李建寧

(杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院，浙江杭州，310018)

一、引言

教育部“金課”建設(shè)計(jì)劃和一流課程“雙萬計(jì)劃”的提出和實(shí)施[1]，不僅對傳統(tǒng)課程實(shí)施的高質(zhì)量提出了要求，而且體現(xiàn)了對人才培養(yǎng)結(jié)果的高質(zhì)量關(guān)注。電氣控制與PLC原理是一門同時具有理論性和實(shí)踐性的自動化及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其將各類以電動機(jī)為動力裝置的系統(tǒng)視為被控對象，采用PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的生產(chǎn)過程，在電力、石油、化工等相關(guān)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。[2]然而，現(xiàn)有的PLC課程教學(xué)更側(cè)重于理論概念的灌輸、梯形圖畫法講解和專業(yè)術(shù)語的描述，忽略了學(xué)生動手實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致在復(fù)雜概念的影響下學(xué)生的主動學(xué)習(xí)積極性不高，進(jìn)而負(fù)面影響教學(xué)效果和學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的實(shí)效。[3-5]同時，傳統(tǒng)的期末考試對檢驗(yàn)學(xué)生是否掌握所學(xué)知識點(diǎn)尚且不夠。[6]因此，高校迫切需要改革電氣控制與PLC原理課程的教學(xué)體系與考核方式，可以引入自動控制系統(tǒng)中的“反饋”及“優(yōu)化”理念，建立起方式多樣化、內(nèi)容多元化的立體化教學(xué)模式。

二、傳統(tǒng)電氣控制與PLC原理課程教學(xué)模式及考核方式存在的不足

電氣控制與PLC原理課程是高校自動化專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的一門核心專業(yè)課，是提升學(xué)生工程應(yīng)用實(shí)踐能力的主干課程，其為學(xué)生今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)技能基礎(chǔ)。下文將從教學(xué)現(xiàn)狀、考核方式和學(xué)生特征三個方面分析當(dāng)前電氣控制與PLC原理課程教學(xué)模式及考核方式存在的問題。

(一)教學(xué)現(xiàn)狀

一直以來，教師在講授電氣控制與PLC原理課程過程中，過分重視對機(jī)理概念的講解，而忽視了實(shí)驗(yàn)的重要作用。教師往往采用傳統(tǒng)的“填鴨式”灌輸模式對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生把學(xué)習(xí)的重心放在背誦知識點(diǎn)上。這造成學(xué)生對電氣控制與PLC原理課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)認(rèn)識不到位，動手能力不夠強(qiáng)等問題。同時，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅限于幾個簡單的模擬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生無須獨(dú)立思考，只需按部就班地輸入程序，不能充分進(jìn)行獨(dú)立自主探索并參與到探討式學(xué)習(xí)中。這既不利于學(xué)生形成工程意識、掌握工程知識，又不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題及設(shè)計(jì)開發(fā)解決方案和獨(dú)立研究的能力。雖然在教學(xué)中也有與實(shí)際控制過程相結(jié)合的案例，但基本知識和案例融合的緊密程度仍然不足。很多學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工程應(yīng)用等實(shí)際應(yīng)用問題是保有興趣的，教師可以充分利用現(xiàn)有PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺進(jìn)一步開展更為復(fù)雜的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐在真正意義上的統(tǒng)一，加深學(xué)生對電氣控制與PLC原理課程的理解。

(二)考核方式

傳統(tǒng)的課程教學(xué)評價體系通常由平時成績、考試成績和實(shí)驗(yàn)成績?nèi)糠纸M成，三者被賦予相應(yīng)的系數(shù)，這三部分與系數(shù)的線性組合形成學(xué)生的最終成績。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作過于簡單且賦值較低，一些學(xué)生為了提升最終成績而過度重視試卷所考的理論內(nèi)容，弱化了實(shí)際操作能力。學(xué)生對電氣控制與PLC原理課程實(shí)際掌握的綜合能力不能真正有效地從最終成績中反映出來。因此，高校需要引入新的考核方式，這不僅能夠反過來促進(jìn)教學(xué)方法的優(yōu)化，又能通過及時的反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的最終穩(wěn)定，從而達(dá)到課程的教學(xué)目的。

