基于混合式教學模式的電氣控制及PLC課程教學改革

楊新宇 李大喜 邵思羽 張強

摘? 要：新工科背景下，電氣控制及PLC課程作為電氣工程專業(yè)的專業(yè)基礎課程，對培養(yǎng)學生的專業(yè)知識水平以及實踐動手能力具有重要的意義。伴隨著信息技術的發(fā)展，互聯網海量教學資源的涌現為課程教學雙方都帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。文章探索利用網絡資源，將線上線下混合式教學模式應用于電氣控制及PLC課程教學中，提高學生學習的積極性與主動性，激發(fā)其學習興趣，最終提高課程質量與教學效率。相關做法及思考對于其他課程的教學改革具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：電氣控制及PLC;教學改革;線上線下資源;混合式教學

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）04-0132-04

Abstract： In the context of the new engineering discipline， the course of Electrical Control and PLC serves as a professional basic course for electrical engineering majors. It is of great significance for cultivating students' capabilities in professional knowledge and practical skills. With the development of information technology， the emergence of massive teaching resources on the Internet has brought new opportunities and challenges for both teaching and learning. We explore to make full use of network resources and apply online and offline hybrid teaching mode to the teaching of Electrical Control and PLC course， which helps improve students' enthusiasm and initiative in learning， stimulate their interests in learning， and ultimately improve course quality and teaching efficiency. The series of practices explored in the curriculum reform have certain reference significance for the teaching of other engineering professional courses.

Keywords： Electrical Control and PLC; educational reform; online and offline resources; blending teaching

2020年新冠肺炎疫情的突然暴發(fā)，極大影響了高校正常的教學秩序和進度。為了有效控制疫情的傳播、保障學生以及教育工作者的健康安全，教育部要求全國高校延期開學，并提倡采用線上授課的方式以保證“停課不停教、停課不停學”。這次全國范圍內應急被動的線上教學模式實踐給予了教育工作者一次思考與審視自身教學方法和模式的機會，一定程度上也推動了基于網絡的混合式教學模式的探索和實踐。

作為電氣工程、自動化等專業(yè)的專業(yè)基礎課程，電氣控制及PLC課程是在學習電氣控制技術以及PLC的基本原理的基礎上，突出強調實踐應用能力的應用型課程。課程需要實際動手實驗，了解以及掌握基本的電氣控制知識以及具備實際編程設計能力，是電氣工程以及自動化等專業(yè)方向的一門傳統(tǒng)課程。但同時，隨著大數據、人工智能技術的迅猛發(fā)展，基于網絡便捷的信息獲取能力以及科學技術的發(fā)展革新為傳統(tǒng)學科技術的學習帶來了新的機遇，同時也對課程教學以及學生能力培養(yǎng)提出了新的要求，使電氣控制及PLC課程面臨新的機遇與挑戰(zhàn)。

一、電氣控制及PLC課程教學現狀分析

（一）授課方式單一，教學資源受限

目前大部分高校電氣控制及PLC這門課程的教學模式仍然以傳統(tǒng)的線下課堂教學為主，即教師是教學活動的主體，學生作為教學活動的客體被動地參與學習。在這種教學模式下，學生主要作為課堂授課的被動接受方，缺乏主動思考，由于教學場地以及課程設置等條件的限制，課堂授課節(jié)奏無法兼顧所有學生，學生與教師的互動不足，導致學生的學習積極性受到影響，課堂質量下降。與此同時，傳統(tǒng)的線下課堂教學方式所利用的資源比較有限，以幻燈片展示、課堂板書等方式作為授課的主要方式，在激發(fā)學生的學習興趣方面較為有限，學生的參與度較低，學習效率不高。

（二）教師水平停滯，缺乏與時俱進

在課程教學中，教師是重要的一環(huán)，教師的業(yè)務能力水平將大大影響著學生的知識接受、消化、融會貫通直至綜合應用。雖然電氣控制及PLC課程是一門傳統(tǒng)課程，理論基礎較為完備，但新興技術大大拓展了其應用領域。隨著現代科學技術的不斷發(fā)展，電氣學科前沿技術日新月異。在新工科的背景下，隨著人工智能概念的普及以及大數據的應用環(huán)境，電氣控制技術有了新的應用領域，其涉及的學科也越來越多。電氣控制及PLC課程不僅需要講授電氣控制技術的理論基礎知識，還需要學生動手實踐，結合實例進行實踐能力的培養(yǎng)。而作為一門傳統(tǒng)課程，大部分教師仍沿用傳統(tǒng)教學資源以及教學內容，缺乏對最新應用領域的學習與探索，教學內容缺乏更新，這將導致教學過程較沉悶，學生興趣點下降，學習的積極性不高等問題，影響整體授課質量。

