留學(xué)生“PLC控制與編程”線上教學(xué)實踐

潘盛湖　呂志忠　謝沖　鄭華林　胡騰

[摘 要] 由于新冠肺炎疫情的影響，絕大多數(shù)留學(xué)生無法返校學(xué)習(xí)，且不同國家留學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、文化背景、邏輯思維等差異較大，給“PLC控制與編程”課程的在線教學(xué)帶來了很大挑戰(zhàn)。對“PLC控制與編程”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，并結(jié)合留學(xué)生在線學(xué)習(xí)的特點進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，采用圖示引入、視頻引入、現(xiàn)場習(xí)題等多種教學(xué)方法，取得了較好的教學(xué)效果，為今后留學(xué)生的在線教學(xué)提供了參考，同時有效提升了留學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

[關(guān)鍵詞] PLC;在線教學(xué);教學(xué)設(shè)計;教學(xué)方法

[基金項目] 2018—2020年四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項目“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式下機電專業(yè)教學(xué)改革研究”（JG2018-427）

[作者簡介] 潘盛湖（1982—），男，貴州天柱人，博士，西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院講師（通信作者），主要從事機械電子工程相關(guān)教學(xué)研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）43-0070-04? ? [收稿日期] 2021-01-20

一、引言

隨著我國高等教育逐漸與國際接軌，來華求學(xué)的國際留學(xué)生數(shù)量越來越多。西南石油大學(xué)留學(xué)生數(shù)量也逐年增加，生源主要來自“一帶一路”沿線國家，如巴基斯坦、印度、肯尼亞、阿爾巴尼亞等國家。由于國家之間的文化差異和教學(xué)水平不同，不同國家留學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、文化、邏輯思維等差異較大[1]，采用與國內(nèi)學(xué)生相同的教學(xué)方法效果并不理想。特別是隨著新冠肺炎疫情的暴發(fā)，國際留學(xué)生無法返校學(xué)習(xí)，對在線教學(xué)提出了更大的挑戰(zhàn)。筆者多年來一直承擔(dān)機械工程專業(yè)留學(xué)生“PLC控制與編程”課程的教學(xué)工作，在充分考慮留學(xué)生文化背景、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、邏輯思維的基礎(chǔ)上，結(jié)合線上教學(xué)的要求，對教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計。在教學(xué)過程中采用圖示引入、視頻引入、現(xiàn)場習(xí)題等多種教學(xué)方法，教學(xué)效果較為明顯。現(xiàn)將本課程的教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)，為今后留學(xué)生教學(xué)工作提供參考。

二、教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

1.教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃。對本課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行流程設(shè)計，把教學(xué)內(nèi)容固定在“場景展示+PLC概述+PLC結(jié)構(gòu)+PLC外圍硬件接口+PLC程序”幾個主要教學(xué)模塊中[2]，內(nèi)容承上啟下，相互支撐。教學(xué)內(nèi)容主線為：（1）通過視頻、圖片等方式，展示PLC工作的工業(yè)現(xiàn)場場景，主要包括制造生產(chǎn)線場景、PLC過程控制場景、單設(shè)備PLC應(yīng)用場景、PLC控制系統(tǒng)組裝場景等。（2）在理解、應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上，掌握什么是PLC。向?qū)W生展示PLC的結(jié)構(gòu)、組成，描述PCL與普通PC的區(qū)別，呈現(xiàn)當(dāng)前計算機、電子技術(shù)發(fā)展與PLC發(fā)展的聯(lián)系，介紹設(shè)計人員如何應(yīng)用PLC進(jìn)行工業(yè)控制等。（3）如何組建PLC或PLC系統(tǒng)。包括怎樣選擇PLC、怎樣組建PLC、怎樣進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計等。（4）如何將PLC與外圍設(shè)備連接，形成控制系統(tǒng)。展示PLC外圍電路設(shè)計場景、PLC外圍電路連接場景，以及PLC系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試工作場景等。（5）PLC控制系統(tǒng)怎樣編制程序來驅(qū)動。展示編程環(huán)境、程序下載應(yīng)用場景、技術(shù)人員進(jìn)行程序調(diào)試與修改場景。根據(jù)以上主線，將教學(xué)知識點進(jìn)行細(xì)分，形成一條知識點鏈路。教學(xué)知識點和對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

知識點鏈路圖主線為展示PLC結(jié)構(gòu)、組成，描述PCL與普通PC的區(qū)別，呈現(xiàn)當(dāng)前計算機、電子技術(shù)發(fā)展與PLC發(fā)展的聯(lián)系，介紹設(shè)計人員如何應(yīng)用PLC進(jìn)行工業(yè)控制等。

