電氣控制技術及PLC一體化課堂實踐教學改革研究

王博，段友蓮，胡兵

(新疆工程學院，新疆烏魯木齊 830023)

1 前言

在傳統的教學模式中，講授占主導地位。一般情況下，傳統大學課堂中一個課時的時間為45分鐘，在一個課時內，三分之二以上的時間是教師講，而學生的注意力高度集中的時間大概是20 分鐘。普遍存在學生學習積極性不高，學習效率低下的情況。針對傳統教學中的缺點，許多專家學者提出了不同的觀點，天津師范大學的黨林月提出，當前大學課堂的模式使得教師與學生形成了一種單向的“灌輸”關系，這可能會降低學生學習的主動性和自主參與性，限制學生實踐探究能力的發展，從而阻礙學生自身能力的培養[1]。華東師范大學的孔翔等在教學改革方面提出了混合式教學契合了“以學生為中心”的新教學理念，有助于激勵學生擺脫傳統教學中的被動地位[2]。福建信息職業技術學院的詹可強提出了OBE 理念下“網絡設備管理”模塊化課程教學實施策略，提出以學生為主體才能煥發課堂的生命力[3]。充分發揮教師的引導作用、學生的課堂主體作用，讓學生善學、會學、樂學。殷志鋒、栗偉周等人的研究表明，通過實踐的教學模式，能夠提升學生的動手能力、創新能力，并能夠明顯提升工程素質能力[4]。在教育部推行“新工科”的背景下，始終堅持模式論創新、制度創新的發展需求，探索更加高效的應用型本科教育。

2 總體思路

積極推進一體化教學改革，促進學以致用。突出項目式教學，發揮學生主體作用、教師主導作用，教師創設情景，項目設計，學生通過課內、課后、實習實訓鍛煉綜合能力，老師對學生綜合能力進行綜合評價，通過做中學、做中教讓學生切實掌握電氣控制技術。通過改革教學方式后的氣控制技術及PLC 課程的教學，提高學生自主能力。

思想層面，培養學生團隊合作精神、勤動手勤動腦的習慣、嚴格遵守操作規程的習慣、養成安全生產意識、培養學生將來走向工作崗位后敬業愛崗的精神；在知識技能層面，通過課程改革培養學生具備自主分析和設計基于PLC 的電氣控制項目技術方案的能力，自主進行故障排除能力以及PLC的程序設計能力，三相異步電動機調試能力、控制電路分析能力、PLC程序的閱讀和編寫能力。

圖1 一體化教學改革成效

通過創新教學方法建立的多元化評價體系，將“教、學、做”融為一體開展理實一體化教學。通過對實踐教學結果進行反思，再進一步促進一體化教學方法改革，提升教學效果。

3 主要舉措

3.1 教學方法的改革

一是讓學生脫離傳統課堂教學模式，把課堂搬進一體化教學實驗室、搬進生產車間。以現代電氣控制技術實驗室的實驗及合作企業生產車間為依托，通過邊講邊做的形式，將理論應用于實踐當中。通過接近生產實際環境的方式發揮學生主體作用、教師主導作用，教師創設情景，項目化設計，學生通過課內、課后、實習、實訓鍛煉綜合能力，老師對學生綜合能力進行綜合評價，通過做中學、做中教讓學生切實掌握電氣控制技術。

圖2 教學環境驅動

二是通過傳統教學與混合教學相融合，借助仿真平臺增加課程實踐內容的多樣性。在實踐過程中學生通過PLC 仿真軟件進行程序調試仿真分析，通過組態仿真軟件對虛擬被控對象進行仿真控制，借助與被控對象相關的數據庫與PLC 建立聯系，實現PLC 與組態軟件的聯合，達到控制虛擬被控對象的目的[5]。這種虛擬仿真的方法對現實中無法預測到的錯誤能夠提前預知，即仿真階段能夠提前了解問題的隱患。通過仿真模擬分析，在組合邏輯正確的情況下再過實驗平臺進行搭接控制電路及主電路等進行實際的線路搭接，提高成功率和安全系數，增強學生安全生產的意識。

通過借助仿真軟件，學生能夠對電氣控制電路進行先行設計，再借助工程制圖軟件對實訓中的電路圖進行電氣工程制圖的制圖和設計。將所學到的電氣工程技術，體現到現代生產企業實際應用當中，如通過對變頻器、HMI人機界面等的學習，配合電氣工程設計與施工圖，將實際工程應用，通過設計方法與流程進行實現，如圖3所示。

