劉忠超，范靈燕，蓋曉華，張洗玉

（1 南陽理工學(xué)院 智能制造學(xué)院，473004，河南南陽；2 廣西科技師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，546199，廣西來賓）

我國2006 年開始實(shí)施國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證制度，目前已經(jīng)成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國，工程教育認(rèn)證質(zhì)量得到了國際的認(rèn)可[1]。工程教育認(rèn)證，促進(jìn)了專業(yè)建設(shè)和發(fā)展，激發(fā)了相關(guān)課程的教學(xué)改革，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

可編程序控制器課程是南陽理工學(xué)院自動化專業(yè)平臺必修課。該課程是學(xué)生今后從事控制系統(tǒng)工程、自動化等領(lǐng)域工作必須掌握的一門重要的專業(yè)應(yīng)用技術(shù)課程，其內(nèi)容是自動化多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，集傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)、現(xiàn)代PLC 控制技術(shù)為一體[2]。該課程理論和實(shí)踐結(jié)合非常緊密，經(jīng)過課程組多年的建設(shè)和課程改革，2019 年該課程被認(rèn)定為河南省首批線下一流本科課程，也是南陽理工學(xué)院校級一流課程建設(shè)項(xiàng)目[3]。

可編程序控制器課程傳統(tǒng)教學(xué)模式重理論輕實(shí)踐，以“教”為中心，學(xué)生的學(xué)習(xí)脫離工程實(shí)際應(yīng)用，遇到實(shí)際工程項(xiàng)目問題時無法解決。針對傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的問題，以南陽理工學(xué)院自動化專業(yè)工程教育認(rèn)證為契機(jī)，為了更好地發(fā)揮可編程序控制器課程在人才培養(yǎng)體系中的作用，適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)需求[4]，本文探索構(gòu)建了以學(xué)生為中心，項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動、理實(shí)一體的課程教學(xué)模式，為課程目標(biāo)的較好實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

1 可編程序控制器課程傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

根據(jù)工程教育認(rèn)證的OBE 理念，課程教學(xué)內(nèi)容要圍繞著課程目標(biāo)，課程的教學(xué)組織和質(zhì)量評價(jià)圍繞著課程目標(biāo)達(dá)成而開展實(shí)施[5]?？删幊绦蚩刂破髡n程傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要存在以下幾方面問題。

（1）可編程序控制器課程與實(shí)際結(jié)合緊密，但教學(xué)內(nèi)容偏向理論，離應(yīng)用還有一定的距離。大部分教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致在講授該課程時采用傳統(tǒng)的按照知識遞進(jìn)、章節(jié)式的方式來進(jìn)行理論知識的組織與傳授。雖然保證了該課程知識的完整性、系統(tǒng)性和學(xué)生的可接受性，但是該課程的性質(zhì)是提高學(xué)生的動手能力，學(xué)生雖然掌握了一定的理論知識，但是如何在實(shí)際生產(chǎn)生活中應(yīng)用則掌握得較弱。

（2）可編程序控制器課程舊版教學(xué)大綱中所制定的教學(xué)目標(biāo)基于傳統(tǒng)知識的掌握度和完整性，體現(xiàn)不了學(xué)生能力的達(dá)成，也不能完全支撐該課程所對應(yīng)的畢業(yè)要求。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容不能完全有效支撐工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下該課程的教學(xué)目標(biāo)。

（3）可編程序控制器課程傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師為中心，學(xué)生圍繞教師的教學(xué)進(jìn)度轉(zhuǎn)，課堂上以教師理論知識灌輸為主，學(xué)生主動性較差，只是作為知識的被動接受者，缺乏對教學(xué)活動的深度參與，造成課堂出現(xiàn)學(xué)生玩手機(jī)、抬頭率低、課堂注意力不集中的現(xiàn)象，使學(xué)生的學(xué)習(xí)停留在知識認(rèn)知的表面層次，影響了課程的學(xué)習(xí)效果，未能實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的工程教育認(rèn)證理念，對學(xué)生能力達(dá)成的作用較弱。

2 可編程序控制器課程目標(biāo)