2.教材內(nèi)容建設(shè)。教材是教學(xué)過程中必不可少的參考資料，是教師做好教學(xué)設(shè)計、學(xué)生做好學(xué)習(xí)規(guī)劃的依據(jù)。目前，市面上沒有“PLC控制與編程”課程的全英文教材或者中英文混編教材，給留學(xué)生教學(xué)工作帶來了很大困難[2]。因此，我們必須參考國內(nèi)外相關(guān)PLC類技術(shù)參考書，整理、編制符合教學(xué)要求的參考教材。（1）搜集國內(nèi)外PLC應(yīng)用相關(guān)的電子書籍，分析其內(nèi)容的可用性，進(jìn)行針對性選擇;將中文內(nèi)容進(jìn)行描述，翻譯轉(zhuǎn)換成中英文雙語的描述方式，便于應(yīng)用。（2）搜集PLC品牌廠商的使用說明書，截取有用內(nèi)容，進(jìn)行適當(dāng)加工整理、翻譯。（3）在網(wǎng)絡(luò)上搜集PLC圖片、PLC應(yīng)用場景圖片、PLC設(shè)計過程圖片等，增加文字表述、翻譯與整理。（4）在網(wǎng)絡(luò)上搜集PLC學(xué)習(xí)相關(guān)習(xí)題、試卷題庫等，對習(xí)題內(nèi)容重新進(jìn)行篩選與重構(gòu)，并進(jìn)行文字翻譯與整理。（5）將搜集、整理的內(nèi)容，按照教材要求整理成教學(xué)講義，形成教學(xué)使用教材。

（二）教學(xué)方法設(shè)計

1.課堂引入方式。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)留學(xué)生的課程學(xué)習(xí)方式與國內(nèi)學(xué)生區(qū)別很大。留學(xué)生對工科基礎(chǔ)課程知識的掌握程度偏弱，對課程內(nèi)容以感性理解為主，邏輯推理能力較差[3]。針對以上差異，本課程在授課時采用“場景引入式”教學(xué)模式，激發(fā)留學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于學(xué)生理解關(guān)鍵知識點。

場景是指通過視覺認(rèn)知而產(chǎn)生的有關(guān)事物的整體形象。人在感知客觀事物時，一般是將客觀事物作為一個統(tǒng)一整體進(jìn)行認(rèn)識，這就是所謂的感知的整體性。場景引入法試圖通過運用圖片、視頻、裝置等，向?qū)W生展示一個PLC及其應(yīng)用場景整體，創(chuàng)建一個直觀的視覺效果，以此幫助學(xué)生理解、領(lǐng)會PLC系統(tǒng)的含義。具體的操作方法是：（1）場景構(gòu)思。根據(jù)各個知識點內(nèi)容，結(jié)合所要講授的知識，加工出一個合適的視頻或圖片組。例如，構(gòu)思PLC應(yīng)用場景時，其流程可以為：①播放5分鐘左右視頻，展示一個在汽車裝配車間中眾多設(shè)備協(xié)同工作的場景;②利用10張左右圖片，展示PLC在交通燈控制的場景;③播放2分鐘左右視頻，展示PLC控制系統(tǒng)或者PLC控制柜的設(shè)計、組裝過程場景。（2）場景呈現(xiàn)。在講授內(nèi)容前，將所設(shè)計的場景用視頻、圖片等方式呈現(xiàn)，或者在講述某一知識點過程中，以適當(dāng)?shù)姆绞匠尸F(xiàn)。同時，場景呈現(xiàn)采用由面到點的方式進(jìn)行，便于學(xué)生先建立宏觀概念，再有針對性地進(jìn)入PLC相關(guān)課程細(xì)節(jié)的學(xué)習(xí)中。（3）由場景導(dǎo)入授課課題。如PLC輸入電路知識點的引入設(shè)計：①展示PLC控制外部電路連接的畫面或視頻。②提問：PLC控制電路包含哪兩個部分，每部分電路連接哪些外部設(shè)備。學(xué)生回答后，進(jìn)行總結(jié)分析，引入知識點的講授中。

