鄭海春

（西華大學電氣與電子信息學院 四川 成都 610039）

可編程控制器（programable logic controller，PLC）是自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程，PLC將計算機技術引入自動控制中，使軟、硬件結合、相互滲透，具有實踐性、實用性強的特點，它的應用幾乎覆蓋了所有工業(yè)、企業(yè)的電氣控制系統(tǒng)。PLC 的課程目標是使學生獲得PLC 工作原理、軟硬件資源、指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)編程方法、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)等知識；掌握PLC 控制系統(tǒng)的設計、安裝、調試、維護等技能；養(yǎng)成安全第一、科學嚴謹、團隊協(xié)作、勇于創(chuàng)新等素質。

為應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，教育部在2017年啟動“新工科”建設，高等學校必須主動進行改革，才能適應企業(yè)和國家對創(chuàng)新型人才的需求。隨著科學技術的發(fā)展，產業(yè)升級改造不斷加快，市場對PLC 技術人才的能力需求越來越高，傳統(tǒng)的教育已不能滿足用人單位的急切要求。因此，探索新的教學方法、提升PLC 教學效果，增強學生就業(yè)競爭力的教學改革勢在必行。

1 教學中的“痛”點

1.1 實驗學時偏少，實驗設備過時

PLC 課程總共40 學時，其中實驗8 學時。實驗學時比例偏低。這與該門課程實踐性、實用性強的特點不相適應，不能充分鍛煉學生的實踐、創(chuàng)新能力。課程的實驗設備是三菱的FX2N 系列小型PLC，該系列產品目前已處于停產狀態(tài)。而且由于實驗設備最初設計時缺少工業(yè)上廣泛使用的模擬量模塊、編碼器、觸摸屏、工業(yè)總線網絡接口、變頻器、伺服機構等，學生的大部分實驗只能針對簡單的開關量控制，實驗內容缺乏高階性、系統(tǒng)性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性，與工廠自動化需求脫節(jié)。

1.2 教學方法單一，理論與實踐分離

傳統(tǒng)的PLC課程教學普遍是以教師為中心，教學活動圍繞教師、教材、教室三個中心展開，課堂講授面面俱到，教師無暇顧及學生個體的學習效果。學生處于被動學習狀態(tài)，聽課、記筆記，這樣的課堂已無法適應移動互聯(lián)時代學生獲取知識渠道、方式和態(tài)度的變化。優(yōu)質的國家級精品開放課、MOOC 等資源豐富而生動，傳統(tǒng)課堂面臨巨大挑戰(zhàn)。學生對學習無新鮮感、無興趣，主動性差，思維不活躍，甚至開小差。

PLC課程普遍采用先講理論課，后上實驗課的分階段方式，看似合理，實則硬生生將理論與實踐分離。導致課堂上老師所講的理論和編寫的程序，學生無法即時驗證，成就感不高。而真正等到實驗課，學生有興趣的時候，才發(fā)現(xiàn)前面老師講的很多內容當時沒有認真聽，這時課程也接近尾聲了。理論與實踐的分離，學生學習效果差，達不到應用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標。

1.3 考核方式不合理，與課程目標“偏離”

本門課程實踐性、實用性強，課程目標不僅要求學生掌握PLC 的基本原理、編程方法等知識，還應具備PLC 控制系統(tǒng)設計、安裝、調試、維護等技能，此外還需養(yǎng)成安全第一、科學嚴謹、團隊協(xié)作、勇于創(chuàng)新等素質。目前PLC 課程的總成績由四部分構成：平時成績（10%）、期中考試（10%）、實驗成績（10%）、期末考試成績（70%）。期末考試采用試題（卷）的方式進行考核，所占比重過大。過程性評價分值太低，不利于全面、真實、綜合地考核學生的知識、技能和素養(yǎng)。這一考核方式導致了學生學習的不良導向，只要考前突擊一下，刷刷題就能拿高分，偏離了課程應有的方向和目標。

2 教學改革探索與實踐

2.1 修訂教學大綱，構建新的教學內容體系

筆者通過廣泛調研學習，到省內其他高校PLC實驗室參觀交流，以及對自動化工廠設備研發(fā)生產企業(yè)的人才需求調研，了解到多數(shù)高校和企業(yè)對自動化專業(yè)學生的要求是掌握西門子PLC 的硬件組態(tài)、軟件編程和工業(yè)組網。

西門子公司發(fā)布的TIA Portal（“博途”）全集成軟件開發(fā)平臺，將所有自動化軟件工具集成在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境中，用戶能夠對幾乎所有的西門子自動化和驅動產品進行組態(tài)、編程和調試?！拔鏖T子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽是目前國內智能制造領域規(guī)模最大的學生類競賽之一，且該競賽在2019年已進入中國高教學會高校學科競賽排行榜項目?？紤]到用人市場對PLC就業(yè)人才的要求，西門子PLC已是市場主流，為增加學生的就業(yè)競爭力，課程組決定修訂教學大綱，構建新的教學內容體系，以改革促發(fā)展。

本校PLC 課程教學大綱修訂過程中大幅度增加實驗學時數(shù)，由原來的8 學時提高到16 學時，解決實驗學時偏少問題，進一步加強學生實踐動手能力的培養(yǎng)。課程新大綱還以市場對人才的需求為導向，探索以西門子S7-1200 PLC 為教學內容的教材和實驗平臺建設。

教材建設是教學內容構建的重要環(huán)節(jié)，好的教材可以引發(fā)學生深思。針對目前教材中存在大量手冊翻譯，敘述過于煩冗，重點不突出，結構不系統(tǒng)，不能很好輔助學生自學的問題，課程組自編以西門子S7-1200 為主要授課內容的新形態(tài)教材。教材的編寫側重以學生的視角安排章節(jié)，真正為學生服務，將教師多年教學經驗的總結、感悟和體會融入教材編排，讓學生少走彎路，真正提高學生的自學效率。

