guò)程中需要記憶大量的知識(shí),但是對(duì)于知識(shí)如何在實(shí)際生活生產(chǎn)中得到應(yīng)用則知之甚少。
(2)教學(xué)過(guò)程重講授輕實(shí)踐。 由于理論方面的內(nèi)容講起來(lái)比較方便,只需要照著書(shū)本上的內(nèi)容來(lái)講即可,而實(shí)踐環(huán)節(jié)則需要教師具有實(shí)際工程項(xiàng)目背景、較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力以及分析解決問(wèn)題的能力等,因此有些老師上課時(shí)會(huì)避重就輕,壓縮實(shí)驗(yàn)課時(shí),或全部交給實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師去完成。 而實(shí)驗(yàn)課教師在上課時(shí)由于對(duì)任課教師的授課情況和學(xué)生的課程學(xué)習(xí)情況不了解, 導(dǎo)致一個(gè)內(nèi)容可能重復(fù)講,也可能不講,造成時(shí)間上的浪費(fèi)和內(nèi)容上的低層次。 另外,由于實(shí)驗(yàn)大多安排在課外時(shí)間進(jìn)行,學(xué)生重視度不夠,造成實(shí)驗(yàn)效果欠佳,達(dá)不到預(yù)期效果。
(3)課程考核重知識(shí)輕能力。 考核方法是學(xué)生學(xué)習(xí)的指揮棒,教師所考即為學(xué)生所學(xué)。 傳統(tǒng)的課程考核以期末理論考試為主,考核的內(nèi)容也主要以知識(shí)為主,這就導(dǎo)致了學(xué)生只會(huì)學(xué)習(xí)一些書(shū)本上的知識(shí),對(duì)于實(shí)際的工程技術(shù)應(yīng)用則知之甚少。 傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式教的是知識(shí),考的也是知識(shí),而對(duì)于企業(yè)很看重的溝通表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng),師生則關(guān)注不多,導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)高分低能現(xiàn)象,達(dá)不到企業(yè)對(duì)人才的要求。
工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證制度體現(xiàn)的是本科高校專(zhuān)業(yè)辦學(xué)的底限思維,對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求提出了基本要求。 傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式以知識(shí)傳授為主,教師對(duì)課程目標(biāo)的定位偏差會(huì)影響專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量。 而工程教育認(rèn)證背景下的課程教學(xué),需要以專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)要求為出發(fā)點(diǎn), 反向構(gòu)思課程教學(xué)目標(biāo),設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容,思考課程教學(xué)方法和課程教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)方法,并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行課程教學(xué)質(zhì)量的不斷提升[13]。
根據(jù)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證 “ 反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤?的思想,對(duì)于課程層面,首先需要根據(jù)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)要求、課程與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)矩陣設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)。 課程教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該是可衡量、可測(cè)評(píng)的,且需要與畢業(yè)要求相對(duì)應(yīng)。 根據(jù)我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案,電氣控制與PLC課程所對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求主要包括工程知識(shí)、問(wèn)題分析、使用現(xiàn)代工具、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、終身學(xué)習(xí)等幾個(gè)方面,具體如表1 所示。 表中H、M、L表示支撐程度高、中、低三個(gè)類(lèi)型。
根據(jù)前述設(shè)計(jì)的課程教學(xué)目標(biāo),打破傳統(tǒng)章節(jié)式課程教學(xué)內(nèi)容組織方式,以工程項(xiàng)目形式重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容。 本課程分電氣控制技術(shù)、PLC技術(shù)兩個(gè)部分,由易到難,各構(gòu)建了7 個(gè)教學(xué)項(xiàng)目,如星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制電路的分析安裝與調(diào)試、自動(dòng)送料小車(chē)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試等。 這些項(xiàng)目涵蓋了課程教學(xué)大綱規(guī)定講授的內(nèi)容。 如電氣控制技術(shù)項(xiàng)目1《電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行控制電路的分析、安裝與調(diào)試》,通過(guò)一個(gè)完整的項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作過(guò)程,讓學(xué)生熟知電動(dòng)機(jī)、斷路器、熔斷器、熱繼電器、接觸器等元器件的電氣符號(hào)、工作原理、接線方法等,并能夠根據(jù)電氣原理圖繪制出其接線圖,最后進(jìn)行安裝接線和調(diào)試等。 經(jīng)過(guò)由淺到深的項(xiàng)目訓(xùn)練,通過(guò)與實(shí)際工程接軌,實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用,大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
表1 課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求間的關(guān)系
