基于“項目化+虛擬仿真”的“物流自動控制技術”課程教學改革

劉晨敏

（重慶財經學院 物流工程學院，重慶 401320）

0 引言

物流是市場經濟活動閉環中的關鍵環節之一，尤其在市場經濟高度發達的今天，物流工程在經濟社會活動中的作用日益凸顯，對其智能化和自動化要求越來越高，急需具備物流自動控制技術的高素質人才。為培養現代物流應用型高素質人才，傳統教學方式已不能適應經濟社會發展所需，而目前對于物流自動控制技術課程的教學改革和探討還很少。為此，本文根據課程的教學現狀，采用“項目化”的教學模式，利用虛擬仿真技術，將課程相關思政元素有機融入教學，進而對物流自動控制技術課程進行了教學改革探索。

1 課程性質及特點

物流自動控制技術是物流工程專業人才培養方案中智能技術模塊的一門專業限選課。課程主要涉及電氣控制技術、PLC 及其編程技術、現場總線技術、監控組態軟件技術等內容。通過課程學習，使學生具備物流自動化系統中涉及的智能控制相關的基本理論、技術方法和一定的應用能力。物流自動控制技術中的系統化思維，分析問題、解決問題的思路和方法，都有利于啟迪學生的創造性思維和科學素養。同時，培養精益求精的工匠精神、團結協作精神和愛國情懷，這些對普通高校培養高素質應用型物流工程專業工程技術人才具有重要意義。

作為一門理論性和應用性均較強的課程，該課程具有如下特點：

（1）涉及學科基礎多——集電氣控制、機械、計算機、檢測傳感技術等于一體，多學科交叉，綜合性強。

（2）核心內容抽象、實踐性強——本課程涉及較難學習的機械、自動化、控制等相關內容，核心內容需要深刻理解，才能將相關知識在物流裝備及自動化系統中正確應用，難上加難；相關基礎知識需應用到實際的物流裝備及自動化系統中是培養高素質應用型物流工程專業工程技術人才的必要過程。

（3）知識更新速度快——近年來隨著經濟社會的快速發展和科學技術的巨大進步，各行各業對自動化程度的要求日益提高，尤其隨著大數據、人工智能等新興戰略技術的快速發展及智慧物流的內在要求，其相關知識更新速度很快。

2 課程教學現狀

“物流自動控制技術”作為一門多專業交叉融合的專業課，課程內容多，安排授課時間相對不足，僅有48 學時；加之其本身較抽象難懂，學生學習積極性不高。目前的教學現狀為：

（1）課程內容缺乏系統性。與基礎課程自動控制原理不同，“物流自動控制技術”課程需要學生理解物流與自動控制技術的融合性，進一步理解物流裝備及自動化系統的控制過程，才能更好地進行實際應用。

（2）實踐條件不足。“物流自動控制技術”和機械基礎、電工學、物流裝備等課程被稱為物流硬技術課程，其需將理論與實踐進行深度融合[1]，才能真正實現應用型人才的培養。而目前學校以財經為特色，缺乏課程教學內容相關的實踐設施設備，單純的理論教學不利于學生理解知識。

（3）學生基礎薄弱。從近幾年的學生學習情況可知，多數“00 后”大學生數理基礎不夠扎實，對抽象的東西易產生畏難情緒，不久就會失去學習的信心。此外，他們思維活躍，對不感興趣的東西易排斥。重慶財經學院物流工程專業的學生是文理兼招，部分學生沒有理工科背景知識，學習起來難度較大。

3 教學改革

針對上述教學現狀，根據教育主管部門對一流課程建設的要求，在分析“00 后”大學生特征的基礎上，結合課程特點，重構課程內容，通過構建虛擬仿真實踐平臺，與實踐項目、企業案例有機融合，同時將課程思政元素積極融入教學內容，對課程進行理實一體化的教學探索。

3.1 重構課程內容：嵌入案例、理實一體、“育智、育德”協同

（1）課程內容重構

在分析學生特征的基礎上，將經濟社會發展對物流工程中自動化和智能化人才需要的規格要求轉變為課程教學內容[2]。考慮專業需求和學生生源中文理兼有的特點，并結合課程重難點內容，基于項目化案例式教學模式重構課程內容，如圖1 所示。從硬件到軟件，將整個課程內容內分為4 大理論模塊：控制設備、控制網絡、自動標志與數據采集、監控組態軟件等相關內容，與實踐項目中的物流裝備控制設計、物流自動控制系統設計及應用進行整合。教學內容整合過程中始終貫徹下面的原則和理念：將課程內容整合為嵌入案例且可視的項目化內容，所選取的物流自動控制系統及應用案例多是學生所熟知、能舉一反三的，便于將抽象原理和控制對象有機整合成動態化、形象化、視頻化的內容，同時有機融入課程思政，形成德育與知識技能相耦合、理論與實踐一體化的課程內容，使學生對課程脈絡、知識體系形成了清晰、系統的認知。

圖1 課程教學內容體系

在保持課程體系相對穩定的前提下，教學內容緊跟現代科學技術發展，將行業前沿的新發現、新成果、新技術滲透入課堂，更新教學內容，例如在識別技術中，引入2021 年全球物流技術大會上獲獎的，由菜鳥主導的、能將業界80%的識別準確率提高到99.8%的“精準射頻識別技術”，使RFID 具備大規模商用條件；在AGV 的導航方式學習時，加入目前已引起關注的即時定位與地圖構建的自由路徑導航方式——SLAM 導航，并讓學生對比其他的導航方式，分析各自特點與應用，加深相關知識的理解。

