李慧

（贛南科技學(xué)院 機電工程系，江西 贛州 341000）

隨著新一輪全球科技革命和產(chǎn)業(yè)變革進程加速深化推進，新的突破性技術(shù)不斷涌現(xiàn)并與先進制造產(chǎn)業(yè)加速融合。作為搶占全球制造業(yè)新一輪競爭制高點的主要突破口，工控自動化發(fā)展水平關(guān)系我國未來制造業(yè)全球地位。PLC 是在制造行業(yè)諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的主流工控技術(shù)，在工業(yè)與信息技術(shù)深度融合發(fā)展的過程中，已成為未來制造業(yè)智能化演進的核心關(guān)鍵之一。作為一門應(yīng)用型本科院校電氣類專業(yè)開設(shè)的面向工控領(lǐng)域的主要課程，電器與PLC 控制技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)中占據(jù)十分重要的地位。新工科背景下，如何培養(yǎng)面向未來智能制造領(lǐng)域所需的具有創(chuàng)新理念、創(chuàng)業(yè)能力、創(chuàng)造精神的高素質(zhì)復(fù)合型工程技術(shù)人才，是當前電器與PLC 控制技術(shù)課程面臨的一項重大挑戰(zhàn)。

一、未來高端制造業(yè)人才專業(yè)能力需求與課程人才培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

伴隨國內(nèi)工業(yè)控制自動化水平的不斷提升與工業(yè)4.0 的到來，PLC 應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)的冶金、機械、電力、電子行業(yè)等逐步擴大到新能源、新材料、新基建等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)制造技術(shù)與AI、VR/AR、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等信息技術(shù)手段深度交叉融合，粗放式、單一化的人力資源能力已無法滿足互聯(lián)、智能、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式需求，這種變革對行業(yè)工程技術(shù)人員在職業(yè)能力、科學(xué)素養(yǎng)、工程技能和發(fā)展?jié)摿Φ确矫娑继岢隽烁叩囊蟆?/p>

作為電氣類專業(yè)學(xué)習(xí)工業(yè)控制自動化技術(shù)的重要課程，電器與PLC 控制技術(shù)具有實踐性強、應(yīng)用性突出的特點，課程學(xué)習(xí)需要具備電路理論、電工技術(shù)、電機原理、自動控制原理以及計算機網(wǎng)絡(luò)、嵌入式技術(shù)和軟件編程開發(fā)等基礎(chǔ)，理論知識點繁雜，加之不同廠家PLC 產(chǎn)品特點不盡相同，課程的理論教學(xué)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計實施受到方法、教材、學(xué)時、設(shè)備、場地及成本等條件因素影響，學(xué)生的理論知識掌握水平和應(yīng)用能力培養(yǎng)成效有限，主要表現(xiàn)在：

1.灌輸式的教學(xué)模式下，學(xué)生被動參與學(xué)習(xí)，教學(xué)內(nèi)容及擴展性受限于空間、時間以及以課堂PPT 展示教學(xué)內(nèi)容為主的教學(xué)手段，缺乏互動和引導(dǎo)，學(xué)生課堂積極性調(diào)動不充分，導(dǎo)致不同接受能力的學(xué)生個體在課堂學(xué)習(xí)知識的認知、理解程度上存在較大差異，學(xué)習(xí)成效無法達到課程培養(yǎng)大綱的要求。

2.教學(xué)資源較為匱乏、陳舊，教材課程體系在內(nèi)容和形式上沒有緊跟PLC 應(yīng)用于智能工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與實踐前沿。學(xué)生對PLC 技術(shù)的應(yīng)用理解停留在課本概念層面，無法形成感性認識和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并且大量枯燥無味的設(shè)備指令代碼及復(fù)雜的電氣控制線路進一步降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，導(dǎo)致學(xué)生知識內(nèi)化動力不足，后續(xù)實踐應(yīng)用能力較弱。

