雙一流背景下應用型本科人才培養課程教學改革模式與實踐
——以《PLC原理及應用》課程為例

王曉瑜

（西安航空學院 電子工程學院，陜西 西安）

一 引言

2018年8月，教育部、財政部、國家發展改革委印發《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》，提出落實立德樹人根本任務，形成高水平人才培養體系，是國家“雙一流”教育戰略背景下，一流本科教育的建設目標。也就是說，地方普通高校人才培養的核心要求轉向德才兼備、全面發展；轉變人才培養理念、目標、模式和方法，構建起適應新時代的一流本科教育體系，實現本科人才培養體系和課程的優化[1-2]。

隨著地方應用型本科院校一流專業及一流課程建設的持續推進，近年來，不少教育工作者對自動化專業應用型本科人才培養體系建設及一流課程建設也進行了積極的研究。上海工程技術大學校長夏建國指出，該校致力于培養具有創新精神和實踐能力的、具有國際視野的卓越一線工程師，形成了“依托行業、服務企業，培養一線工程師為主的高層次應用技術人才”的辦學特色[3]；肖麗仙提出，實現應用型人才培養目標，關鍵在于落實課程教學的應用型改革，她針對“電氣控制與 PLC 技術”課程，提出教學內容、實驗設備、教學組織和考核“四個一體化”的課程教學改革模式，實現教、學、做、評的融合[4]；蔡曉敏等人提出了“新工科”背景下，對自動化專業核心課程“電氣控制與PLC”課程實踐分基礎實驗教學、項目訓練、綜合創新三步走，循序滿足自動化控制系統設計和生產實踐的需求的思路[5]；馬昕詳細論述了將“西門子杯”中國智能制造挑戰賽學科競賽融入自動化專業學生工程創新能力培養的方式，得出了學科競賽能夠顯著提高大學生的創新思維和創新技能、鞏固教學成果、優化工程創新環境的結論[6]。

西安航空學院是2012年升格的地方本科院校，下設的電子工程學院是陜西省首批創新創業教育改革試點學院，遵循教研〔2018〕5號文件對地方本科院校“雙一流”的指導意見，本項目對傳統工科“自動化”專業人才培養方案的核心專業課程《PLC原理及應用》的課程內容等方面進行改革，探索與實踐培養具有“心中愛國，科技報國”，勝任行業發展需求的應用型高素質技術人才。

二 課程與教學改革要解決的重點問題

（一） 課程理論知識的前沿性與專業基礎知識兼顧問題

PLC技術是工控系統網絡化的基礎，而控制系統網絡化是PLC技術在自動化領域的前沿技術，作為面向自動化專業培養的專業核心課程，需兼顧學生的基礎，同時又要體現工控技術發展的時代特征，提升課程的高階性和創新性。

（二） 課程教材的特色與人才培養有機融合問題

國內PLC課程教材多為雙一流大學的偏理論輕應用和職業技術學校的輕理論偏應用維修兩大類。我校為應用型本科，因材施教才能滿足高素質應用型工程技術人才的培養需求。

（三） 課程實驗內容的探究性與驗證性之間的轉型問題

通過實驗驗證課堂所學理論知識，是掌握知識的一種有效手段，但因實驗設備受限，實驗內容只能通過仿真或傳統的插拔式實驗平臺實現，學生難以形成PLC系統的硬件電路和程序控制的整體認識，學生自學探究能力弱，實驗內容挑戰度低。

三 課程教學改革研究路徑

我校“自動化”本科學生生源多來自陜西，結合學校“行業性、地方性、應用型”的辦學定位和“雙一流”的教育戰略路線，針對上述問題，對《PLC原理及應用》課程從教學內容、教學資源建設、課程教學內容及組織實施、教學模式與手段、課程成績評定方式等方面展開。

（一） 課程內容改革

1. 針對課程理論知識的前沿性與專業基礎知識兼顧問題，根據自動化領域應用型本科生的學科基礎，以工控過程中信號流為主線，從信號的傳感、采集、模數轉換、數字信號處理，到信號數模轉換和執行輸出，編排PLC相關的基礎知識和技術原理，并在相關節點引入工控領域實用案例和前沿技術，實現兩者的有機融合，提升課程的高階性和創新性。