2.課堂授課方式。（1）PPT課件設(shè)計模式：①整理現(xiàn)有的中文PPT課件，補充收集其他PPT課件和素材;②將中文材料翻譯成英文材料;③精簡和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，按照PLC概述4學(xué)時、PLC硬件電路設(shè)計12學(xué)時、PLC程序設(shè)計12學(xué)時組織教學(xué)課件;④課件內(nèi)容需要引入大量圖片、動畫或視頻。（2）課堂引導(dǎo)式討論講授模式：①播放所講授知識點的相關(guān)視頻和圖片，提出有思考或者討論價值的問題，留2～3分鐘讓學(xué)生進(jìn)行分析和思考。②通過分析、講解與討論，發(fā)表自己的觀點，拓寬了留學(xué)生的知識面與認(rèn)知領(lǐng)域。留學(xué)生積極參與討論，使不同文化背景下的知識和思維邏輯產(chǎn)生碰撞，取得了非常好的效果。③采用綜合應(yīng)用案例講解與分析、知識點回顧、隨堂測試題公開討論等多樣化互動式教學(xué)模式，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。（3）全英文授課對教師英語的流暢性來說是一個很大的考驗，大多數(shù)教師難以像使用中文一樣進(jìn)行流暢講授，所以，全英文授課方式對教師專業(yè)水平與語言能力提出了更高的要求[3]。教師是課堂學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者與組織者，知識傳播的整體目標(biāo)能否達(dá)成不僅取決于學(xué)生，更與教師的授課效果息息相關(guān)。留學(xué)生多來自發(fā)展中國家，所接受的教育模式各異，在課堂上更愿意與教師進(jìn)行交流。因此，教師應(yīng)做到：①多備課，對授課內(nèi)容非常熟悉，順手拈來;準(zhǔn)備書面教學(xué)設(shè)計資料，關(guān)鍵內(nèi)容使用中英文雙語標(biāo)識;多練習(xí)英語，提高課程專業(yè)詞句的英文表達(dá)能力。②在課件制作中，標(biāo)注必要的標(biāo)題指引、表達(dá)的邏輯指引，便于引導(dǎo)自己進(jìn)行英文表述。③對學(xué)生提出的問題，結(jié)合圖形展示進(jìn)行解釋說明。④適當(dāng)了解不同國家留學(xué)生的文化、宗教和禁忌，避免產(chǎn)生語言上的誤會。

3.習(xí)題操作方式。留學(xué)生偏向于感性學(xué)習(xí)和動手實踐學(xué)習(xí);因此，課程習(xí)題結(jié)構(gòu)按照“常規(guī)描述性習(xí)題+圖片引導(dǎo)式習(xí)題+綜合設(shè)計型習(xí)題”進(jìn)行設(shè)計，有意識地培養(yǎng)學(xué)生從“常規(guī)邏輯+場景分析+設(shè)計思維”進(jìn)行習(xí)題作答，以獲得不同的能力鍛煉，如圖2所示。

4.習(xí)題開展。采用“課堂現(xiàn)場習(xí)題+課后思考分析+分組討論”相結(jié)合的方式，注重從“學(xué)”到“用”的轉(zhuǎn)化。

（三）課程實驗

該課程具有很強的實踐性，實驗項目上采用“演示型+綜合型”相搭配的方式，按照“先展示，后設(shè)計，再動手實現(xiàn)”的順序進(jìn)行[4]。

1.提前講解，進(jìn)行試驗準(zhǔn)備，熟悉實驗設(shè)備。首先講解實驗內(nèi)容，一般從怎樣實驗可以獲得預(yù)期結(jié)果入手，其次對實驗設(shè)備、儀器進(jìn)行說明，包括怎樣使用儀器、使用過程的安全注意事項等。必要時可以安排答疑，保證學(xué)生具有正常操作實驗設(shè)備的能力。

2.學(xué)生必須獨立完成實驗，將所學(xué)課程知識應(yīng)用于實驗中，進(jìn)一步鞏固課堂知識。主要包括：學(xué)生必須獨立進(jìn)行實驗方案設(shè)計，獨立進(jìn)行PLC實驗過程電路接線和檢查，獨立進(jìn)行實驗并用PLC程序編制與調(diào)試，獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、分析、總結(jié)等。

3.要求學(xué)生整理實驗數(shù)據(jù)及過程中發(fā)生的現(xiàn)象，得出實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果做分析總結(jié)，提出改善建議[5]。

三、課程考核

留學(xué)生的知識背景和基礎(chǔ)知識各異，與國內(nèi)學(xué)生相比，存在一定差距，所以考核要求和方法不能沿用國內(nèi)學(xué)生的考核方式。課程考核應(yīng)以教學(xué)的課堂考核為主，期末考核為輔，便于因材施教，激發(fā)留學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生更好地掌握課程知識[6]。