3.隨著5G 的普及，大數(shù)據(jù)時代下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境推動PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷向新興產(chǎn)業(yè)擴展。但其實踐教學(xué)還局限于單一實驗室環(huán)境中在某個廠家平臺下開展有限的固化驗證性、演示性實驗，缺乏開環(huán)實踐實訓(xùn)環(huán)境創(chuàng)設(shè)條件，無法引入新的實訓(xùn)理念和實踐手段，亦無法開展基于行業(yè)實際工程問題的應(yīng)用型、研究型、探索型實踐訓(xùn)練，導(dǎo)致課程實踐教學(xué)與行業(yè)發(fā)展需求背離，學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果不佳。

4.課程考核方式和評價方式原始單一，普遍采用以學(xué)生期末考試成績?yōu)橹鞯膶W(xué)生學(xué)習(xí)成效和教師教學(xué)成效一次性評價標準，缺乏針對知識積累和能力獲得的過程性評價和考核。課程教學(xué)質(zhì)量的跟蹤、反饋、評價、激勵機制不夠完善，無法為持續(xù)改進課程教學(xué)效果、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量提供借鑒依據(jù)。

綜上，電器與PLC 控制技術(shù)現(xiàn)有理論與實踐教學(xué)體系無法滿足新工科建設(shè)對復(fù)合型工程技術(shù)卓越人才的培養(yǎng)要求，亦與智能制造行業(yè)人才專業(yè)能力需求存在較大偏差。為此，本研究基于新工科建設(shè)對工科專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標要求，從學(xué)生知識積累、能力鍛煉和素質(zhì)培養(yǎng)三個維度出發(fā)，以工程教育領(lǐng)域CDIO 理念為核心，以信息技術(shù)支撐下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為切入點，以培養(yǎng)適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)需求和新技術(shù)發(fā)展工程技術(shù)人才為目標導(dǎo)向，深入研究了電器與PLC控制技術(shù)課程教學(xué)創(chuàng)新改革的方向和路徑，并進行了有益的實踐探索。

二、工程教育視角下以學(xué)生為中心的課程教學(xué)體系設(shè)計

未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進程下的智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展將使工業(yè)控制自動化技術(shù)不斷與大數(shù)據(jù)、云計算、5G、人工智能等信息技術(shù)跨界交叉融合。課程作為專業(yè)人才培養(yǎng)的基本組成單元，教學(xué)體系必須超前感知產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢并適應(yīng)行業(yè)企業(yè)對人才專業(yè)能力的實際需要，同時重視對新技術(shù)基礎(chǔ)理論的工程應(yīng)用認知和實踐。國內(nèi)外大量研究表明，相比傳統(tǒng)工科教學(xué)模式，工程教育理念更符合社會和企業(yè)對工程技術(shù)人才培養(yǎng)的預(yù)期要求。課程教學(xué)改革充分借鑒發(fā)揮了工程教育模式在培養(yǎng)復(fù)合型工程技術(shù)創(chuàng)新人才中的重要作用，針對電器與PLC 控制技術(shù)課程教學(xué)中存在的資源、模式、手段、成效等短板，結(jié)合新工科建設(shè)要求，以智能時代工程教育視角構(gòu)建學(xué)生競爭力與創(chuàng)造力培養(yǎng)為核心的PLC 技術(shù)課程教學(xué)體系如圖1 所示。

圖1 課程教學(xué)體系改革創(chuàng)新路徑

課程教學(xué)體系以新工科建設(shè)對人才能力培養(yǎng)的綜合要求為驅(qū)動，以為學(xué)生提供面向未來發(fā)展核心競爭力與價值創(chuàng)造力為目標，探索開辟適應(yīng)PLC 課程教學(xué)特點的全新工程教育路徑，將工程教育模式精準內(nèi)嵌于課程教學(xué)全過程，以行業(yè)發(fā)展為引領(lǐng)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、增強教學(xué)手段；以工程實踐為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)案例、建設(shè)數(shù)字資源；以信息技術(shù)為支撐翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)課堂、激發(fā)學(xué)習(xí)效能；以實踐應(yīng)用為挑戰(zhàn)檢驗學(xué)習(xí)成效、升維工程素養(yǎng)；以學(xué)生全面發(fā)展為依歸，建立多元立體的課程評價與目標達成閉環(huán)反饋機制，持續(xù)評估、改進、提升、鞏固課程教學(xué)效果。

