基于成果導(dǎo)向的“可編程控制”實(shí)訓(xùn)課程的研究

王杏進(jìn)，何 瑩

（韶關(guān)學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東 韶關(guān)512005）

成果導(dǎo)向教育作為教育改革的先進(jìn)理念，在美、英等國(guó)歷經(jīng)20多年的理論研究和實(shí)踐探索，形成了較為完備的理論體系，在各國(guó)的教育改革實(shí)踐中不斷豐富完善［1］。隨著我國(guó)正式成為工程教育認(rèn)證專業(yè)協(xié)議“華盛頓協(xié)議”的成員國(guó)，成果導(dǎo)向教育的教育理念也逐漸被國(guó)內(nèi)的工科院校所認(rèn)同，工程認(rèn)證也成為工科專業(yè)實(shí)現(xiàn)國(guó)際互通的一個(gè)有效途徑［2］。以自動(dòng)化專業(yè)“可編程序控制”實(shí)訓(xùn)課程為例，采用基于成果導(dǎo)向的理念進(jìn)行教學(xué)改革，取得良好的效果。

一、傳統(tǒng)可編程控制器及實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)存在的問題

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大型控制系統(tǒng)中，PLC是被廣泛選擇的控制方式，為此自動(dòng)化專業(yè)將可編程控制及實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置為專業(yè)必修課，并安排了充足的課時(shí)：理論課52學(xué)時(shí)，實(shí)訓(xùn)課48學(xué)時(shí)。實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)目的是要求學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生用PLC控制器控制實(shí)際工業(yè)對(duì)象，完成設(shè)計(jì)調(diào)試流程。

傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課開設(shè)流程是：先給出確定的設(shè)計(jì)對(duì)象和要求，再指導(dǎo)學(xué)生完成程序設(shè)計(jì)和仿真，最后在實(shí)驗(yàn)箱上完成效果驗(yàn)證。這種方式存在以下幾方面問題：

首先，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展的選題有限，無法滿足不同層次設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)箱只能提供基本的控制功能調(diào)試和驗(yàn)證，無法讓學(xué)生面向一個(gè)完整工業(yè)控制系統(tǒng)，形成系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)從工程建立、設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)過程的訓(xùn)練。

其次，教學(xué)方法單一。實(shí)訓(xùn)執(zhí)行中，教師分階段填鴨式地指導(dǎo)，學(xué)生按部就班設(shè)計(jì)，完全依賴課堂時(shí)間。不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生被一視同仁，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

最后，評(píng)價(jià)體系簡(jiǎn)單，效果不理想。課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生只需要在實(shí)驗(yàn)箱完成設(shè)計(jì)效果驗(yàn)證，并完成實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)報(bào)告，即可以通過考核。這種評(píng)價(jià)方式已經(jīng)不適合新工科環(huán)境下的要求。

針對(duì)以上存在的問題，提出基于面向成果導(dǎo)向的課程教學(xué)改革。

二、成果導(dǎo)向的理論依據(jù)

成果導(dǎo)向教育由美國(guó)社會(huì)學(xué)家和教育家斯派蒂提出，其前提是“所有的學(xué)生均能學(xué)習(xí)并獲得成功”［3］，以學(xué)生為本的教育理念強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)等教學(xué)實(shí)踐都聚焦于學(xué)生接受教育后獲得的學(xué)習(xí)成果；教學(xué)實(shí)施應(yīng)以學(xué)生為中心，制定多元的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求和教學(xué)策略；根據(jù)學(xué)生的特質(zhì)和個(gè)體差異，制定個(gè)性化的評(píng)價(jià)等級(jí)，適時(shí)評(píng)價(jià)和反饋，準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)修正教學(xué)設(shè)計(jì)與內(nèi)容，幫助學(xué)生獲取良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在成功的學(xué)習(xí)中獲得成功，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性［2］。

成果導(dǎo)向教育的核心要素包括以學(xué)生為中心，其關(guān)鍵步驟為：確立可以清楚表達(dá)和測(cè)評(píng)的學(xué)習(xí)成果；構(gòu)建教學(xué)的課程體系；規(guī)劃教學(xué)策略；建立自我評(píng)價(jià)參考體系；目標(biāo)達(dá)成的檢驗(yàn)［3］。