(三)學(xué)生特征

一些自動化專業(yè)學(xué)生存在學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、基礎(chǔ)不扎實(shí)等問題，其在課堂上的效率有時也難以保證。如果教師對學(xué)生的教育引導(dǎo)不到位，就會加劇學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足的問題，最終難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期教學(xué)效果，不能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。專業(yè)基礎(chǔ)不扎實(shí)的問題甚至?xí)绊憣W(xué)生今后的就業(yè)。

立體化教學(xué)模式是一種新興教學(xué)理念，它結(jié)合新技術(shù)手段和新教學(xué)方法，將教師和學(xué)生、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方式與考核方法緊密結(jié)合起來。同時，立體化教學(xué)模式引入了自動控制理論中的“反饋”和“優(yōu)化”理念，構(gòu)建起一個完整的、豐富的、互動的課程系統(tǒng)的教學(xué)模式，使課堂教學(xué)的廣度和深度得到進(jìn)一步擴(kuò)展，可以從整體上提高課程的教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生的綜合能力。因此，構(gòu)建電氣控制與PLC原理課程的立體化教學(xué)模式對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的實(shí)際動手能力、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決復(fù)雜實(shí)際問題的能力有重要意義。

三、立體化教學(xué)模式下電氣控制與

PLC原理課程建設(shè)探索

針對電氣控制與PLC原理課程教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合新時代對工科專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的素質(zhì)和能力要求，基于課程特點(diǎn)和學(xué)生特征，下文將圍繞教學(xué)目標(biāo)優(yōu)化、課程內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)、多元化教學(xué)方法、輔助教學(xué)手段及考核方法五個方面進(jìn)行立體化教學(xué)模式下課程建設(shè)探索，總體課程建設(shè)思路如圖1所示。

圖1 立體化教學(xué)模式下電氣控制與PLC原理課程建設(shè)探索思路

(一)教學(xué)目標(biāo)優(yōu)化

根據(jù)電氣控制與PLC原理的課程所具備的特性，教師首先要優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)。第一，幫助學(xué)生樹立正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)學(xué)生基本的設(shè)計(jì)能力、開發(fā)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力；讓學(xué)生了解現(xiàn)代電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢以及電氣工程自動化系統(tǒng)的總體布局、設(shè)計(jì)步驟。第二，學(xué)生應(yīng)掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有的基礎(chǔ)知識，初步具備一般電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的能力。第三，學(xué)生應(yīng)掌握PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件選型與配置方法，掌握典型PLC的使用及軟件編程方法，初步具備PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。教師要將教學(xué)目標(biāo)的重心放在學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能上，注重培養(yǎng)學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案并有效開展實(shí)驗(yàn)的能力，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)分析和調(diào)試過程中積累工程經(jīng)驗(yàn)。

(二)課程內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)

電氣控制與PLC原理課程內(nèi)容包含電氣的基本知識、電氣控制線路基礎(chǔ)、S7-200基礎(chǔ)知識、PLC的基本指令及順序控制基本指令等。其內(nèi)容量大而教學(xué)學(xué)時不足，教師可根據(jù)上一階段終結(jié)性評價指標(biāo)的反饋情況，將個別章節(jié)部分進(jìn)行刪減，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)。教師可以將授課內(nèi)容分為教師精講和教師輔助學(xué)生討論探究，使課堂教學(xué)有所側(cè)重，既保證知識的系統(tǒng)性，又避免面面俱到。第一，在教師精講部分，教師可以通過案例講解，引入PLC梯形圖的動態(tài)演示，將各基本概念、原理及方法等知識點(diǎn)進(jìn)行簡單化、實(shí)用化、具體化、形象化的操作；進(jìn)一步將工程實(shí)際的案例融入教學(xué)內(nèi)容，利用視頻實(shí)驗(yàn)或掌上PLC現(xiàn)場演示實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生體會到PLC在實(shí)際生活過程中的具體應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新思維。除了介紹基本理論內(nèi)容，教師還應(yīng)補(bǔ)充介紹當(dāng)前PLC技術(shù)發(fā)展的前沿課題，讓學(xué)生在有限的課堂教學(xué)學(xué)時內(nèi)盡可能擴(kuò)展知識面。第二，在學(xué)生討論研究部分，課前，教師提出問題范圍，讓學(xué)生通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)查閱資料，并通過直播引導(dǎo)、微信實(shí)時在線解答等多種方式實(shí)現(xiàn)輔助教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、解決問題的能力。在課上，教師根據(jù)問題范圍，實(shí)行闖關(guān)測試，讓學(xué)生自由分組，在互動中討論并解決問題，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作意識及協(xié)作能力。