2. 針對課程教材的特色與人才培養有機融合問題，筆者編著新形態應用型本科教材——《電氣控制與PLC應用技術》，根據課程核心職業能力重構并模塊化教材內容，共分為六大模塊：PLC硬件、基本指令及程序設計、模擬量與PID控制、PLC網絡通信、PLC變頻調速、PLC工程設計應用實例，自制與知識點配套的仿真和實操一體化微課案例視頻34個（在教材知識點有二維碼，掃碼即可實時觀看），將實驗室搬到課堂，教學情景直觀生動，有效達成高素質應用型工程技術人才的培養目的。

3.針對課程實驗內容的探究性與驗證性之間的轉型問題，筆者基于探索性實驗設計，自主研發了“基于PLC、VVVF和HMI的多功能實訓平臺”，引入“PLC控制參數整定”“三臺PLC實現PPI通信”等探索性實驗環節，提升了學習的挑戰度，培養學生分析和解決復雜工程問題的能力。

（二） 教學資源建設及應用

1.課程團隊5名成員雙師雙能年輕化，平均年齡36歲；職稱和學歷分配合理，團隊有2名教授，工程師1名，講師2名；3名博士，2名碩士。團隊成員具有深厚理論功底，豐富的教學和科研實踐經驗，多人曾獲教學相關省級和校級獎項，為課程教學提供有力支持。

2.編著新形態教材，輔以其他優秀教材；自制教學案例微課視頻、電子教案、PPT課件、習題庫等教學資源，引導學生通過學習通、中國大學慕課和數字化圖書館資源，了解學科發展動態和前沿技術，提升知識學習的深度和廣度。

3.基于探索性實驗設計，自主研發了課程群實驗平臺，可以滿足“電氣控制技術”“PLC原理及應用”“組態技術”“控制系統計算機仿真”“變頻調速技術”“自動控制原理”等專業課程的基礎驗證實驗、綜合設計實驗和自主創新設計三個不同層次的實驗模塊，通過小組化實驗，滿足學生的探究式學習需求。

4.依托團隊所在科研平臺，梳理出典型學科交叉項目，如“PROFIBUS-DP遠程智能從站技術在高爐爐頂上料控制系統的改造與實現”“多工位組合機床控制系統的PLC改造與實現”等，作為課堂教學案例分析，啟迪學生的科學探索精神和創新意識。

四 課程教學內容及組織實施

（一） 課程思政進課堂

以我國智能制造業發展現狀為點，以自動化專業知識為線，以重構課程教學內容為面，課程思政元素融入教學目標；通過教學大綱把立德樹人內化到課程內容、教學方法和考核評價中，促使知識傳授與情感價值觀教育同頻共振，培養特色鮮明的“心中愛國，科技報國”的高素質應用型工程技術人才。

（二） 構建以“學生”為中心的閉環教學法

1.課程貫穿硬件—系統的概念，培養學生職業能力全局觀。精選部分程序設計案例為PBL（Problem-Based Learning 問題式學習）小組討論課，如“多種方法實現階梯燈定時點亮控制程序設計的PBL的教學”，增加學生學習主動性和參與度，培養學生的多途徑程序設計能力。

2. 課程實驗環節增加探究型內容，將校級開放實驗室“西門子PLC科技創新訓練”項目改為RBL（Research-Based Learning探究式學習）開放實驗，如“PID參數整定的RBL教學”，加強操作實訓，讓學生體驗“跳一跳才能夠得著”的學習挑戰。

3.課堂教學內容則由項目驅動，通過類比法和案例法導入、啟發學生，使學生參與教學，借助理實一體化微課視頻閉環實現。

五 課程成績評定方式

課程成績評定方式共由平時成績、實驗成績和閉卷考試成績三部分組成。占比分別為：平時成績15%（個人作業、參與課堂分組討論和個人現場仿真展演），實驗成績15%（分組實驗操作與答辯、實驗報告）和閉卷考試成績70%（理論知識測試、程序設計）。

六 課程評價及改革成效

（一） 課程評價

1. 學生評教和教師互評近滿分

2019-2020學年學院排名第1，學校排名第14名（為前2.8%）。

2. 良好的示范和引領效應

行業專家和校督導專家認為，該課程創新重構教學內容，編著新形態教材，輔以其他優秀教材和教學資源，借助校級優秀教學成果，通過PBL和RBL教學法開展教學，集知識傳授、能力培養和素質教育為一體，通過用人單位反饋，應用效果顯著。