三、課程教學(xué)改革實踐探索

傳統(tǒng)教學(xué)多以知識傳導(dǎo)為主，教學(xué)過程枯燥、單一，且受時間、空間、手段限制，缺乏教學(xué)活力與教學(xué)創(chuàng)新。本研究從電器與PLC 控制技術(shù)課程教學(xué)的三大支撐點出發(fā)，探索并研究工程教育理念與PLC 課程教學(xué)創(chuàng)新改革的全方位、系統(tǒng)性、全過程融合實踐。

（一）以工程應(yīng)用重塑課程內(nèi)容體系

現(xiàn)有課程內(nèi)容體系重理論輕應(yīng)用、重課堂輕實踐、重考試輕過程，學(xué)生普遍存在為考而學(xué)、學(xué)無所用的學(xué)習(xí)體驗。因此，課程教學(xué)內(nèi)容改革以解決復(fù)雜工業(yè)流程的實際應(yīng)用場景為出發(fā)點，根據(jù)工業(yè)控制生產(chǎn)的真實項目對課程內(nèi)容進行整體重塑，將PLC 技術(shù)及其工控應(yīng)用涉及的核心知識點及基礎(chǔ)能力要求作為各授課單元的基本要點和目標組織課程內(nèi)容體系，設(shè)計以項目驅(qū)動教學(xué)、理論支撐實踐的涵蓋思政、通識、數(shù)理、工具、器件、原理、方法、設(shè)備、計算機、設(shè)計、應(yīng)用等面向行業(yè)知識技術(shù)、思維創(chuàng)新、工程應(yīng)用、職業(yè)素養(yǎng)等共性培養(yǎng)需求的課程內(nèi)容體系架構(gòu)，如表1 所示。

表1 電器與PLC 控制技術(shù)課程內(nèi)容體系架構(gòu)

課程內(nèi)容注重夯實計算機數(shù)理通識及電氣控制等工程基礎(chǔ)，按項目漸進式過程將課程內(nèi)容凝練規(guī)劃為學(xué)習(xí)工具、常規(guī)低壓電器、電氣控制線路、PLC 技術(shù)、綜合設(shè)計及課程思政六個教學(xué)目標模塊。橫向整合各模塊細分教學(xué)內(nèi)容的連貫性，形成由通識到專業(yè)、由理論到實踐、由器件到設(shè)備、由設(shè)計到應(yīng)用的全覆蓋、立體化、多層次教學(xué)內(nèi)容體系。

（二）以翻轉(zhuǎn)課堂改變教學(xué)呈現(xiàn)形式

隨著高性能移動數(shù)字終端設(shè)備的大量普及和以5G 為核心的信息技術(shù)的推廣應(yīng)用，不同形式的“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)手段不斷涌現(xiàn)。課程使用超星學(xué)習(xí)通平臺，充分借助數(shù)字化、信息化技術(shù)，設(shè)計了線上線下深度融合的遞歸式多維協(xié)同翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式如圖2 所示。

圖2 遞歸式多維協(xié)同翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

該模式針對課內(nèi)理論教學(xué)設(shè)計了課前導(dǎo)學(xué)、課中研討、課后提升三個教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生作為教學(xué)主體在教師引導(dǎo)下全程互動式參與、體驗、完成各環(huán)節(jié)線上和線下學(xué)習(xí)與訓(xùn)練任務(wù)。

課前：教師根據(jù)課程教學(xué)目標選取工程案例，設(shè)計具有啟發(fā)性、引導(dǎo)性和連貫性且難易適中的學(xué)習(xí)任務(wù)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)制作課程導(dǎo)學(xué)資源并通過線上平臺發(fā)布；學(xué)生通過閱讀分享、視頻自學(xué)、互動交流、挑戰(zhàn)答題等方式完成導(dǎo)學(xué)任務(wù)，形成對下一階段課堂學(xué)習(xí)知識點及其應(yīng)用的初步理解，反饋存在問題及學(xué)習(xí)體會；教師通過線上平臺獲取學(xué)生學(xué)習(xí)反饋并進行問題分類、記錄個體差異，對下一階段課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容、重難點、形式進行設(shè)計調(diào)整。