(三)多元化教學(xué)方法

教師應(yīng)改變傳統(tǒng)“教師—電子教案—學(xué)生”的課堂教學(xué)培養(yǎng)模式為“學(xué)生案例討論—教師講授—學(xué)生案例討論”的課堂教學(xué)，針對不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇多種教學(xué)方法進(jìn)行學(xué)生的創(chuàng)新思維訓(xùn)練和培養(yǎng)，如五步(連接、呈現(xiàn)、體驗(yàn)、反思、應(yīng)用)優(yōu)化教學(xué)法、討論教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法、案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法等。教師將五步優(yōu)化教學(xué)法應(yīng)用于電氣控制與PLC原理課程教學(xué)，通過小班式的教學(xué)方式，明確所采用的教學(xué)方法對課程質(zhì)量提升的效度。同時，教師可以依托“互聯(lián)網(wǎng)+”，結(jié)合MOOC和SPOC形成線上線下混合教學(xué)方法，通過“課前+課中+課后”三個階段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[7]，并與課程設(shè)計(jì)相呼應(yīng)。在課前階段，教師提出任務(wù)要求，讓學(xué)生提前準(zhǔn)備，并輔以師生討論；在課中階段，教師利用教室、SPOC平臺和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課程精講，同時鍛煉學(xué)生的實(shí)際動手能力；在課后階段，教師通過考察報告、作業(yè)等形式來初步判斷學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況。

(四)輔助教學(xué)手段

課堂教學(xué)難免會存在外部干擾，尤其是在新媒體技術(shù)發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會，電子產(chǎn)品成為學(xué)生課堂學(xué)習(xí)專注力的主要干擾因素。同時，如果學(xué)生本身目標(biāo)不明確、基礎(chǔ)不扎實(shí)，那么其在課堂學(xué)習(xí)中的效果會更差。對此，教師可以利用智慧樹、雨課堂等建設(shè)課程網(wǎng)絡(luò)平臺，采用現(xiàn)代教學(xué)手段解決課程教學(xué)內(nèi)容的抽象性和過于理論化的難題，革新相關(guān)知識點(diǎn)的基本概念、難點(diǎn)及相應(yīng)原理的教學(xué)手段。例如：利用智慧樹中的相關(guān)視頻實(shí)現(xiàn)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，讓學(xué)生帶著疑問來到課堂，優(yōu)化課程教學(xué)過程；將雨課堂與PPT結(jié)合使用，針對學(xué)生的“低頭族”現(xiàn)象，穿插視頻演示提高學(xué)生的抬頭率，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力與興趣，并插入所講知識點(diǎn)的點(diǎn)評與評價，以了解學(xué)生對當(dāng)前知識點(diǎn)的掌握情況。同時，教師還可以利用多媒體引入在線實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生熟悉系統(tǒng)的控制原理及控制方式，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解電氣控制與PLC原理課程中的機(jī)理知識和實(shí)際控制系統(tǒng)的操作使用方法。