工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求在教學(xué)過(guò)程中貫徹 “ 以學(xué)生為中心” 的理念。 這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中要摒棄傳統(tǒng) “滿(mǎn)堂灌” 的課堂教學(xué)方式,探索實(shí)施探究式、研討式、實(shí)踐式課堂教學(xué)方式,讓學(xué)生在做中學(xué)、思中學(xué)、問(wèn)中學(xué),帶著任務(wù)學(xué)[14]。 電氣控制與PLC課堂教學(xué)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法,每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目均需要完成一定的目標(biāo)任務(wù),有的是知識(shí)記憶方面的任務(wù),有的是實(shí)踐動(dòng)手方面的任務(wù),有的是綜合分析方面的任務(wù),有的是報(bào)告撰寫(xiě)方面的任務(wù)等。 對(duì)于不同的教學(xué)任務(wù), 可以采用不同的教學(xué)方法來(lái)完成。 比如PLC技術(shù)項(xiàng)目1《 電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試》,分為PLC認(rèn)知、電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試三個(gè)目標(biāo)任務(wù)。 任務(wù)1“PLC認(rèn)知” 要求學(xué)生對(duì)PLC有一定的了解,可以采用講授與實(shí)踐相結(jié)合的方法,先由任課教師講解PLC的基本概念、結(jié)構(gòu)組成、工作原理、常用型號(hào)等基本知識(shí),然后給每組學(xué)生發(fā)放一個(gè)PLC,讓學(xué)生自行查找資料并討論,了解PLC實(shí)物上各符號(hào)的含義,進(jìn)行分組匯報(bào)交流等。 對(duì)于任務(wù)3 “ 電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”,則要求學(xué)生根據(jù)電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)的電氣原理圖,選擇合適的元器件進(jìn)行系統(tǒng)安裝與調(diào)試,并針對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題分析其原因,并提出相應(yīng)的解決措施。 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法課堂教學(xué)體現(xiàn)“ 以任務(wù)為主線、以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)” 的教學(xué)理念,改變了傳統(tǒng) “ 教師講、學(xué)生聽(tīng)” 的被動(dòng)教學(xué)模式,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。 在課堂上,學(xué)生不再是無(wú)所事事,而是為了完成目標(biāo),個(gè)個(gè)躊躇滿(mǎn)志,隊(duì)隊(duì)爭(zhēng)先恐后, 極大提高了課堂教學(xué)的有效性。
目前大多數(shù)本科高校電氣控制與PLC課程還是采用傳統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)分開(kāi)教學(xué)的方法。 學(xué)生在學(xué)了一定的課程理論基礎(chǔ)知識(shí)之后,開(kāi)始做一些課程實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證課程相關(guān)理論知識(shí)。 這種課程教學(xué)方式存在理論與實(shí)踐相脫節(jié)的問(wèn)題。 為了改變這種局面,我校從2009 年開(kāi)始探索實(shí)施理實(shí)一體化課程教學(xué)模式,將課程教學(xué)搬到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時(shí)可以動(dòng)手實(shí)踐,真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)做于一體。 教師在上課時(shí),先進(jìn)行項(xiàng)目引入,然后教一些基本的原理和方法,并對(duì)學(xué)生存在的一些共性問(wèn)題進(jìn)行解答。 學(xué)生則根據(jù)老師布置的任務(wù)要求,進(jìn)行電氣原理圖理解、接線圖設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)等,最后分組進(jìn)行動(dòng)手接線、調(diào)試、檢測(cè)等。 課后則需要完成一定的作業(yè)任務(wù)與預(yù)習(xí)任務(wù)。 這種理實(shí)一體化教學(xué)方法,學(xué)生不會(huì)一直在聽(tīng)老師講,而是在做中學(xué)、做中思,避免了聽(tīng)覺(jué)疲勞現(xiàn)象的發(fā)生。 當(dāng)個(gè)人不懂時(shí),組內(nèi)同學(xué)間可以相互探討,相互學(xué)習(xí),也可以咨詢(xún)老師,大大提高了上課的效果,對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、分析解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)也有很大的促進(jìn)作用。
為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,促使學(xué)生投入更多的時(shí)間和精力在課程學(xué)習(xí)上,本課程以目標(biāo)考核為導(dǎo)向,建立了詳細(xì)的課程考核規(guī)則。 比如學(xué)生的課程學(xué)業(yè)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、實(shí)踐成績(jī)、期末考試成績(jī)?nèi)糠纸M成,其中平時(shí)成績(jī)占比為25%,包括考勤成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、 階段性測(cè)試成績(jī)、 項(xiàng)目報(bào)告成績(jī)、在線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)、加減分項(xiàng)等;實(shí)踐成績(jī)占比為25%,包括了項(xiàng)目操作成績(jī)與項(xiàng)目操作考核成績(jī);期末考試成績(jī)占比50%,設(shè)計(jì)了多種題型,其中分析與設(shè)計(jì)題占比不少于30%,以綜合測(cè)評(píng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力。 從近兩年我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生本課程考核成績(jī)來(lái)看,課程總評(píng)平均成績(jī)均超過(guò)了70 分,說(shuō)明學(xué)生總體表現(xiàn)良好,達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。
為了測(cè)算課程的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度,本課程采用了定性與定量相結(jié)合的方式。 定量方法是根據(jù)課程各項(xiàng)成績(jī)?cè)u(píng)分來(lái)衡量目標(biāo)達(dá)成度,定性方法是在課程結(jié)束前通過(guò)學(xué)生課程教學(xué)目標(biāo)滿(mǎn)意度問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果來(lái)衡量。 課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度測(cè)評(píng)計(jì)算依據(jù)及結(jié)果如表2 所示。 表中每項(xiàng)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度取兩次測(cè)評(píng)結(jié)果的最低值,從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,本課程最終的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度為0.82,超過(guò)了多數(shù)高校教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度設(shè)定值0.7 的基準(zhǔn)線[15],總體教學(xué)效果令人滿(mǎn)意。
