劉 俊， 袁訓鋒， 郭 琳， 柯希彪

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院， 商洛 726000)

“PLC課程”是面向自動化、電氣工程等專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè)課，是培養(yǎng)應(yīng)用型電氣技術(shù)技能型人才的最重要的課程之一。該課程既有理論又有實踐，既有工作原理又有編程方法，理論性和實用性均很強。針對這些課程特點，很多教師做了深入的改革研究和實踐操作。一種是應(yīng)用經(jīng)典教學方法實施教學改革，比如案例教學法、PBL教學法、項目式教學法、研討式教學法等[1-4]。此類方法都是打破傳統(tǒng)單一的知識傳授模式，鼓勵學生通過完成任務(wù)、解決問題、思考質(zhì)疑等方式來提升知識獲取的高效性。另一種是應(yīng)用新興教學模式實施教學改革，比如使用MOOC平臺、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學模式等[5-7]。此類方法利用現(xiàn)代化教學手段提升學生的參與度，有助于培養(yǎng)學生獨立思考學習的能力。根據(jù)理論研究和實際教學效果來看，單一方法仍存在諸多缺點。

目前高校的“PLC課程”教學仍存在一些不可忽視的問題，主要表現(xiàn)在①課堂以教師講授為主，學生被動接受，缺乏獨立思考的過程，參與度較低。②教學案例陳舊，不能有效助力新知識內(nèi)容學習。③教師不便全面監(jiān)督學生的學習行為和效果，容易導(dǎo)致“差生”在課堂討論和課外學習時“渾水摸魚”。④傳統(tǒng)共享課堂教學拓展知識的媒介效率低下，操作復(fù)雜，不便于課內(nèi)使用，影響教學效率。⑤單一討論式教學對教師的課堂管理能力要求非常高，且學生學習知識容易出現(xiàn)碎片化，只為了圍繞一個知識點或案例討論而討論，不易把握完整的知識體系結(jié)構(gòu)和知識之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

針對這些問題，本文引用“對分課堂”教學模式，并將大量教學案例引入到“對分課堂”中，同時依托“雨課堂”教學平臺，將這些舉措貫穿于課前、課中、課后、評價整個教學過程中，形成基于信息化技術(shù)的混合式教學模式，并應(yīng)用于“PLC課程”教學中。

1 構(gòu)建思路

混合式教學模式通過線下的案例教學法+“對分課堂”和線上的“雨課堂”教學平臺共同實現(xiàn)。前者是以案例問題的提出、發(fā)現(xiàn)和解決為主線，以知識講授和案例討論的方式融會貫通各章節(jié)知識點；后者是“雨課堂”教學平臺的使用覆蓋師生課內(nèi)、課外所有教學環(huán)節(jié)，推動“案例+對分”教學模式在“PLC課程”中高效、可持續(xù)地開展。本文提出的混合式教學模式能夠形成一個線上、線下閉環(huán)式教學生態(tài)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 混合式教學模式的閉環(huán)式教學生態(tài)系統(tǒng)

1.1 將案例教學法融入到“對分課堂”中

“對分課堂”是將一半課堂時間分配給教師進行講授，另一半課堂時間分配給學生以討論的形式進行交互式學習[8]。教師講授部分強調(diào)“精講留白”，講知識框架、學習目標，點出內(nèi)容意義與價值，理出攻克難點的辦法和關(guān)鍵點，預(yù)留簡單知識去討論。

案例教學法強調(diào)學生通過獨立思考研究或小組討論等方式，利用理論知識或認知常識分析典型案例，提出案例問題，給出解決思路、過程和結(jié)果，提高學生發(fā)現(xiàn)、分析以及解決實際問題能力的教學方法[9]。

將“對分課堂”中課內(nèi)的講授討論、課后的內(nèi)化吸收等教學環(huán)節(jié)以案例教學為主軸貫通教學知識，可以保障知識傳輸?shù)南到y(tǒng)性和準確性，也提高了學生的主體地位。學生在發(fā)表意見、陳述案例的過程中，也可提高表達能力和質(zhì)疑精神。