課中：通過案例引入激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與工程認知，綜合采用課堂討論、個人分享、分組交流等靈活多樣的方式進行案例分析和答疑解惑；利用視頻動畫、虛擬仿真軟件對課堂講授知識點的應(yīng)用開展可視化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進一步加深對所學(xué)技術(shù)理論及其工程應(yīng)用的直觀理解，消除學(xué)生對所學(xué)課程“學(xué)無可用”的困惑感；最后，通過課堂隨測，對學(xué)生參與課堂互動教學(xué)的效果以及對知識點的掌握程度進行評估。

課后：系統(tǒng)性梳理前述教學(xué)環(huán)節(jié)存在問題，通過線上、線下混合方式指導(dǎo)答疑、資源分享、專題作業(yè)鞏固提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效。按項目模式開展分組進階任務(wù)訓(xùn)練，通過分組講解、分組討論、分組問答培養(yǎng)學(xué)生分析能力、表達能力、協(xié)作能力和實踐應(yīng)用能力，充分實現(xiàn)學(xué)以致用，切實破除學(xué)習(xí)個體“打醬油”現(xiàn)象。

（三）以產(chǎn)教融合推動實踐體系創(chuàng)新

實踐教學(xué)作為工程教育理念的最后一環(huán)和課程培養(yǎng)體系的“最后一公里”，是銜接理論學(xué)習(xí)與工程實踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課程實踐教學(xué)體系建設(shè)緊緊圍繞PLC行業(yè)發(fā)展對工程技術(shù)能力的培養(yǎng)要求，以產(chǎn)教融合為引領(lǐng)打造課內(nèi)實操、課外實訓(xùn)、企業(yè)實踐三層銜接、能力遞進的“2+2”實踐教學(xué)體系：以教育部產(chǎn)學(xué)研實驗室建設(shè)項目為載體，聯(lián)合企業(yè)構(gòu)建創(chuàng)新實踐平臺開展產(chǎn)學(xué)研合作；以教育部產(chǎn)學(xué)研師資培訓(xùn)項目為依托，引入行業(yè)企業(yè)具有豐富項目經(jīng)驗的工程技術(shù)人員參與實踐教學(xué)指導(dǎo)，扎實推進校企合作育人；以學(xué)科競賽為支撐牽引，大力培育學(xué)科賽事訓(xùn)練平臺，以賽助研、以研輔教、以教促賽，充分發(fā)揮產(chǎn)教研賽在培育學(xué)生工程實踐及科研創(chuàng)新能力上的突出優(yōu)勢。

課程以實際工業(yè)場景下的工程應(yīng)用問題打造實戰(zhàn)化綜合工程實訓(xùn)項目。項目實戰(zhàn)訓(xùn)練以團隊分組形式參照實際工業(yè)項目流程開展。學(xué)生全程參與項目需求分析、技術(shù)選型和方案設(shè)計，嚴格按照工程規(guī)范分析設(shè)計方案的合理性、可行性，發(fā)現(xiàn)問題并提出解決思路，真正做到學(xué)以致用，充分培養(yǎng)學(xué)生團隊意識、創(chuàng)新意識、挑戰(zhàn)自我的進取精神以及鉆研問題的工匠精神。