根據(jù)“反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤钡墓こ探逃龑I(yè)認(rèn)證思想，首先根據(jù)南陽理工學(xué)院自動化專業(yè)的2021 版人才培養(yǎng)方案，緊扣“以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，立足專業(yè)課程體系，根據(jù)專業(yè)的畢業(yè)要求及課程與畢業(yè)要求的對應(yīng)矩陣，去設(shè)計(jì)可編程序控制器課程目標(biāo)[6]。本課程所對應(yīng)的畢業(yè)要求是工程知識、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案和工程與社會，該課程的教學(xué)目標(biāo)，應(yīng)與學(xué)生畢業(yè)要求能力達(dá)成形成支撐。2021 版新修訂的可編程序控制器課程大綱將課程目標(biāo)細(xì)化為3 個：課程目標(biāo)1 是了解PLC 技術(shù)發(fā)展歷程、掌握常用低壓電器的使用、PLC 系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理及編程方法，并能夠?qū)⑸鲜隼碚摗⒎椒ㄓ糜谧詣踊こ讨械腜LC 系統(tǒng)解決方案的比較與綜合；課程目標(biāo)2 是能夠分析控制系統(tǒng)技術(shù)需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟硬件方案，掌握PLC 的程序設(shè)計(jì)及仿真和調(diào)試方法，并能在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識；課程目標(biāo)3 是通過課程學(xué)習(xí)，了解相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中規(guī)范使用電氣元件的圖形符號和文字，遵守統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的法律、法規(guī)等。3 個課程目標(biāo)既包含了知識目標(biāo)，又涵蓋了工程實(shí)踐能力目標(biāo)，課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐說明如表1 所示。

表1 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

同時，為了實(shí)現(xiàn)全方位育人的培養(yǎng)目標(biāo)，新修訂的該課程大綱還制定了課程的德育目標(biāo)，其德育目標(biāo)是理解“中國制造2025”和“工業(yè)4.0”的內(nèi)涵，能夠正確認(rèn)識可編程序控制器在工業(yè)生產(chǎn)和其他生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要作用，提高學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，將思政元素融入專業(yè)課堂教學(xué)，養(yǎng)成正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生勇于創(chuàng)新、科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。培養(yǎng)學(xué)生具有主動參與、積極進(jìn)取、崇尚科學(xué)、探究科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和思想意識，養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真細(xì)致、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和職業(yè)道德。

3 可編程序控制器課程教學(xué)改革

3.1 對照課程目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

可編程序控制器課程作為南陽理工學(xué)院自動化專業(yè)核心課程，在有限的48 學(xué)時中，如何讓學(xué)生構(gòu)建可編程序控制器的知識體系，并獲得相應(yīng)的工程實(shí)踐能力，對該課程的教學(xué)內(nèi)容組織提出了較高的要求。

可編程序控制器課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對該門課程的教學(xué)目標(biāo)和過往實(shí)際教學(xué)中存在的問題，打破傳統(tǒng)的循序漸進(jìn)式章節(jié)教學(xué)內(nèi)容組織方式，優(yōu)選精簡典型工程項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了12 個工程教學(xué)項(xiàng)目和相應(yīng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)，項(xiàng)目按照學(xué)生認(rèn)知和接受規(guī)律，科學(xué)合理地覆蓋了課程教學(xué)內(nèi)容，通過實(shí)際工程項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了知識學(xué)習(xí)與實(shí)際工程的接軌，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。每個教學(xué)項(xiàng)目均有一定的教學(xué)目標(biāo)任務(wù)，工程教學(xué)項(xiàng)目及項(xiàng)目訓(xùn)練任務(wù)如下。

（1）三相異步電動機(jī)星-三角降壓啟動控制：①了解接觸器、時間繼電器等低壓電器元件結(jié)構(gòu)、工作原理及使用方法；②掌握異步電動機(jī)星-三角降壓啟動控制電路的工作原理及接線方法；③熟悉控制電路的故障分析與排除方法。

（2）查閱資料，調(diào)研PLC 市場及應(yīng)用現(xiàn)狀：①了解PLC 的應(yīng)用及最新的技術(shù)發(fā)展，充分認(rèn)識精益求精的品質(zhì)精神和不斷推動產(chǎn)品升級換代的創(chuàng)新精神；②了解我國PLC 的相關(guān)企業(yè)及主流產(chǎn)品，通過與歐美日等國家先進(jìn)的可編程控制器技術(shù)比較，培養(yǎng)以“技”報(bào)國的社會責(zé)任感和愛國主義精神；③了解社會對PLC 編程、PLC 調(diào)試等PLC 工程師崗位的要求，了解職業(yè)規(guī)劃。

（3）S7-1500 的硬件配置、安裝與接線：①認(rèn)識S7-1500 PLC 的相關(guān)硬件模塊；②學(xué)會對S7-1500 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行基本的配置；③學(xué)會安裝和拆卸S7-1500 PLC 相關(guān)模塊。