1.2 將“雨課堂”教學平臺應(yīng)用于教學全過程

“雨課堂”是一個主要面向高等教育領(lǐng)域的教學工具，具有高效便捷、互動性強、全周期數(shù)據(jù)采集等特點，適合所有學科理論性知識教學使用[10]。在“案例+對分”教學中，教師通過“雨課堂”教學平臺將教學案例描述及結(jié)果要求、微課視頻、語音講解、在線測試等教學資料下發(fā)給學生，供學生查看、學習。教師實時查看學生在“雨課堂”的教學行為和反饋信息，根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)調(diào)整自己教學計劃或幫助學生解決知識學習或案例實施過程中的問題?！坝暾n堂”在各教學環(huán)節(jié)中所起的主要作用，如圖2所示。

圖2 “雨課堂”在各教學環(huán)節(jié)中的主要作用

2 實施方法

“對分課堂”教學模式已被許多高校教師實踐于不同類型課程中[11-12]。從教學實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，不是所有教學內(nèi)容都適合課堂討論，比如章節(jié)內(nèi)容理論性強、難度大，同時學生課外內(nèi)化的時間偏少等情況就不理想；也不是所有的教學內(nèi)容，教師能夠在一小節(jié)課的時間內(nèi)做到精煉、適度的“精講、留白”，比如前后知識點關(guān)聯(lián)性強、難度偏大，同時教師對該門課程的駕馭能力偏弱，或?qū)诵膬?nèi)容的理解程度較淺等情況[13]。所以，針對“PLC課程”的教學內(nèi)容需靈活開展“對分課堂”模式，包括靈活分配課堂講授與分組討論的時間，靈活應(yīng)用當堂對分、隔堂對分等手段。

科學、合理、有效的案例在教學中能夠激發(fā)學生學習興趣，鍛煉學生知識的綜合應(yīng)用能力，提高學生對知識應(yīng)用價值的理解。在實際教學中，可將教學案例設(shè)置為課堂導(dǎo)課案例、課堂討論案例和課外實踐案例。根據(jù)教學目的和教學內(nèi)容，將案例按教學順序合理歸檔；在確保基本教學內(nèi)容的前提下，通過簡化或復(fù)雜化原始案例，將各章節(jié)單元案例細分為簡單、一般、復(fù)雜等難度等級，以滿足不同學習能力和知識水平的班級或?qū)W生，如“三校生”班級可使用簡單難度案例，“普高生”班級可使用一般難度案例，優(yōu)秀學生可根據(jù)興趣在課外自主嘗試完成復(fù)雜難度的案例。

PLC課程理論教學共48課時，部分授課內(nèi)容及實施辦法設(shè)置如表1所示。根據(jù)教學大綱的要求，教學內(nèi)容實施辦法設(shè)置的基本思路是知識點簡單的內(nèi)容，選擇“當堂對分+課堂討論”案例；知識點綜合性強的重點內(nèi)容，選擇“隔堂對分+課外實踐”案例；知識點較難的非重點內(nèi)容，選擇“傳統(tǒng)講授+課堂導(dǎo)課”案例。

表1 “PLC課程”部分授課內(nèi)容及實施手段設(shè)置

3 教學實踐

在正式授課前，將學生前一學年全科的期末考試綜合平均成績排名，由高到低分為優(yōu)、良、中、差等四個等級，在各級中隨機選取1位學生進入1組，該組成員由3～4人組成，組內(nèi)成員輪流擔任組長。在每4次課后，小組重新組隊，以提高更大范圍的認知和觀點沖突，形成思維碰撞。在每次討論過程中，教師通過“雨課堂”隨機點名，被點到者作為該小組代表進行匯報，每組匯報時間控制在5-10 min，也允許學生自薦匯報。每個小組匯報后，其余小組可質(zhì)疑匯報結(jié)果或提出改進意見，最后教師評價、總結(jié)、答疑。全部匯報后，通過“雨課堂”投票功能，結(jié)合教師意見，選出本次課的最佳匯報小組，最佳匯報小組可以獲得更高的平時成績。

3.1 案例匯報和評價討論

本次授課對象為2017級電氣工程及其自動化專業(yè)1、2班共67人，每周兩次課，每次兩課時，每課時50 min。下面以“PLC課程”中功能指令章節(jié)中的兩個課時內(nèi)容為例，主要采用“隔堂對分+課外實踐案例”的實施辦法介紹各階段的實施細節(jié)。在上節(jié)課后，已通過“雨課堂”平臺布置學生課外需要解決的實踐案例，案例見文獻[14]。此部分內(nèi)容在課堂第一小節(jié)完成，共50 min。