三、基于成果導(dǎo)向教育理念的可編程實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革的具體實(shí)施

成果導(dǎo)向教育是一個(gè)結(jié)構(gòu)模型，用于組織、實(shí)施和評(píng)估以預(yù)期學(xué)習(xí)成果為中心的教育。實(shí)施成果導(dǎo)向教育教育模式主要有四個(gè)步驟：確定學(xué)習(xí)成果、實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果、評(píng)估學(xué)習(xí)成果和使用學(xué)習(xí)成果，涵蓋了規(guī)劃、實(shí)施、檢查和行動(dòng)的四個(gè)要素［4］。為此對(duì)PLC實(shí)訓(xùn)課程提出五步走的教學(xué)實(shí)施流程，如圖1所示。

圖1 基于成果導(dǎo)向教育理念的“PLC”實(shí)訓(xùn)課教學(xué)流程

第一步是設(shè)定預(yù)期學(xué)習(xí)成果。學(xué)生在學(xué)習(xí)“電氣及可編程控制器”課程時(shí)，就表現(xiàn)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，但是因?yàn)镻LC實(shí)訓(xùn)課的選題面廣泛，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求度高，因而在基于成果導(dǎo)向教育模式下確定教學(xué)目標(biāo)，突出學(xué)生為主、教師為輔，培養(yǎng)學(xué)生建立起面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和能力。為此在2017級(jí)課程標(biāo)準(zhǔn)上就明確有：（1）知識(shí)與能力培養(yǎng)。《可編程控制器》的基本理論和編程知識(shí)能在實(shí)訓(xùn)中靈活掌握；實(shí)訓(xùn)能夠?qū)⒄n程理論與工業(yè)實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。（2）改進(jìn)教學(xué)方法。教學(xué)過程可選面向工業(yè)實(shí)際的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，以學(xué)生作為實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的主體，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，完成系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)為指導(dǎo)原則，培養(yǎng)學(xué)生建立團(tuán)隊(duì)合作的精神，自主學(xué)習(xí)，互相探究，完成實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

第二步是合理地構(gòu)建教學(xué)體系。為達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，在新課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)實(shí)訓(xùn)前沿課程進(jìn)行合理的調(diào)整和增減：比如“模擬電路”，“數(shù)字電路”公共基礎(chǔ)課程課安排在一年級(jí)；“電機(jī)拖動(dòng)”，“自動(dòng)控制”專業(yè)基礎(chǔ)課程安排在二年級(jí)；“可編程序控制器”課程安排在三年級(jí)上學(xué)期，讓學(xué)生熟悉PLC的基本工作原理和設(shè)計(jì)方法，并在實(shí)驗(yàn)箱上完成簡(jiǎn)單的電路和功能設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室還購(gòu)置了模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械手自動(dòng)分揀系統(tǒng)、器件分類自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)、自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)、自動(dòng)乒乓球控制系統(tǒng)作為實(shí)訓(xùn)選題。讓學(xué)生全面熟悉和了解系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)，從硬件平臺(tái)構(gòu)成，到系統(tǒng)運(yùn)行的基本設(shè)計(jì)要求，到系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和維護(hù)。而在大四的專業(yè)實(shí)習(xí)中，安排學(xué)生去企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和提升。有了這樣的教學(xué)體系，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握這門課程。

第三步是規(guī)劃教學(xué)策略上，以學(xué)生為核心，以自學(xué)，同學(xué)間互相探討，教師監(jiān)督輔導(dǎo)為教學(xué)策略。在實(shí)訓(xùn)課程開展之初，將學(xué)生分成若干小組，選擇不同控制系統(tǒng)作為實(shí)訓(xùn)選題，確定系統(tǒng)運(yùn)行基本設(shè)計(jì)要求。接下來課程重點(diǎn)則轉(zhuǎn)向?qū)W生：學(xué)生自主查詢資料，小組成員互相討論，組建的團(tuán)隊(duì)成員分工合作，定方案，寫程序，做仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，按部就班開展實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)。有了具體設(shè)計(jì)對(duì)象，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性空前高漲，為方便全體學(xué)生，實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生開放，方便學(xué)生在不同設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力。整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程教師的職責(zé)則只是提點(diǎn)思路，安排進(jìn)度，監(jiān)督安全。