表2 課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)
從學(xué)生課程考核成績(jī)和教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)來(lái)看,雖然總體結(jié)果令人滿(mǎn)意,但仍存在諸多細(xì)節(jié)需要在下一輪教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行改進(jìn)和完善。
(1)學(xué)生期末考試成績(jī)總體偏低,有的學(xué)生甚至沒(méi)有及格。 其原因除少數(shù)學(xué)生個(gè)人努力程度不夠以外,與課程教學(xué)方法改革也有一定的關(guān)系。 由于實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué),學(xué)生大部分時(shí)間都用在了課程實(shí)踐上,導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)的時(shí)間偏少。 另外采用項(xiàng)目制教學(xué),分組進(jìn)行作業(yè),有些學(xué)生存在依賴(lài)心理,“打醬油” 現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。
(2)問(wèn)題分析方面的課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度不是很理想,只有0.71,略高于基準(zhǔn)線。 原因在于分析題、設(shè)計(jì)題往往要求學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題分析與解決。 但是因?yàn)檎n時(shí)的有限性,大部分學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)做到知識(shí)的融會(huì)貫通,影響了能力的發(fā)揮。
針對(duì)上述存在的問(wèn)題,在課程下一輪教學(xué)過(guò)程中,可以采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。 對(duì)于課程理論方面的知識(shí),要求學(xué)生在課外借助精品在線開(kāi)放課程微視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。 在課堂上老師可以安排一定的作業(yè)來(lái)檢查學(xué)生課外預(yù)習(xí)的情況,并對(duì)學(xué)生不太理解的問(wèn)題和內(nèi)容進(jìn)行集中或分散指導(dǎo)。 另外對(duì)于分析設(shè)計(jì)這樣難度較大的題型,可以采用集中訓(xùn)練的方式,給學(xué)生提供較多的工程案例,幫助學(xué)生提高分析解決問(wèn)題的能力。
為了實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo),本課程組建了由校內(nèi)外5 位教師組成的課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)。 團(tuán)隊(duì)中有校內(nèi)教授1 人、副教授1 人,講師2 人,校外企業(yè)工程師1 人,總體教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富。 團(tuán)隊(duì)成員共同編寫(xiě)課程教學(xué)大綱、共同備課、共同研討、共同開(kāi)發(fā)教學(xué)資源等,實(shí)現(xiàn)資源共享,教學(xué)方法共享。
電氣控制與PLC課程依托學(xué)?,F(xiàn)有的機(jī)械工程省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,建設(shè)有專(zhuān)門(mén)的PLC理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)室,如圖1 所示。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配置有42 臺(tái)電腦、9 套物料分揀輸送裝置、9 套低壓電氣元器件, 以 及6 套 西 門(mén) 子S7 -200、 S7 -1200、 S7 -1500PLC等。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安裝有投影儀、音響、黑板等,能夠滿(mǎn)足一個(gè)班40 余人的課程教學(xué)任務(wù)。
理實(shí)一體化課程需要教師在課外準(zhǔn)備較多的教學(xué)材料,以幫助學(xué)生達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。 本課程已建設(shè)的教學(xué)資源有課程教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、課程教案、課程教學(xué)PPT、項(xiàng)目報(bào)告格式模板、課程微視頻、習(xí)題冊(cè)等。 課程建有省精品在線開(kāi)放課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),學(xué)生可以利用該平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和作業(yè)測(cè)評(píng),并可與任課教師進(jìn)行交流探討等。
圖1 PLC理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景
浙江水利水電學(xué)院自2000 年開(kāi)設(shè)《 電氣控制與PLC》 課程以來(lái),經(jīng)過(guò)了近20 年的發(fā)展,先后被評(píng)為校級(jí)精品課程、省級(jí)精品課程,目前正立項(xiàng)建設(shè)省級(jí)精品在線開(kāi)放課程。 課程的教學(xué)模式也逐漸從傳統(tǒng)的講授式教學(xué)向理實(shí)一體化教學(xué)轉(zhuǎn)變,并引入了新的工程教育認(rèn)證理念和方法,保證了課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。 課程改革實(shí)施兩年多以來(lái),學(xué)生的能力有了明顯的提升,主要體現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)和專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)踐過(guò)程中,學(xué)生做產(chǎn)品的電氣控制系統(tǒng)實(shí)物時(shí)能夠很快上手,不需要老師過(guò)多指導(dǎo),就能夠自己買(mǎi)電氣元器件、自己安裝調(diào)試、自行編程設(shè)計(jì)、自己分析解決問(wèn)題等,達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。
浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)2020年5期