电气控制与PLC课程教学与建设浅析

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摘要：根据工程教育专业认证的核心思想，坚持“以学生为中心”，以培养学生工程实践能力为目标，从建立课程质量框架、构建实践教学平台、提升创新实践能力三方面加强电气控制与plc课程建设，重点从教学内容、教学策略、考核方式等方面深化课程教学改革。实践证明，课程建设与教学改革的措施和方案有效激发了学生学习的积极性，提高了学生的工程实践能力。

关键词：工程教育；质量框架；实践能力

西南科技大学自动化专业(2013年获批教育部第三批卓越工程师教育培养计划专业)于2019年顺利通过工程教育专业认证。作为自动化专业的核心专业课程之一，电气控制与PLC课程对工程教育专业认证标准中的培养目标、毕业要求以及课程体系等都具有非常重要的支撑作用。该课程以工程教育专业认证为契机，坚持“以学生为中心”，以培养学生工程实践能力为目标，从建立课程质量框架、构建实践教学平台、提升创新实践能力等方面进行了课程教学与建设的研究与实践。

1“以学生为中心”建立课程质量框架

教学团队根据工程教育专业认证要求，参考迪•芬克提出的以学为中心的综合性课程设计方法，结合高质量课程的共性特征，建立了课程质量框架，包含课程目标、教学内容、教学策略、考核反馈、学习支持、学习成果六大质量要素[1]。首先根据课程预期学习成果确定课程目标，随后根据课程目标设计教学内容、教学策略、考核反馈和学习支持等要素来支持课程目标的达成，最后通过学习成果来评价课程目标达成度。

1.1课程目标的设计

电气控制与PLC应用是将继电器-接触器控制技术、计算机技术、自动控制技术及通信技术融为一体的新型工业技术，包括电气控制技术、可编程控制器原理和应用两大部分。该课程内容十分丰富，且知识面非常广，有显著的实践性、应用性特征。因此，电气控制与PLC课程对学生有着较高的要求，不仅需要学生掌握相关的理论知识，还必须具备工程实践能力。根据自动化专业培养目标，面向工程教育专业认证，紧扣“以学生为中心、以产出为导向、持续改进”的理念，立足课程体系，我校将电气控制与PLC课程的课程目标细化为四个。其中既包含了理论教学的知识目标，又涵盖了实践训练的技能培养目标，着重培养学生的逻辑思维能力和工程实践能力，同时提升自主学习能力和创新意识。

1.2教学内容的整合与更新

教学团队结合课程现状及问题分析，根据课程目标，构建模块化教学内容体系，将课程内容分为电气控制、PLC原理、PLC指令和PLC应用四大模块。通过模块教学实现对课程目标的优化与整合，并根据每一模块的教学重点和难点，单独划分出小目标和小要求，从而使每一个部分的知识构成、能力要求都能明确、清晰，模块与模块之间的联系也更加立体、便捷。这样更有利于教师把握教学重点，在明确的目标之下更深入地挖掘教材，从而找到合适的教学方式[2]。与此同时，教学团队注重教学内容的更新，不断将新知识、新技术和新理论充实到理论教学；注重与企业的交流，及时把适合的科研成果、企业的工程和实践经验应用于实践教学。根据梳理的教学内容体系，教师团队以加强学生应用技术能力的培养为定位，编写并出版了“十三五”国家重点出版物出版规划项目《电气控制与PLC应用技术》教材。

1.3教学策略的创新与探索

课堂教学与网络教学相结合的混合式教学模式受到越来越广泛的关注，已经成为高等教育信息化背景下课程改革的必然方向。雨课堂是在移动互联网与大数据背景下由清华大学和学堂在线共同推出的智慧教学工具。教学团队以雨课堂为载体，将网络教学与课堂教学有机融合，对多种教学资源进行优化组合，使得教学资源、教学情境、教学方法更好地服务于混合式教学的全过程，真正实现“以学生为主体、以教师为主导”的教学模式。理论和实验课前，教师通过雨课堂把包含视频、习题等资源的教学课件直接推送到学生的手机端；课上，教师可以进行随机点名答题、测试等，学生若听不懂某页PPT的内容，可点击该页下面的“不懂”按钮匿名报告；课后，教师根据统计数据及时掌握学生的学习情况(以课堂测试为例，其数据统计如图1所示)，回复学生消息，还可以将作业、学习资料等推送给学生。基于雨课堂的混合式教学，真正实现了整个教学过程中的教与学的双向互动。

1.4考核方式的改革

该课程原教学考核方式是平时成绩10%、实验成绩20%、期末成绩70%，其中平时成绩以作业和考勤为主，实验成绩以实验报告为主。这种评价方式使学生在学习过程中更加注重结果，从而忽视了对能力的培养。为了提高培养目标达成度，教学团队在考核方法上，对以往的考核方式进行调整，转变“重视结果、轻视过程”的思想，实行形成性考核，即教学过程的考核包括期末测试、课堂测试、课后作业、实验过程等内容[3]。平时成绩侧重考查学生的学习过程，占总成绩的20%，以课堂测试、课后作业为主；实验环节侧重考查学生的自主学习、动手实践、分析和解决问题等能力，占总成绩的20%，从预习、过程、报告三方面综合评定成绩，其中过程成绩占实验成绩的60%；期末测试侧重考查学生的实践应用能力，占总成绩的60%，全部为主观性、综合应用性题目。这种与过程评价相结合的多元化考核方式，重视学生的学习过程，能充分反映学生的学习效果。