(五)考核方法

原有電氣控制與PLC原理課程的考核評價如表1所示。

表1 原有考核評價形式

應(yīng)用性是電氣控制與PLC原理課程的主要特點(diǎn)，期末考試試卷不足以全面檢驗(yàn)學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度。在原有考核方式中，期末卷面成績占比過大，這直接導(dǎo)致了學(xué)生重理論而輕實(shí)踐。同時，原有的實(shí)驗(yàn)由于過于簡單，學(xué)生只需按照指導(dǎo)手冊按部就班操作即可，無法真正鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力。為改革現(xiàn)有的教學(xué)評價與考核方式，建立方式多樣化、內(nèi)容多元化的立體化考核體系；兼顧教學(xué)過程和結(jié)果，實(shí)時優(yōu)化教學(xué)過程，筆者構(gòu)建了“形成性評價”與“終結(jié)性評價”相結(jié)合的立體化評價考核體系，如表2所示。

表2 立體化教學(xué)評價體系

具體來說，第一，教師要對學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺中完成的學(xué)習(xí)、課后作業(yè)、課堂討論研究等形成性過程進(jìn)行綜合評價考核，并結(jié)合督導(dǎo)建議進(jìn)一步優(yōu)化學(xué)期中的教學(xué)方法，對當(dāng)前存在的不足進(jìn)行實(shí)時動態(tài)調(diào)整。第二，學(xué)期末輔以綜合考試成績、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)成績檢驗(yàn)教學(xué)成果，為下一學(xué)期的教學(xué)設(shè)計(jì)提供參考。因此，合理的考核方案實(shí)施，不僅可以有效檢查各個階段的教學(xué)效果，還能方便教師對學(xué)生的知識、能力及職業(yè)素質(zhì)等進(jìn)行判斷，進(jìn)而有針對性地提高人才培養(yǎng)水平。

四、立體化教學(xué)模式的分析與思考

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，立體化教學(xué)模式除了嘗試“學(xué)生為主、教師為輔”的教學(xué)方式變革，還構(gòu)建起形成性評價和終結(jié)性評價結(jié)合的立體化評價方法，效果顯著。

第一，在“互聯(lián)網(wǎng)+”導(dǎo)向的基礎(chǔ)上，利用智慧樹、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)參與程度明顯提升。同時，網(wǎng)上優(yōu)質(zhì)共享資源進(jìn)一步拓展了教師在教學(xué)內(nèi)容上的廣度與寬度。

第二，課堂討論環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了學(xué)生為中心的理念，讓學(xué)生自主提出問題、解決問題，通過合作培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作能力以及思考分析問題的能力。

第三，立體化評價體系的構(gòu)建，結(jié)合了“反饋”和“優(yōu)化”理念，教師不僅可以根據(jù)形成性評價解決在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，而且可以根據(jù)終結(jié)性評價判斷這一階段整體的教學(xué)效果，為下一階段教學(xué)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

第四，教師自身的能力得到提升，其在提高課堂精講授課能力的同時，也鍛煉了多元化課堂的構(gòu)建能力、課堂討論題目及擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力以及課堂的組織能力。

五、結(jié)語

本文為改善電氣控制與PLC原理課程現(xiàn)有教學(xué)模式的不足，針對現(xiàn)有學(xué)生特征，初步探索了立體化教學(xué)模式。根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)，將教學(xué)方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)為兩個獨(dú)立模塊，課內(nèi)包括教師精講部分、學(xué)生討論探究部分和擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)部分；課外主要包含分組討論、教師輔導(dǎo)答疑和課程擴(kuò)展實(shí)踐活動。對教學(xué)效果采取立體化評價考核體系，主要有：利用學(xué)生反饋信息、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺考核、督導(dǎo)評估、學(xué)生作業(yè)等形成性評價指標(biāo)優(yōu)化學(xué)期中的教學(xué)方法；利用考試成績和擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)成績等終結(jié)性評價指標(biāo)對下次課程教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋修正。整個實(shí)施過程是一個多閉環(huán)系統(tǒng)，且是一個持續(xù)改進(jìn)、不斷修正的過程，最終可以達(dá)到課程的實(shí)施效果與預(yù)先教學(xué)目標(biāo)趨于一致，即閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定。