在西門子實驗教學設備的建設上，通過和生產企業(yè)合作，建設敞開式、定制化、多層次的實驗裝置，且嚴格按照工廠自動化標準設計，以滿足PLC課程的實驗、設計、創(chuàng)新以及競賽需求。敞開式的實驗裝置讓學生清晰看到模塊之間導線的連接和走向，增強學生對工業(yè)設備布線的視覺感。實驗開始前，教師會讓學生仔細觀察實驗設備，經過小組討論后畫出整個實驗裝置的電氣原理圖、布置圖以及安裝接線圖，提高學生分析、設計和繪圖能力。

2.2 混合式教學模式

傳統(tǒng)的教學方法是以教師為中心，采用講授法為主，師生間、學生間互動不足，學生的學習興趣得不到調動，影響教學效果。筆者使用“學習通”工具平臺提升教學效果和延展教學環(huán)境，運用“翻轉課堂”增強課堂互動性，采用SPOC 資源豐富教學內容，構建“以學生為中心”理念下的混合式教學模式。教學設計過程主要包括課前學習、課中內化和課后拓展三個階段。

“學習通”工具平臺的使用，使得教學組織更加科學化，教學評價更加多元化，教學活動更加多樣化，教學反饋更加即時化，學習體驗更加生動化。該教學模式不僅可以有效實現(xiàn)“課內課外”“線上線下”的時空延展，還能通過提高學生課堂的參與度，激發(fā)學生的高階思維水平，使學生對課程內容產生濃厚的興趣，從“要我學”轉變成“我要學”。更為重要的是，通過“學習通”工具平臺強大的后臺數(shù)據支撐，教師可以關注到每位同學的學習情況，教師從“教育資源的輸出者”轉變成“高效、高質量學習的促進者”。真正實現(xiàn)教學活動圍繞“以學生為中心”的學生發(fā)展、學生學習、學習效果的新“三中心”。

2.3 搭建虛擬仿真實踐平臺

PLC課程需要理論和實踐緊密結合，課程組為每位學生搭建虛擬仿真實踐平臺，用來實現(xiàn)理論和實踐的緊耦合。實踐證明，這種緊耦合行之有效，而且對激發(fā)學生興趣進而主動投入課程學習效果顯著。

虛擬仿真實踐平臺不受物理實驗室的時空限制，真正是以學生為中心，對學生的課前預習、課后鞏固方便有效。課程組老師采用VMware 虛擬機的方式，為學生搭建實踐平臺并分享給學生。學生通過在自己的電腦上加載教師提供的虛擬機鏡像文件，輕松實現(xiàn)將實驗室搬到電腦里，為理論與實踐的無縫銜接以及混合式教學模式改革奠定了重要的實踐基礎。

2.4 構建科學合理的課程評價體系

本次課程評價體系改革的指導思想是既重視教學過程中學生的學習行為記錄，也重視學生學習成果的檢查與考核，對學生的知識、技能和素養(yǎng)進行綜合考核。

課程改革利用“學習通”平臺的統(tǒng)計工具，“學習通”為教師提供了豐富的信息化工具，方便開展考勤簽到、討論、投票、隨堂測驗、搶答、問卷等活動并由后臺自動生成統(tǒng)計圖表。此外，通過“學習通”的視頻反芻比、教學預警等功能可以讓教師及時了解學生的學習態(tài)度和效果，關注學生的學習過程，讓每一個學生都能夠積極參與到教學中去。

傳統(tǒng)的期中成績是采用紙質試卷的線下方式，印制、批改、歸檔等工作流程煩瑣，靈活性差。改革后的期中考試全部采用“學習通”平臺線上組卷，設置試卷定時發(fā)放、考試時長、多題多卷、試題亂序、客觀題自動閱卷等功能?？荚囆问饺圆捎镁€下教師監(jiān)考，學生攜帶手機進入教室，直接在手機的“學習通”APP上作答，對于需要繪圖的設計性題目，學生在草稿紙上作答后直接拍照上傳。而且“學習通”平臺的“監(jiān)考”功能可以讓教師隨時查看學生離開“學習通”平臺的次數(shù)，作為疑似作弊的重要依據，真正實現(xiàn)無紙化考試、高效閱卷、自動存檔功能，并且學生可以及時得到成績、答案、排名等考試信息的在線及時反饋。

改革后的實驗成績所占比例由原來的10%提高到20%，這也是和實驗學時的增加以及進一步強調學生的實踐、動手能力的課程目標相適應。改革前的實驗課成績由操作成績和實驗報告成績兩部分組成，各占實驗課總成績的50%，但操作成績具體怎么評定沒有明確的指標，而實驗報告同學們完成的情況也都大同小異，無法分出層次，實驗成績的高低不能真實反映學生的實踐、動手能力的強弱，造成了實驗課不積極、不主動的惡性循環(huán)。為此，本次教學改革對實驗課程的成績評定方法進行了細化，每次實驗課都制定了詳細的內容考核表，由老師逐項進行打分，激發(fā)了學生的實驗熱情。

3 結論

針對可編程控制器教學的“痛”點，以課程教學要達到的人才培養(yǎng)目標為導向，從教學內容體系、教學模式、實踐平臺、考核評價等方面進行改革和實踐。提高了教學效果，激發(fā)了學生的學習熱情，由“被動學”變?yōu)椤爸鲃訉W”，充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用，促進了可編程控制器課程教學質量和學生綜合素質、就業(yè)競爭力的提高。