1.5学习支持的丰富

教学团队不断更新和完善课程资源，比如在雨课堂中增加课程视频、实验指导、案例分析等学习资源，强化学生对课程的理解和贯通，巩固所学专业知识，切实培养解决复杂工程问题的能力。另外，教学团队利用实验室资源、实验技术项目、科研项目等为学生提供实践平台，提升学生的动手实践能力。

2深化产学合作

构建实践教学平台我校以PLC技术为研究方向，与企业展开多渠道、多方式、多维度的产学合作或共建机制，构建实践教学环境，共同开发有关的教学资源，提升教师的实践教学水平。

2.1产学合作共建实验室

我校PLC技术实验室先后与多家企业建立了校企合作、产学研合作关系，共建校企实验室和产学合作协同育人项目示范基地，积极探索培养学生综合素质、创新创业与实践能力的合作育人模式。通过共同开发课程实践环境和有关教学资源，提升了教师的实践教学水平，充分调动了学生的实操欲望，加强了实践能力的培养，取得了较好的效果。

2.2开发教学模型

常规的PLC实验装备为黑箱操作，学生无法了解设备内部的硬件构成及连线。为了使学生“知其然知其所以然”，提高学习兴趣，教学团队借助实验技术研究项目和校企联合实验室的资源，根据各个教学模型的控制要求，以海为PLC控制器为核心，开发了交通灯控制系统、抢答器控制系统、自动计件系统、车库门自动开闭系统、银行排队叫号系统、单部四层电梯系统、高层住宅消防系统、城市照明控制系统等生活中常见的控制系统的教学模型，并用海为组态软件HaiwellCloudSCADA实现了对各系统运行状态的实时监控。

2.3开发交互实验系统

PLC实验装置通常包括PLC设备和相关的实验操作面板，其中实验模块由按钮控制，由指示灯指示运行结果。实验装置无法体现系统的具体运行过程，缺乏直观性，没有图形显示功能，不够人性化[4]。因此，教学团队利用组态和PLC技术，设计了交互实验系统。该系统通过人机交互界面完成对实物对象的控制，并实现对系统运行过程的全真模拟，使控制过程更加直观、逼真，提高了实验教学效果。

3以科技竞赛为引领

提升创新实践能力通过开放实验室和建立西门子科技活动团队等方式，加强研究创新实践活动，提高学生工程实践能力。学生每年在科技竞赛中都能获得多项国家级奖项，从事PLC技术岗位工作的毕业生也受到用人单位的普遍好评。

3.1开放实验室

以实验技术研究项目和科研项目的研究激发学生兴趣，开放实验室，充分利用实验室资源，为有兴趣的学生提供工作平台，让学生在动手实践的过程中提高自主学习能力，锻炼创新能力。

3.2建立西门子科技活动团队

通过以项目研究引领、以创新竞赛激励等方式，加强研究和创新实践活动的开展，进一步促进学生在实践中自我学习，提升实践能力和创新能力。多年来，学生主动参与项目研究和科技竞赛已成为常态，以赛促教、以赛促训、以赛促学、以赛促练，获得了良好的育人效益。以“西门子杯”中国智能制造挑战赛为例，近年来学生先后参加了挑战赛所有赛项的比赛，在分赛区及全国总决赛上都取得了很好的成绩。

4结语

目前，电气控制与PLC课程的教学模式已经从常规的讲授式教学转变为混合式教学，并引入了工程教育专业认证的理念，保证了课程教学目标的达成[5]。课程改革四年多来，学生的学习兴趣、自主学习能力、工程实践能力等都得到了明显提升，该课程的研究成果荣获第六届校级优秀教学成果三等奖。

参考文献

[1]冯晓云,郝莉.探索构建以学生学习与发展为中心的课程质量体系[J].中国大学教学,2018(4):71-75.

[2]佘振军.高职院校电气控制与PLC技术课程教学改革的思考[J].轻工科技,2016(9):170-171.

[3]曹清明,周文化,林亲录,等.以培养目标达成度为导向的食品营养学课程设计[J].湖南科技学院学报,2017(7):35-36,75.

[4]刘尹霞,訾贵昌,邵淑华.MCGS组态软件为平台的虚拟实验教学改革[J].大众科技,2010(7):31-32.

[5]方贵盛,王红梅,戴曦.工程教育认证背景下《电气控制与PLC》课程理实一体化教学模式探索[J].浙江水利水电学院学报,2020(5):83-88.

作者:张春峰 武丽 姜官武 单位:西南科技大学信息工程学院