課程組創新性制作的微信掃碼的仿真+實驗一體化案例視頻，引實驗進課堂，真實直觀反映實驗過程及結果，便于學生在線學習，對高校同類課程的改革和建設具有良好的示范和引領效應。

（二） 改革成效

1. 學生學科競賽獲獎多

2015-2018級自動化專業學生參加“西門子杯中國智能挑戰賽”共獲獎30項，其中國家級獎項10項、西部賽區獎項20項；獲批與該課程相關的省級大創項目4項。

2.優秀畢業設計數量多

課程負責人指導五屆PLC類畢業設計共獲“校級優秀畢業設計”11人次，并獲得西安航空學院2018-2020屆“校級優秀畢業設計指導老師”榮譽稱號。

3. 課程團隊成員獲獎多

課程團隊成員在2017、2019年“陜西省高校教師實踐技能競賽”獲省級三等獎5人次；2018-2020年獲“校創新創業優秀指導教師”3人次，2019、2020年獲校“教學質量優秀獎”和“青年教師教學質量優秀獎”3人次，2018-2020屆“校級優秀畢業設計指導老師”1人次，均獲獎2.4次。

4. 優秀教學成果作支撐

課程團隊研發的“基于PLC、VVVF和HMI的多功能實訓平臺”助力實踐教學及學科競賽，滿足本課程探究式學習需求，獲2019年“校級優秀教學成果二等獎”。

5. 教學助力科研

課程負責人在2016-2021年間共發表PLC類核心科研論文13篇，獲批主持省級科研項目“基于PLC、人機界面及變頻器的錨桿鉆機智能可視化控制系統應用研究”和校級科研項目“混合型拓撲結構在高爐爐頂監控系統PROFIBUS-DP總線技術中的改造與實現”各1項，助力科研，實現課程內容的前沿性與專業基礎知識有機融合。

6. 學生受益面廣

我校自動化、機械電子、機械設計、測控技術等本科專業的《PLC原理及應用》《機床電氣控制與PLC》《電氣控制與PLC技術》課程《可編程控制器及應用》課程均使用本課程組編著教材和立體化案例視頻，應用范圍大；通過校級開放實驗室“西門子PLC科技創新訓練”項目研究性和綜合性知識學習，加強操作實訓，接受學科競賽訓練，受益面廣。

7.用人單位評價高

杭州和利時自動化有限西安分公司、南京科遠智慧科技集團股份有限西安分公司公司、西安華訊微芯科技有限責任公司等認為我校自動化專業學生通過該課程學習后，具有強烈的社會責任感、較高的創新精神和突出的實踐能力，在各自單位的生產和研發過程發揮了高素質應用型人才的積極作用。

七 結語

以國家對應用型本科院校“一流專業”和“一流課程”的建設目標為指引，對標目前應用型本科院校自動化專業的核心課程“PLC原理及應用”課程與教學改革要解決的重點問題，首先根據課程核心職業能力重構并模塊化教材內容，選用自編新形態應用型本科教材，課程思政元素融入教學目標；通過教學大綱把立德樹人內化到課程內容、教學方法和考核評價中。其次，創新形成以“學生”為中心的動態閉環教學法，項目驅動課堂教學內容，通過類比法和案例法導入，借助自制微信掃碼的理實一體化微課視頻，啟發學生，使學生參與PBL小組討論教學，最終借助個人仿真展演方式，動態閉環體現學生學習的主動性和參與度；最后，在課程實驗環節，引入多個探索性實驗設計和“西門子PLC科技創新訓練”項目教學，助力課程的實踐教學和“西門子杯中國智能制造挑戰賽”，進一步體現課程的高階性和創新性。學生受益面廣，多方教學評教優秀，用人單位評價高，有效培養了學生解決自動化專業領域復雜工程問題的能力，課程教學目標和人才培養目標達成程度高，該課程已經被評為2021年省級線下一流課程，對西安航空學院建設陜西省一流學院有著重要的連帶推動作用，也將對今后的若干年西安航空學院建設高水平的應用型高等學校有著不可或缺的貢獻。