（4）電機(jī)啟保停項(xiàng)目的建立、程序下載與調(diào)試：①學(xué)會西門子TIA Portal 軟件的安裝、配置和卸載；②熟練掌握西門子TIA Portal 軟件的基本操作；③掌握項(xiàng)目建立的方法與步驟；④熟練掌握程序的下載與調(diào)試方法。

（5）振蕩電路的設(shè)計(jì)：①熟練掌握西門子TIA Portal軟件的基本操作；②掌握項(xiàng)目的建立方法與步驟；③熟悉TIA 軟件的基本使用方法，學(xué)會運(yùn)用一些基本指令進(jìn)行編程；④熟練掌握S7-1500 定時器指令的使用方法。

（6）計(jì)數(shù)器指令綜合應(yīng)用：①熟練掌握西門子TIA Portal 軟件的基本操作；②掌握項(xiàng)目的建立方法與步驟；③熟練掌握S7-1500 計(jì)數(shù)器指令的類型及使用方法；④訓(xùn)練合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制功能的能力。

（7）多功能流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：①熟練掌握西門子TIA Portal 軟件的基本操作；②掌握項(xiàng)目的建立方法與步驟；③熟練掌握S7-1500 基本指令的使用方法；④具有應(yīng)用S7-1500 指令實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制功能的能力。

（8）多級分頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)：①熟練掌握西門子TIA Portal 軟件的操作；②學(xué)會S7-1500 的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)；③熟練掌握S7-1500 函數(shù)的使用方法；④具有綜合應(yīng)用S7-1500 指令完成控制任務(wù)的能力。

（9）加熱爐溫度模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：①熟悉模擬量信號與數(shù)字量信號的區(qū)別；②掌握S7-1500 PLC 模擬量模塊的接線和參數(shù)設(shè)置；③熟練掌握S7-1500 PLC 模擬量處理技術(shù)；④掌握PID 控制、組態(tài)和調(diào)試的要點(diǎn)。

（10）恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：①熟悉模擬量信號與數(shù)字量信號的區(qū)別；②掌握S7-1500 PLC 模擬量模塊的接線和參數(shù)設(shè)置；③熟練掌握S7-1500 PLC 模擬量處理技術(shù)；④掌握PID 控制、組態(tài)和調(diào)試的要點(diǎn)；⑤掌握變頻器的使用方法。

（11）十字路口交通燈控制人機(jī)界面設(shè)計(jì)：①掌握西門子觸摸屏的接線和參數(shù)設(shè)置；②熟練掌握HMI 的畫面組態(tài)設(shè)計(jì)方法；③掌握觸摸屏與PLC 之間通信和調(diào)試的方法；④熟悉西門子PLC 編程軟件及觸摸屏的使用，能夠熟練運(yùn)用PLC 編程軟件編寫一些簡單程序并用觸摸屏控制。

（12）物流線倉庫庫存控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：①了解PLC控制系統(tǒng)典型的應(yīng)用設(shè)計(jì)；②熟練掌握HMI 的組態(tài)設(shè)計(jì)方法；③掌握PLC 與觸摸屏聯(lián)合實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互現(xiàn)場控制的設(shè)計(jì)方法；④掌握系統(tǒng)的調(diào)試和診斷方法，能夠解決控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題。

3.2 以學(xué)生為中心，理實(shí)一體實(shí)施教學(xué)

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求以學(xué)生為中心，因此可編程序控制器課程在教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施前明確項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)和目標(biāo)，摒棄傳統(tǒng)“滿堂灌”的課堂教學(xué)模式，基于“任務(wù)驅(qū)動+翻轉(zhuǎn)課堂”，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生積極主動去深度參與課堂教學(xué)活動[7]。理論知識學(xué)習(xí)與實(shí)踐動手相互融合，同步進(jìn)行，互相滲透，教師和學(xué)生實(shí)時溝通交流，實(shí)時解決問題，打破了教師和學(xué)生的界限，避免了課堂教師純粹的理論講解而使學(xué)生出現(xiàn)聽覺疲勞的現(xiàn)象，真正做到了做中學(xué)、學(xué)中思、思中升，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和有效性。

同時，項(xiàng)目組內(nèi)同學(xué)之間也可以互相探討、優(yōu)點(diǎn)共學(xué)、共同進(jìn)步，在項(xiàng)目實(shí)施完成后，讓項(xiàng)目小組自主匯報(bào)項(xiàng)目完成情況，給予學(xué)生充分的自由權(quán)，鍛煉學(xué)生的溝通能力、口頭表達(dá)能力、查閱文獻(xiàn)能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，促進(jìn)學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)自主性的發(fā)揮，使課堂真正成為學(xué)生受益的“沃土”。