“PLC控制與編程”的課程考核采用如下模式：（1）平時成績。主要根據(jù)學(xué)生在課堂上討論、回答問題等表現(xiàn)進(jìn)行評定，占30%。（2）課程學(xué)習(xí)小論文。根據(jù)本課程所學(xué)知識，分析總結(jié)相關(guān)技術(shù)要點和應(yīng)用，結(jié)合論文質(zhì)量進(jìn)行評分，占30%。（3）卷面理論考試，占40%。

課程考核的比重分布為：教學(xué)過程學(xué)習(xí)占60%，能夠有效地反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程質(zhì)量;教學(xué)理論學(xué)習(xí)與應(yīng)用占40%，反映學(xué)生對知識的掌握程度和對知識點應(yīng)用的能力。

四、結(jié)果與成效

該課程教學(xué)改變了過去單一的講授模式，從教學(xué)內(nèi)容入手，對教學(xué)過程進(jìn)行全面優(yōu)化，對教學(xué)方式進(jìn)行改革，充分調(diào)動了留學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的效果。一是學(xué)生成績逐漸向好。2016級由于時間倉促，未進(jìn)行教學(xué)模式優(yōu)化，2017級和2018級開始進(jìn)行教學(xué)過程優(yōu)化。結(jié)果顯示，2017級和2018級學(xué)生的成績顯著提高，取得了較好的效果（表1）。二是學(xué)生能夠?qū)⒈菊n程知識應(yīng)用于各類學(xué)科競賽中并多次獲獎，共獲獎14項，為今后工作打下了良好的基礎(chǔ)。三是在即將畢業(yè)時，2016級4名留學(xué)生主動表示希望留在中國工作，請求筆者推薦他們到相關(guān)企業(yè)從事PLC機電控制相關(guān)工作;2名學(xué)生表示愿意參加PLC應(yīng)用相關(guān)的科研項目，并申請留校攻讀碩士學(xué)位。

五、結(jié)語

經(jīng)過近三年以來對“PLC控制與編程”課程教學(xué)過程的優(yōu)化，進(jìn)一步找準(zhǔn)了留學(xué)生教學(xué)工作的方向，取得了較好的效果。但是，后續(xù)還存在一些問題需要持續(xù)進(jìn)行革新，比如，如何進(jìn)一步調(diào)動留學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、如何提高師生雙方語言的交流效果等。今后應(yīng)繼續(xù)大膽革新和嘗試，可以從以下幾個方面進(jìn)一步優(yōu)化本課程教學(xué)過程和教學(xué)方法：第一，在疫情期間，由于課程安排的特殊性，主要采用線上教學(xué)為主的授課模式，線上的教學(xué)內(nèi)容信息量大，依賴學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。今后，為拓寬學(xué)生對“PLC控制與編程”課程學(xué)習(xí)的深度與廣度，應(yīng)建立并完善本課程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)網(wǎng)站，將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課件、拓展知識、習(xí)題、實驗內(nèi)容等置于網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)站中。采用“線上學(xué)習(xí)+線下課堂”相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，既保證教學(xué)內(nèi)容的連貫性和引導(dǎo)性，又充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)的廣度和深度。第二，積極探索線上課程建設(shè)，規(guī)劃線上教學(xué)內(nèi)容，錄制線上教學(xué)視頻，建設(shè)線上教學(xué)平臺，不斷地借鑒國內(nèi)其他高校線上教學(xué)平臺建設(shè)和線上教學(xué)成果，豐富和完善線上教學(xué)內(nèi)容。第三，進(jìn)一步優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)素材，引入更多的場景展示方式，如虛擬場景、虛擬操作等，不斷地激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣。

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Online Teaching Practice of the PLC Control and Programming Course for International Students

PAN Sheng-hu， L？譈 Zhi-zhong， XIE Chong， ZHENG Hua-lin， HU Teng

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500， China）

Abstract： Because of the COVID-19， most international students cannot return to school， and their learning foundation， cultural background， and logical thinking are quite different， which is a big challenge for the online teaching of the PLC Control and Programming course. This paper analyzes the teaching content of the course， designs the teaching according to the characteristics of international students online learning， and adopts a variety of teaching methods， such as graphic introduction， video introduction， and on-site exercises， which has achieved good teaching results. The online teaching for international students provides a reference for the similar teaching in the future， and effectively improves the ability of international students to integrate theory with practice.

Key words： PLC; online teaching; teaching design; teaching methods