（2）強化實踐環節

鑒于“物流自動控制技術”理論部分晦澀難懂，且目前本課程尚缺乏相關的實踐實驗設施設備，必須通過一定技術手段將學生比較難理解的知識在某種平臺上進行實物化和可視化改革，或者將物流日常實物與教學內容相聯系來化抽象為具體。而本課程在進行教學改革探索過程中，針對實踐環節，主要采用了現代仿真技術手段：利用西門子編程軟件STEP 7-MicroWIN SMART、PLC 仿真軟件CIS_S7200 及Factory I/O 工業仿真軟件，通過通信協議相連接，構建PLC虛擬仿真實驗平臺來強化實踐環節，提高學生的學習興趣和改善學生的學習效果，仿真所采用PLC 實驗平臺如圖2 所示。具體來講，首先應由易到難制訂三相異步電動機的運行控制、傳送帶運動控制、送料小車控制、自動分揀系統控制、自動化立體庫的出入庫監控設計等，由物流裝備單機到物流自動控制系統的驗證性及設計性、分層次深入的實踐教學項目，學生通過仿真平臺，進行PLC 編程、控制程序仿真，并通過Factory I/O 搭建所需的物流現場場景，實時、動態、直觀地觀察控制過程。通過該PLC 虛擬仿真實驗平臺，實現了理論與實踐的緊密結合，學生更直觀地理解“物流自動控制技術”的原理、應用及設計方法，學以致用，培養其物流裝備自動控制系統的設計能力和實踐動手能力。

圖2 PLC 仿真實驗平臺

除此外，基于“項目化”的教學過程注重理論聯系實際（以日常生活實例或工程技術的案例為教學內容），把教學涉及的原理與日常生活實例或工程技術的載體結合起來。這樣，理論與案例或實物便融為一體，更有利于理論知識的講授。同時采用翻轉課堂的教學方法，發揮學生為主體、教師為主導的優勢，使學生有機會通過把自己理解的知識表達出來，從而得到進一步提高。在具體實踐中加深對抽象理論的理解，進而來強化實踐。課程中的抽象內容通過多媒體動畫演示來輔助教學，并通過與生活緊密相關的問題導入、討論等形式啟發學生思考、運用理論知識解決實際問題。

（3）融入思政教育強化德育

基于“項目化+虛擬仿真的教學”過程中，積極融入思政教育，將課程內容相關的思政元素有機融入到相應的教學內容中，使教學內容和教學實施過程集融知識傳授、德育、潛力培養于一體，這樣學生在學習理論知識、基本技能的同時，亦能受到德育情懷熏陶。例如通過講授物流控制系統組成各部分功能特點，融入整體與部分的辨證唯物史觀和方法論，以及個人與集體、國家之間的關系，使學生領悟只有堅守崗位、各司其職，并團結協作、擰成一股繩，具有大局意識和思維格局，才能使系統運行良好，引申出團結協作精神，整體效益才能發揮到最大，弘揚社會主義核心價值觀。在電氣原理圖分析方法中，必須要有電氣保護環節，熏陶培養學生的工程安全意識以及精益求精的工匠精神；先逐步分析局部電路的工作原理及控制關系之后，還要“集零為整”，從整體視角理解整個線路，使學生建立復雜問題分解，處理好整體與局部關系的科學思考方法。

3.2 模式、手段和方法探索：耦合多種教學方法，綜合應用信息化手段

耦合課程教學內容，以學生為中心，以教師為主導學生為主體的教學方式，“教”“ 導”結合，采用啟發式和任務驅動式方法相結合，耦合案例式的教學模式，并采用虛擬仿真技術等，將課程教學內容以圖片化、視頻化、動態化、形象化的形式來提升教學內容的趣味性；采用歸納法、對比法教學與學習模式，引導學生自主思考、總結；同時將00 后善于使用的移動智能終端等工具嵌入到相應的環節中，充分利用在當今互聯網和智能手機無處不在的時代00 后對移動智能終端的高度依賴性，如采用雨課堂進行課堂互動等。同時，結合學生的時代特征，全面考慮學生碎片的時間，充分發揮其主觀能動性，積極利用慕課、行業網站等相關的在線資源，拓寬學生獲得更多相關知識的渠道。

3.3 注重實效，以能為核，構建過程型評價體系

以學生的學習實效為目標，創新考核方式，改變“一考定成績”的課程傳統考核方式，綜合線上、線下，作業、實驗等過程性評價與期末考核，采用多角度多樣化的過程性考核方式。具體在實踐過程中，結合00后大學生個性特征，在改變教學模式和方法的基礎上，為進一步發揮其學習主動性，利用雨課堂等互聯網+教學平臺，對每次項目化案例式教學過程中學生的表現痕跡——參與度、思政元素或原理體現、控制系統設計的創新性等內容和形式，結合教師的客觀評價、學生自我主觀評價，以及學生之間的互評作為考核依據，并將若干個項目化教學的成績作為綜合成績的主體，綜合考量學生在參與教學過程中的學習態度、創新能力、項目完成度、團隊協作度等多元要素，進行多角度多樣化評價。期末考核則是采用綜合性、開放性和創新性融為一體的物流自動控制系統設計方案，作為綜合成績的輔助性評價。

4 結語

參與一流課程建設是響應國家教育部實施的“雙萬計劃”的積極舉措，是彰顯課程建設、教學改革在高等教育培養經濟社會發展所需高素質人才的重要性。作為實現德育育人和知識技能傳授的重要載體，課程教學改革方興未艾。針對“物流自動控制技術”課程的教學現狀，結合00 后鮮明時代特征及課程特點，重構課程內容，采用虛擬仿真技術，應用項目化案例式的教學模式，同時融入“課程思政”，對“物流自動控制技術”課程的教學改革進行了探索，為提升教學效果提供參考，以期為培養社會發展所需高素質物流人才提供有益借鑒。