第四步是評(píng)價(jià)體系的建立。面向成果導(dǎo)向的評(píng)價(jià)工作，應(yīng)該關(guān)注學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程，關(guān)注學(xué)生的成長(zhǎng)，必須要有一個(gè)規(guī)范合理的評(píng)價(jià)體系來做評(píng)判。為此以培養(yǎng)學(xué)生的能力，關(guān)注學(xué)生成長(zhǎng)的評(píng)價(jià)體系分三方面進(jìn)行考核評(píng)價(jià)：（1）學(xué)生必須完成并提交實(shí)訓(xùn)報(bào)告，實(shí)訓(xùn)報(bào)告的完成情況可以考核學(xué)生的態(tài)度和思路，以及總結(jié)和收獲；（2）實(shí)訓(xùn)的不同階段，都有分階段的檢測(cè)和考核報(bào)告，教師也會(huì)不定期的抽查設(shè)計(jì)進(jìn)度，評(píng)定出平時(shí)成績(jī)；（3）最后還提出了一個(gè)模擬工程師的考核環(huán)節(jié)來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果。具體方法是：規(guī)定考核時(shí)間兩個(gè)小時(shí)，教師給出不同設(shè)計(jì)選題，題目涵蓋PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)、調(diào)試、檢測(cè)等不同環(huán)節(jié)的相關(guān)問題。學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)抽取一個(gè)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，硬件電路的調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果的分析和說明。按照學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)完成的效果給出最終考核成績(jī)。將這三方面成績(jī)加權(quán)求和才最終確定這門課程的得分，客觀公正而全面。關(guān)鍵是真正做到了以培養(yǎng)學(xué)生能力為目的，關(guān)注的是學(xué)生的成長(zhǎng)。

第五步是檢驗(yàn)實(shí)訓(xùn)效果。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以將學(xué)生投身到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)去檢驗(yàn)，才可以判別整個(gè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)是否達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。為此利用假期和學(xué)生的專業(yè)實(shí)習(xí)期，推薦學(xué)生到工礦企業(yè)，讓他們?cè)诠I(yè)現(xiàn)場(chǎng)去豐富和檢驗(yàn)自己所學(xué)知識(shí)。從企業(yè)反饋的實(shí)習(xí)鑒定表可以看出，學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力普遍不錯(cuò)，而且上線時(shí)間快，頗受用人單位歡迎。

四、結(jié)語

從教學(xué)改革后的學(xué)生完成考核效果來看，指標(biāo)比率在提升。這個(gè)學(xué)期課程的考核方式是給出8個(gè)面向?qū)嶋H控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選題，分別涵蓋了PLC設(shè)計(jì)的各個(gè)方面：基本控制程序的設(shè)計(jì)，PLC之間的相互通訊實(shí)現(xiàn)；PLC與變頻器，PLC與觸摸屏之間的通訊，PLC的工程實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按照要求完成設(shè)計(jì)并調(diào)試系統(tǒng)完成規(guī)定操作，有30%的同學(xué)可以非常熟練地完成任務(wù)，全班有80%的同學(xué)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能完成設(shè)計(jì)要求，只有不到20%的同學(xué)需要延長(zhǎng)時(shí)間才能完成任務(wù)。全班同學(xué)都具備了PLC基本的設(shè)計(jì)和調(diào)試能力，效果明顯。

基于成果導(dǎo)向教育理念的可編程控制實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)方法，以學(xué)生實(shí)現(xiàn)目標(biāo)達(dá)成為指導(dǎo)，采用以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體開展實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)討論，并引入合理的考核體系，實(shí)現(xiàn)人人都必須動(dòng)手進(jìn)行，個(gè)個(gè)必須達(dá)到目標(biāo)。此方法在今后的教學(xué)中還可以不斷進(jìn)行完善。