圖3 虛擬仿真環境

三是以小組為最小實踐單元，組成三至四人為一個單位的小組進行課程實踐。針對模塊化的知識點，老師進行引導，學生在小組內討論理解，再將討論結果通過仿真分析、PLC編程、線路試接等完成最終實踐。即在老師的引導下，學生通過理論加實操的方式，邊學邊做，學以致用，提升學生動手實踐，將理論知識應用到實踐的目標。例如：電動機啟停、正反轉，課堂上以小組的形式實施系統搭接，對被測對象進行選型和測量，使學生即能掌握低壓電器元件的原理又能掌握元器件的測量方法。整個過程老師邊講邊引導、學生邊做邊思考，在動手操作過程中對學生出現的問題進行答疑解惑，幫助學生加深對知識點的理解和掌握，效果較好。通過小組合作的形式實現知識共享，增強師生之間的感情，營造出“尊重知識，鼓勵創新”的學習分為，能夠培養學生合作共享的意識[6]，培養學生的團隊協同意識，提高學生學習主動性。

四是通過項目式、模塊化教學的方式，由教師發布任務內容、技術指標要求、設計要求，將課程分為不同的項目每個項目劃分不同模塊，課每個模塊細分成具體任務，每個任務的難易程度設置成高低中三個層次，學生根據實際任務小組內同學分工合作完成學習內容。教師發布任務提出設計要求,學生分組進行分工合作。項目式教學實現了理論與實踐的結合，能夠解決傳統教學中學生學習積極性不高的問題，在一定程度上提高了教學效率[7]。通過項目化教學同學們不甘落后，全身心的投入，心無旁騖，極大的提高了學生的積極性。學生們不再感覺理論知識的枯燥，通過實操將理論知識轉化為實踐應用，極大的提升學生自信心及積極性。

五是重新制定考核評價標準，考核方式按項目任務的方式進行，模擬企業實際工況，設計考核標準，注重過程考核。為了借助考核方式來鼓勵學生在整個學期內都努力學習，在成績評定分為不同的幾個方面，具體如下：

1)考核方式：過程考核+理論測試+實操考核，過程考核包含生生互評、教師評價。

2)成績評定：成績為百分制。平時成績占50%，理論考試占30%，實操考核占20%。平時成績包括課前預習、課程實踐、課后提升、模塊測試、進階考核。

3)階段考核：根據課程的性質與特點，設置不少于5 次涵蓋該課程全部教學內容的過程性考核環節。在規定時間內，以控制功能實現為目標，在實操實驗臺上調試出結果，按實操考核評價評分表進行現場考核打分。

通過這種考核方式，將每個環節的結果進行量化，不僅保證不同教學班之間成績評定的一致性，也有效地激發了學生比拼學習的效果。

六是開展學生興趣學習小組，結合學生興趣建設學生社團，社團由一名專業教師作為理論及技術指導老師，一名輔導員作為思政指導老師，社團中高低年級混合編排，形成老帶新傳幫帶，將所學知識轉化為學科競賽。為學生提供教學課件和部分實操視頻，以供學生課后反復觀看學習，增加對知識的深刻理解。

3.2 教學內容的重組

積極響應教育部推出的“新工科”計劃的根本要求，引入新的育的新理念、新的教育方式。

一方面，針課程的建設組織了對企業的調研，總結工程技術問題，凝練企業需求，將新疆重點發展產業中應用最多的電氣控制技術分解成若干基礎教學模塊，將實際的自動化工程項目轉化建設為課程的教學案例作為綜合教學模塊，實行模塊化教學。基于上述思路，確定了認識電氣控制系統、電動機的基本控制組成、電動機的起停控制等16 個基礎教學模塊和電氣控制綜合應用、三層傳送帶的控制、雙液混合控制等6 個綜合教學模塊。其中6個綜合教學模塊有4個來自真實的自動化工程項目，經過對其進行凝練并建設成實踐教學資源。