（三）教學環(huán)境固化，不適應學員發(fā)展實際

不同于中小學的教育環(huán)境，高等教育的授課對象有著不同的教育背景，學生在學習能力、接受能力、動手操作的實踐能力方面存在著個體差異，這對課程教學既是機遇又是挑戰(zhàn)，需要教師積極適應外部環(huán)境變化，主動調整教學策略與方法以適應學生的實際能力，也要在教學進度以及課堂節(jié)奏把控上兼顧所有學生，否則將直接影響課程整體的教學質量。

同時，在教學組織形式中，傳統(tǒng)教學時間和場所相對固化，自主學習相對受限，將知識的學習封閉在固定的時間和場所當中，學生只有通過課本復習等渠道去鞏固前面所學的知識;實驗環(huán)節(jié)相對固化，實踐能力相對受限，受到學時、成本、裝備安全等因素制約，研究性和設計性實驗則很少進行，大大限制了學員實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng);課程存在工程應用的實際需求與傳統(tǒng)依托單一實驗室開展實踐教學的現實之間的矛盾，直接影響了課程實際應用能力培養(yǎng)的效果和水平。

針對這些教學實踐中遇到的突出問題，充分依托網絡環(huán)境開展課程教學改革已經成為破解難題和推動課程建設發(fā)展的關鍵。課程團隊采取以“課堂教學+網絡課程教學自學為主+小組協(xié)作式討論”為特征的混合式教學模式，持續(xù)開展了基于網絡平臺的課程教學模式的改革研究與實踐，并進行了積極的探索。

二、電氣控制及PLC混合式教學模式基本理念

混合式教學來源于Blending Learning一詞，是由傳統(tǒng)課堂轉變而來的整合了各種靈活的教學方式的學習范式。混合式教學原指各種學習方式結合的混合式學習，包括運用視聽媒體（幻燈投影、錄音錄像）的學習方式與運用粉黑板的傳統(tǒng)學習方式相結合;計算機輔助學習方式與傳統(tǒng)學習方式相結合;自主學習方式與協(xié)作學習方式相結合等。隨著網絡技術和在線教育的發(fā)展，國際教育技術界把混合式教學逐漸聚焦到線上教育和線下教育的結合，即所謂的“Blending Learning”，就是要把傳統(tǒng)學習方式的優(yōu)勢和E-Learning（即數字化或網絡化學習）的優(yōu)勢結合起來，既要發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，又要充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。

在實際教學中，利用在線資源庫的混合式教學主要在兩個方面具有不可比擬的作用。一是課程核心能力建設方面，教師可以借助翻轉課堂模式，調整課堂內外的時間、實際核心知識能力培養(yǎng)上的重點引導和力量投入。在課前，利用資源庫提供的視頻和資料布置自學任務，掌握基本知識;課堂時間用于互動、答疑解惑和技能訓練;課后則調取資源庫中的視頻、實踐項目和測試等加以復習鞏固。二是課程知識面擴充方面具有無可比擬的優(yōu)勢，便于學生的特色能力培養(yǎng)。隨著學生學習選擇權的進一步加大，課程體系中的拓展部分占比越來越高。但是受到學校教學資源、教師資源的限制，課程的門類和數量往往滿足不了學習需求。借助網絡資源，采用混合式教學模式，可以實現降低面授時間、增加網絡助學的教學效果。教師在有限的面授時間里講授基礎知識和進行個性化輔導;學生在網絡學習時間里進行自學、討論和自測。建設成熟的網絡課程甚至可以完全通過網絡學習完成。

因此，基于混合式教學，開展電氣控制及PLC課程教學實踐的基本理念思路就是要結合課程內容針對性區(qū)分核心能力建設及擴充知識拓展內容體系，發(fā)揮傳統(tǒng)課堂精講的理論深度及“翻轉”效果，引導開展針對性拓展科目，加強網絡學習過程監(jiān)督，最終服務于教學效果的提高。

三、電氣控制及PLC課程線上線下混合式教學模

式探索

（一）突出應用能力，開展教學理念更新

隨著網絡技術的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)以學科理論體系為導向構建的知識體系與網絡環(huán)境下碎片化的知識供給模式之間的矛盾越發(fā)突出。融合二者優(yōu)勢，我們提出將“行為導向教學理念”融入網絡課程教學。其實質就是要把工作過程融入教學，讓學生理論聯系工程實踐，認知實物、動手操作和置于工作現場情境下耳朵聽、眼睛看、親手做以及思維情感全部投入的教學過程，教學目標以專業(yè)工作能力培養(yǎng)為本位，強調“行為即工作，學中干，干中學”。