通過實(shí)施理實(shí)一體化課程教學(xué)改革，改變傳統(tǒng)課堂以教師為中心、知識傳授為本的教學(xué)模式，真正激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的對知識的探尋動力，實(shí)現(xiàn)貫徹OBE 教學(xué)理念，以學(xué)生為中心、能力和素質(zhì)提升為本的教學(xué)模式。

3.3 以賽引領(lǐng)，提升動手創(chuàng)新能力

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的創(chuàng)新和工程實(shí)踐動手能力，學(xué)院每年舉辦全體學(xué)生參與的“PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”專業(yè)技能大賽，并開放PLC 實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在課余時間充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，在動手實(shí)踐中提高課程學(xué)習(xí)的自主性和興趣，鍛煉創(chuàng)新能力。

同時，以“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽為引領(lǐng)，通過競賽激勵學(xué)生積極參與，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力。近年來，學(xué)院自動化專業(yè)學(xué)生參加了中國智能制造挑戰(zhàn)賽的相關(guān)賽項(xiàng)，取得了較好的成績。

通過圍繞可編程序控制器課程的專業(yè)技能競賽和中國智能制造挑戰(zhàn)賽，以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促練，獲得了較好的教學(xué)效果[8]。

3.4 持續(xù)改進(jìn)，完善課程評價(jià)方法

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求建立較好的課程質(zhì)量評價(jià)和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。針對可編程序控制器課程，形成了“評價(jià)-反饋-持續(xù)改進(jìn)”的閉環(huán)教學(xué)改進(jìn)流程[9]，課程采用定性和定量評價(jià)相結(jié)合的方式。定性評價(jià)主要依據(jù)學(xué)生達(dá)成度問卷調(diào)查來實(shí)施，根據(jù)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)和課程目標(biāo)設(shè)計(jì)問卷，問卷主要反映的是學(xué)生自我達(dá)成情況的主觀反饋，不計(jì)入學(xué)生達(dá)成度，僅僅作為持續(xù)改進(jìn)的參考[10]。

定量評價(jià)主要依據(jù)課程目標(biāo)的達(dá)成度，傳統(tǒng)的可編程序控制器課程教學(xué)評價(jià)主要以期末考試成績?yōu)橹?，主要考查學(xué)生理論知識的掌握達(dá)成情況，未能對學(xué)生的動手和解決問題的能力進(jìn)行考核。因此，改革后的可編程序控制器課程評價(jià)注重過程性考核，基于平時作業(yè)、項(xiàng)目考核和期末考試成績來進(jìn)行。本課程的綜合成績評定由平時作業(yè)成績（20%）、項(xiàng)目考核成績（40%）和期末考試成績（40%）構(gòu)成，這種多元化的考核方式能夠?qū)崿F(xiàn)對課程目標(biāo)的全面考核，重視了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，能夠充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為課程目標(biāo)的達(dá)成評價(jià)奠定基礎(chǔ)[11]。各考核方式與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系如表2 所示，同時對每個課程目標(biāo)的不同考核方式，制定了易操作、好評價(jià)的考核內(nèi)容和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 各種考核方式對課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系

通過建立持續(xù)改進(jìn)的評價(jià)機(jī)制，提高該門課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，有效地保障本課程對所支撐的畢業(yè)要求觀測點(diǎn)的達(dá)成。

4 結(jié)語

（1）基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，結(jié)合南陽理工學(xué)院自動化專業(yè)特色，對可編程序控制器課程進(jìn)行有效改革，針對課程支撐的畢業(yè)要求，設(shè)置課程目標(biāo)，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，建立課程評價(jià)和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

（2）理實(shí)一體的課程教學(xué)體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和效果，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力、綜合思維能力和工程應(yīng)用能力。

（3）改革傳統(tǒng)可編程序控制器課程考核方式，采用“項(xiàng)目過程+結(jié)果”的考核方式能夠更加科學(xué)地對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價(jià)。實(shí)現(xiàn)了專業(yè)知識、工程能力和素質(zhì)的綜合提升，取得了良好的教學(xué)效果。

（4）可編程序控制器課程通過一系列課程改革和建設(shè)，較好地保證了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，有效地支撐了南陽理工學(xué)院自動化專業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求的達(dá)成。