階段一：小組1匯報。從輸入/輸出地址分配、PLC硬件接線圖繪制、PLC控制程序編寫等三個方面逐步匯報：“需要1個PLC輸入點，外接音樂噴泉啟停開關(guān)，需要8個PLC輸出點，依次外接編號1～8的LED燈或者控制該燈的繼電器。PLC硬件接線圖見“雨課堂”中已提交的作業(yè)。PLC控制程序考慮的是使用傳送指令和定時器指令來完成，具體程序及其運行過程講解如下?！?/p>

階段二：他組質(zhì)疑。例如提到網(wǎng)絡(luò)1中定時器常開觸點使用錯誤；網(wǎng)絡(luò)7中傳送指令的數(shù)據(jù)類型選擇有問題，等等。

階段三：教師評價總結(jié)。“匯報很好，其他小組的質(zhì)疑也正確。建議在程序編寫完成后，再通過仿真軟件進行仿真測試，以驗證程序是否嚴格按照自己思維運行。是否還有其他方法呢？”

階段四：小組2匯報：“輸入/輸出地址分配、PLC硬件接線圖與匯報小組1一致，但是本小組PLC控制程序使用的是移位與循環(huán)移位指令和定時器指令來實現(xiàn)的，具體程序及其運行過程講解如下。同時，接線方法和程序已在實驗室利用實驗臺上的指示燈模塊進行了驗證，驗證視頻如下?！?/p>

階段五：他組質(zhì)疑?！癓ED指示燈一周期循環(huán)結(jié)束后是如何重新開始下一周期的，需要重新重點解釋一下”。

階段六：教師評價總結(jié)?！靶〗M2不僅設(shè)計思路正確、有創(chuàng)意，還將編寫的程序通過實際的模塊進行了驗證，非常完整，很好，但是講解思路稍微有點混亂。此方法的關(guān)鍵是靈活應(yīng)用寄存器移位指令。我們開啟“雨課堂”匿名投票功能，開始表決最佳匯報小組?！?/p>

階段七：教師對知識點補充講解：“課前在‘雨課堂’中進行了知識點測試，根據(jù)測試結(jié)果和剛才小組2在匯報過程中大家的反映，大家對寄存器移位指令的理解還不夠深入，現(xiàn)補充講解一下?！?/p>

3.2 教師講授

1)簡單知識——四則運算和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換指令

布置導(dǎo)課案例。在實際工程中，模擬量應(yīng)用非常廣泛。現(xiàn)有一個壓力檢測系統(tǒng)，壓力傳感器的量程為0～25 MPa，輸出電信號為4～20 mA。PLC模擬輸入模塊的量程為4～20 mA，轉(zhuǎn)換后對應(yīng)PLC的數(shù)字量范圍0～32000。計算，當PLC數(shù)字量為X時，對應(yīng)的外部輸入壓力Y為多少kPa？

階段一：學生思考。列式為：

階段二：教師講授。從公式可以看到，解決此案例，需要使用PLC的四則運算指令和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換指令。四則運算指令重點關(guān)注指令對輸入、輸出點數(shù)據(jù)類型的規(guī)定。數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換指令包括字節(jié)、整數(shù)、雙整數(shù)、實數(shù)之間的兩兩轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程中盡量避免“溢出”現(xiàn)象發(fā)生。這兩類指令功能及應(yīng)用比較簡單，學生通過自學教材和雨課堂平臺發(fā)布的課件自行消化吸收內(nèi)容。最后小組討論、交流完成此導(dǎo)課案例的程序編寫。