具體做法上，采用傳統(tǒng)的課程教學與線上教學相結合的方式進行授課，可以采用翻轉課堂等具體實施模式，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，合理設計教學內容與教學環(huán)節(jié)，互相補充與融合，促進學生高階思維的發(fā)展，引發(fā)深度思考和深度學習，提高學生的學習參與度以達到提高能力的效果。

一方面，充分利用相關的優(yōu)質課、名校課程等線上資源搭建本課程的資源平臺，方便老師與學生查閱學習。利用線上學習打破學習的時空限制，學生可以自由選擇學習時間，靈活性大，也可以回看或變速播放，對于不同能力層次的學生均有適用性。另一方面，調整線下教學體系，基于線上資源的延展性和擴充性，對理論知識以及實踐方法進行升華，并加強教師與學生之間的互動，有針對性地去解決學習過程中暴露出的各種問題，在電氣控制線路閱讀分析、PLC設計實現等具體問題中給予實踐指導，加深理論知識的掌握。

（二）線上線下相結合，整合優(yōu)勢實踐資源

作為應用能力培養(yǎng)核心課程，在電氣控制及PLC課程教學實踐過程中，就要更重視實驗和實踐教學環(huán)節(jié)的實施，依托線上各類型資源，可以構建完善的虛實結合的雙線實驗資源，全力助推學生實踐能力培養(yǎng)。教學團隊圍繞課程核心內容，圍繞工程應用能力培養(yǎng)維度，建立雙通道實驗訓練體系，基本實驗設置如圖1所示。線上從元件結構三維拆裝→電氣控制虛擬連線實驗→PLC編程及電氣綜合仿真實驗，充分利用虛擬仿真技術安全性高、易于實現等優(yōu)勢，構建了課程多層次的虛擬實驗環(huán)境。學員可不受學時、空間限制，根據課程學習需要，快捷調用模型并運行觀察，通過建模調試、動態(tài)比較、數值分析等環(huán)節(jié)全方位驗證知識點，夯實專業(yè)基礎知識。線下實踐從電器原件認知→電氣控制實驗→PLC編程控制實驗。線上實驗練習后再通過線下的實際鍛煉，實現有效銜接與互補。實現線上、線下實驗資源的整合，形成理論與實踐的協(xié)同發(fā)展，促進學員實踐技能的提高，共同助力學生應用能力培養(yǎng)。

對于實踐性內容的安排，遵循由簡到繁、由線上虛擬到線下實踐、循序漸進的方式進行，保證在難度上逐步加深，內容上環(huán)環(huán)相扣，層次上逐步提高。既保證了實驗開設的廣度和深度，又保證了實驗的安全和效果，依次遞進地鍛煉學員科學規(guī)范的專業(yè)技能養(yǎng)成過程。

（三）借助信息化工具，強化學習引導交流

電氣控制及PLC課程的授課對象為大學高年級的學生，學生具備了一定的知識自主獲取能力，也就對課程學習有了更多獨立的想法。如何提高學生的學習專注力、激發(fā)學習興趣與積極性是對教師教學的要求。充分利用網絡資源和信息化平臺，為教師的課堂管理、實施途徑以及延展教學時空、創(chuàng)設信息化的自主學習環(huán)境提供了更為多元的方法手段，有助于提升課堂效果。

在“互聯網+”背景下，信息化學習平臺為教師和學生提供了更為便捷的學習方式，例如慕課、學堂在線等學習平臺擁有優(yōu)質的學習資料與視頻資源，各類課程相關的學習軟件結合了理論知識的學習與實時檢測等功能，以及釘釘、騰訊會議等以視頻直播課程的形式實現課程教學，使得課程的學習不再受時間、空間的限制，并且能夠綜合利用多種優(yōu)勢資源，利用信息化媒體工具的新興性與趣味性，發(fā)散思維激發(fā)學生的興趣，提高學生學習的積極性與主動性。這些信息化工具為持續(xù)性、自主性的深度學習提供了基本的環(huán)境，要充分利用，以拓展學習的時空范圍。