四、多元評價視角下的教學(xué)評價機制改革及成效分析

教學(xué)評價是保障課程教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)定和教學(xué)效果持續(xù)改進的有效手段，也是課程培養(yǎng)目標達成的重要依據(jù)。本課程學(xué)生綜合成績評價和課程教學(xué)效果評價，從多個維度、不同尺度進行了科學(xué)合理設(shè)計，多條線反饋并做到客觀、真實、準確地反映課程教學(xué)效果和學(xué)生綜合能力。其中，學(xué)生考核設(shè)計注重各教學(xué)環(huán)節(jié)的全過程、全方位考察，形成覆蓋線上、線下,包括課前學(xué)習(xí)準備、課堂測評、互動交流、分組研討、課后作業(yè)、項目考核等多元課程加權(quán)評分機制，綜合考評學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、知識掌握能力、工程實踐能力、應(yīng)用創(chuàng)新能力；教師評價設(shè)計注重考察教師能否將工程教育理念精準融于新工科建設(shè)要求中，以及教師自身的工程素養(yǎng)和專業(yè)能力，評價范圍從課前的項目選取、資源建設(shè)、任務(wù)設(shè)計、知識儲備，到課中的案例引導(dǎo)、課堂組織、技術(shù)手段、氛圍駕馭，再到課后的輔導(dǎo)答疑、作業(yè)設(shè)計、創(chuàng)賽指導(dǎo)、產(chǎn)教融合等，從多個角度設(shè)計評價指標，通過教學(xué)對象、教師個人、專業(yè)同行、工程人員、用人單位等不同評價主體進行分類評價，最終建立覆蓋“教與學(xué)”“過程與結(jié)果”“課內(nèi)與課外”“學(xué)校與企業(yè)”的多元化立體式課程綜合評價反饋機制，充分保證電器與PLC 控制技術(shù)課程教學(xué)創(chuàng)新改革向縱深推進發(fā)展。

為檢驗教學(xué)創(chuàng)新改革方案實際成效，課程自2020年起選擇校內(nèi)機電大類培養(yǎng)實驗班開展了三個批次的驗證性教學(xué)。學(xué)生學(xué)習(xí)效果綜合評價基于改進設(shè)計的多元化課程教學(xué)考核評價機制，分為課內(nèi)評價和課外評價，評價權(quán)值各占50%，采取過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的方式，進一步強化過程評價對學(xué)生知識、技巧、思維、方法、創(chuàng)新能力養(yǎng)成的指標性作用。其中，理論教學(xué)過程評價覆蓋課前、課堂、課后三個階段，有針對性地選取了能夠反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程、知識內(nèi)化和應(yīng)用能力的指標，按單次成績?nèi)〖訖?quán)平均，分別按課前15%、課中20%、課后15%賦權(quán)，綜合50%期末測試成績?nèi)〉谜n內(nèi)評價成績；實踐教學(xué)評價覆蓋課內(nèi)實驗實訓(xùn)、科研競賽、企業(yè)實踐及項目實戰(zhàn)四個環(huán)節(jié)，以項目挑戰(zhàn)作為課外終結(jié)性評價，考查學(xué)生學(xué)以致用的能力。通過對實驗班學(xué)生綜合成績以及學(xué)習(xí)目標達成度的分析表明，采用工程教育理念并通過信息技術(shù)支持下的翻轉(zhuǎn)課堂，對提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、動力及熱情有明顯促進作用，學(xué)生對課程知識內(nèi)化理解程度以及工程實踐素質(zhì)和科技創(chuàng)新能力得到大幅提升，相比其他未開展驗證教學(xué)的專業(yè)班級，教學(xué)效果得到顯著改善。

五、結(jié)語

綜上所述，以工程理念驅(qū)動教學(xué)過程，將專業(yè)基礎(chǔ)理論與行業(yè)技術(shù)前沿以及工程實際應(yīng)用聯(lián)系貫通，深度融合翻轉(zhuǎn)教學(xué)、虛擬仿真、項目實踐及產(chǎn)學(xué)競賽等教學(xué)手段的電器與PLC 控制技術(shù)課程改革創(chuàng)新實踐，實現(xiàn)了“以教師教學(xué)為中心”向“以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心”的轉(zhuǎn)變，全面激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與發(fā)展?jié)撃埽瑢崿F(xiàn)了學(xué)生從學(xué)到做、從理論到實踐、從應(yīng)用到創(chuàng)新、從個性發(fā)展到素質(zhì)提升的層層遞進。這促進了教師教學(xué)水平、專業(yè)技能和產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人能力的提升，對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革環(huán)境下電氣類專業(yè)核心課程教學(xué)體系的優(yōu)化和卓越工程技術(shù)人才的培養(yǎng)提供了有益借鑒。