階段三：學生自學。學生自學教材或課件，不懂的課件可在雨課堂中標記。針對導(dǎo)課案例，思考并編寫程序。

階段四：小組討論與交流。小組成員間或跨組間交流案例解決思路、編程方法、檢查程序正誤等。

階段五：小組匯報、教師補充。教師通過雨課堂隨機點名進行案例解決方案匯報，并進行適當?shù)闹R或方法補充。

2)難點知識——編碼指令和譯碼指令

布置導(dǎo)課案例。通過七段數(shù)碼管顯示八層電梯轎廂所在的樓層位置。設(shè)樓層位置開關(guān)為SB1～SB8。

布置導(dǎo)課案例?，F(xiàn)模擬一自動投幣洗衣機，按下A、B、C三個按鈕分別代表投幣1元、2元、3元，金額累加值通過數(shù)碼管顯示。當投入硬幣總金額大于8元時，洗衣機開始進入洗衣模式，同時，數(shù)碼管顯示余額值。請問如何通過數(shù)碼管顯示投幣金額。

教師精講知識難點。案例題意簡單，都可以使用學過的基本指令來實現(xiàn)，但是需要編寫的指令代碼非常之多，如何采用更簡單的方法實現(xiàn)呢？編碼指令和譯碼指令可解決。該指令理解和應(yīng)用較難，所以需要教師重點講解，最后再對導(dǎo)課案例的參考程序做適當分析解釋，以加強學生對該知識的理解深度。在講授過程中，將通過“雨課堂”彈幕、測試、紅包激勵等功能進行師生互動。

3.3 課后解決實踐案例

課后通過“雨課堂”平臺發(fā)布實踐案例，要求學生按時提交案例解決報告。學生在解決案例的過程中，重新梳理所學課本知識，適當進行文獻檢索，以加深對知識的理解，培養(yǎng)問題解決的能力。在此過程，教師通過“雨課堂”推送微課、課外資料供學生學習，也可實時查看學生的學習情況。

3.4 課前完成測試和預(yù)習

在下一次正式上課之前，通過“雨課堂”發(fā)布知識點測試題和推送預(yù)習資料。根據(jù)測試題的正確率，分析學生對知識點的掌握情況，可以有針對性地調(diào)整課中的教學內(nèi)容，進一步優(yōu)化教學設(shè)計。學生課前通過適度預(yù)習，可有效推進在課堂自學、討論環(huán)節(jié)的進度和深度。

4 教學效果和反饋

根據(jù)學生在本門課程所有教學環(huán)節(jié)中的綜合表現(xiàn)，包括定量數(shù)據(jù)和定性數(shù)據(jù)，以此反映教學效果。定量值包括“雨課堂”中的課堂測試、課后作業(yè)、單元測試等成績數(shù)據(jù)，還包括課堂中各小組的案例匯報得分，期末考試成績等。定性數(shù)據(jù)包括“雨課堂”中的簽到率、彈幕人均數(shù)量等，還包括課堂中案例匯報的學生積極性、學生參與知識或案例討論的熱情度等，以及課程學習后的無記名在線問卷調(diào)查結(jié)果等。

綜合統(tǒng)計、分析、對比目前已使用混合式教學模式與曾經(jīng)未完全使用該教學模式的授課班級的各項數(shù)據(jù)，使用混合式教學模式的授課班級的整體表現(xiàn)更好，尤其是在①對知識的理解能力和實際應(yīng)用能力顯著增強。②課堂注意力、活躍度得到較大提升。③自我學習能力、獨立思考和團隊合作能力有了明顯進步。

5 結(jié)語

混合式教學模式可以整合課內(nèi)、課外教學資源，開展課內(nèi)、課外線上、線下教學互動，實現(xiàn)課內(nèi)講授、討論和課后內(nèi)化、吸收等所有教學活動圍繞一個或多個案例開展，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生獨立思考能力和團隊合作意識，提升學生學習的計劃性和目的性，同時能夠保證教學管理數(shù)據(jù)的實時性、科學性和完整性。將該教學模式應(yīng)用到PLC課程教學中，經(jīng)過一個學期的實踐，絕大多數(shù)的學生反映良好，在一定程度上，增強了編程實踐能力，激發(fā)了創(chuàng)新思維，提升了學習自信心，鍛煉了語言表達力。筆者將繼續(xù)深入挖掘“雨課堂”提供的大量教學數(shù)據(jù)，并結(jié)合實際教學效果，不斷從案例庫構(gòu)建、雨課堂平臺應(yīng)用、成績評價辦法、小組討論方式等方面完善和細化該教學模式，切實提高教學質(zhì)量，落實“以學生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教育理念。