結合本課程的特點，電氣控制及PLC不僅是對基礎理論知識的學習，更要加深學生學習的深度，需要對學習內容進行有效重整，通過工程化的項目專題設計，重構完整的知識體系。實施中學生可以在專題范圍內，根據興趣擴展知識獲取范圍，在充分利用線上優(yōu)勢資源的同時，充分利用信息平臺溝通優(yōu)勢，形成專題學習小組，以“設置問題背景→分析討論疑問→形成方案，開展質疑反思→完善設計，遷移應用”的基本思路，建立以工程化項目為牽引的小組學習協(xié)作機制。加強融會貫通和及時引導，切實圍繞核心知識體系展開討論和學習，形成一套合理的項目制牽引強化、線上與線下相補充的自主學習模式。

（四）緊跟學科發(fā)展，提升教師整合能力

雖然電氣控制及PLC課程的理論知識部分已經較為完善，是一門傳統(tǒng)的專業(yè)基礎課程，但隨著現代科學技術的迅猛發(fā)展，新技術的發(fā)展及應用領域在不斷涌現，智能制造以及物聯網等概念的興起，對電氣控制技術的應用提出了更高的要求。

因此，對于高校教師來說，在扎實掌握課程電器元件、電氣控制、PLC應用三大塊基礎理論之上，還要突出電氣控制設計、PLC編程應用能力等綜合應用能力，不斷學習新知識新應用，探究新的發(fā)展方向與應用領域，及時更新專業(yè)知識，與時俱進，跟上時代的步伐，提高自身綜合素質，在知識技能水平上保持較高水平，才能在授課過程中潛移默化地影響學生，激發(fā)學生的求知欲。另外，作為高校教師，不僅需要提升知識水平，也要提高自身業(yè)務能力，積極更新教學理念，加強培訓與交流，拓展視野，學習先進的教學理念與方法，將新技術應用于課程教學之中。同時，注重教學團隊的建設，形成優(yōu)質的教學資源，積極促進各類交叉學科的教師合作，共享資源和優(yōu)勢教學方法，互補創(chuàng)新，提升效率。

教學過程中緊貼前沿科技，通過跨章節(jié)，乃至跨學科的方式，對課內資源及信息資源進行有效整合，構建完整的專題知識體系服務教學。課程專題要抓住學生的好奇心，發(fā)散思維，將理論知識與生產生活的實際相結合，激發(fā)學生的興趣。興趣是最好的老師，讓學生對課程內容產生濃厚的興趣，從而提高學習的積極性與主動性，這樣，可以大大提高課程教學的效率與質量。

（五）充分利用多維評價，全面激發(fā)過程學習

傳統(tǒng)的課堂教學在課前預習、課中互動、課后復習等環(huán)節(jié)僅依靠片面的提問、作業(yè)等方式進行考核，考核方式單一，考核內容偏重知識考核，缺乏深度、全面的考核評價機制。混合式教學模式下，依托在線平臺，可以如實的記錄下每一名參與學生的學習過程及效果，評價數據中既重視學生在教學過程中的學習行為分析，也重視學習成果的檢查與考核。

具體操作上，可以通過自評、小組互評、網絡學習過程評價、課程設計評價，構建合理的課程教學評價體系，實現對學生的知識、工程應用能力和素質表現的綜合考核，充分體現學生知識、能力和素質的綜合水平情況。評價主體由教師和學生小組共同組成，評價內容體現項目案例教學所需的各種能力，重視過程，也重視結果。更加關注學生的平時表現，如小組討論活躍度、項目表現、日常考勤等，督促每一名學生都能夠積極參與到教學中去。以前電氣控制及PLC考核以課程設計為主要考核內容，占比70%，主要以工程案例為背景，考核學生從電氣控制線路到PLC編程的綜合應用能力;課堂表現及作業(yè)占比10%，實驗及報告占比20%。為突出工程應用能力，在開展在線教學改革后，具體課程設計大作業(yè)、在線測試及作業(yè)、實驗及報告、課堂表現各部分成績以5∶2∶2∶1的占比方式開展，豐富了線上線下教學過程的監(jiān)控考查水平。通過考核方式的引導，有效激發(fā)了學生自主學習的積極性。

四、結束語

混合式教學模式綜合了線上教學資源共享與線下教學互動的優(yōu)勢，從以教師為中心的傳統(tǒng)課堂教學向以學生為主的互動式教學模式轉變，更新了學生獲取知識的方法與習慣。混合式教學模式可以克服時間與空間的限制，對各個層次的學生都具有較高的適用性，結合線下教學過程中教師對理論與實踐內容的升華與總結，提升了整體的課程質量與教學效率，是一種有效的新方法，在教學過程中以學生的興趣為主體，激發(fā)學生自主學習的積極性，培養(yǎng)學生發(fā)散思維、終身學習的好習慣。

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