另一方面，對新疆本地煤炭煤化工、石油石化等企業進行充分調研，結合生產實際，與時俱進的制定課程模塊，將工業生產中的新技術于教學過程中。將教學模塊充分結合工程項目的專業能力要求，打破教材限制，重構了課程內容，將傳統的《電氣控制技術》《可編程控制技術》《電氣工程識圖》《電氣控制技術綜合實踐》四門課程進行融合重構。

3.3 課程思政的融入

課程思政的融入，體現了課程在立德樹人方面潤物細無聲、潛移默化中培養人才的需要。為加強思政教學建設，課程設計了以培養學生兩種精神(胡楊精神和兵團精神)和大國工匠精神為目標的課程思政元素，堅定學生的理想新年，培養學生正確的人生觀、價值觀、正確的家國情懷。例如三層皮帶機控制在面粉加工廠中的應用，以面粉加工廠為應用背景，涉及脫貧攻堅模范，以身邊的榜樣為例，學校教師石寧從大學教授到第一書記，在帶領村民脫貧的路上從未缺席，但缺席女兒人生中的三個重要日子，用故事、實例達到讓學生領悟扎根邊疆、艱苦奮斗、自強不息、甘于奉獻的胡楊精神，并發揚和傳承胡楊精神。

將課程思政融入教學當中，用大國工匠精神對學生進行啟發“工匠精神”是應用型本科教育的靈魂，是教育工作者應承擔的育人職責和使命，更是國家發展、民族振興、學生成長成才的必然要求。

課程思政的融入，也是對習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調“把思想政治工作貫穿教育教學全過程開創我國高等教育事業發展新局面”講話的實際行動。在知識培養的同時，也要思考培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題。堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人[8]。

4 結果與反思

通過模塊化教學，將傳統的課堂教學模式進行模塊化，通過模塊化教學促進知識的高效轉化的目的。模塊化的教學，讓學生能夠更加深入理解理論知識，并將理論轉化為實踐應用，實現對碎片化知識的聯系和重組，系統化的學習。通過一體化課程改革，學生的課堂表現有了顯著提升，學生在實踐中暴露出的問題，可以小組協作的形式快速通過理論知識查找問題點，尋找解決辦法，再通過小組探索的方式對問題的解決辦法進行驗證，起到以實踐來檢驗理論的目的，最終提高了學生增強團隊合作的意識。

學生在學習過程中目標明確，理論與實踐相結合，學習效果好。老師在每個項目的制作過程中針對每個學生單獨指導，針對性強，使學生能很快解決問題。因此對于學習遇到困難的學生，不僅在小組內得到了幫助，教師也會給予指導，幫助同學找到學習方法，最終以潤物細無聲的方式將團結協作、愛國愛疆的家國情懷根植于學生的思想意識里。

5 總結與展望

教學方式一體化的改革進行，讓學生動手又動腦，將所掌握的知識立馬變現為實踐成果，突出學生的在課堂中的主體作用，體現以學生為中心的教學理念。

通過一體化教學培養學生解決復雜工程問題的綜合能力，提高思維的高階性，在確保課程內容的前沿性和時代性創新性的基礎上，提高工程應用的挑戰度[9]。理實一體化教學，相較于傳統的知識傳授上是增加了難度的，課堂上合理的教學難度是激發學生求知天性的引子，而創造性的課堂帶有明顯的挑戰性，有挑戰性的課堂是需要帶有難度的[10]。平平無奇的理論傳授無異于扼殺這種求知的欲望。

進行理實一體化教學，將電氣控制技術、PLC 原理及應用的理論知識與電氣工程制圖與識圖、PLC應用技術的實訓相結合，將學習內容項目化，突出高階性；采用邊講邊學邊做的教學模式，教學環境也從傳統的教室轉移到實驗室進行授課，將實際工程案例進行教學，突出創新型和前沿性；考核方式采用平時課程訓練、實操考核與工程化應用相結合，以提升學生動手實踐能力與工程化應用為目的。

通過對電氣控制技術及PLC課程的一體化改革，無論是教學方式還是課程目標，均與學校確定的為新疆培養高水平應用型人才的服務定位以及與新疆重點發展產業對人才需求高度契合。踐行了用胡楊精神育人、為新疆固邊服務的教育理念，培養了學生作風嚴謹、精益求精、敬業守信的大國工匠精神。為培養建設新時代中國特色社會主義新疆的自動化類工程技術人才進行了探索和實踐，取得了明顯成效。