混合式教學(xué)模式在電氣控制技術(shù)及PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐探究

楊鴻　張寧寧　汪新巧

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；OBE；項(xiàng)目式教學(xué)；PLC

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）12-0116-03

0 引言

線上教學(xué)與線下教學(xué)的優(yōu)勢和劣勢都比較明顯，要取長補(bǔ)短，發(fā)揮線上和線下教學(xué)各自的優(yōu)勢，線上和線下混合式教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生。線上教學(xué)的優(yōu)勢：不受時(shí)空的約束，學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)相關(guān)知識，不能實(shí)時(shí)同步學(xué)習(xí)時(shí)，看錄播回放。學(xué)習(xí)不受時(shí)空限制，消除學(xué)生害羞心理，教師掌握部分學(xué)生的真實(shí)學(xué)情；缺點(diǎn)：師生不能實(shí)時(shí)交流。教師無法通過學(xué)生的表情、眼神等了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，學(xué)習(xí)對學(xué)生的主動性要求較高；線上教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課以通過仿真軟件來實(shí)現(xiàn)，但是缺乏線下的真實(shí)體驗(yàn)。線下教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)線上教學(xué)的缺點(diǎn)。針對以上優(yōu)勢和缺點(diǎn)，發(fā)揮優(yōu)勢，摒棄缺點(diǎn)，以學(xué)生為中心，結(jié)合OBE教育理念，項(xiàng)目式教學(xué)為主線，理實(shí)一體化教學(xué)為手段，本課題探究混合式教學(xué)模式在電氣控制技術(shù)及PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

目前，不管是線上還是線下，不管是“理論+實(shí)驗(yàn)”還是“理實(shí)一體化”的教學(xué)手段，電氣控制技術(shù)及PLC 教學(xué)仍然離不開“教師教，學(xué)生學(xué)”模式，沒有發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)及PLC課程，通常用標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃教材、統(tǒng)一的授課方式、統(tǒng)一的教學(xué)媒體，以中等水平的學(xué)生群體作為學(xué)習(xí)者主體，開展以知識傳授為主的教學(xué)方式，以知識點(diǎn)考察為主的考核方式[1]。這樣的教學(xué)模式存在以下痛點(diǎn)：

1） 知識點(diǎn)更新慢，滯后于技術(shù)的發(fā)展。在新技術(shù)的高速發(fā)展的今天，教師對新技術(shù)的吸收，再到教材的出版，需要一定的時(shí)間，最后落實(shí)到教學(xué)過程當(dāng)中，知識存在一定的滯后性。

2） 重知識點(diǎn)，輕能力培養(yǎng)，與社會和產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)。雖然理論知識很重要，但是只注重知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，而輕能力培養(yǎng)，學(xué)到的知識是碎片化，是一個(gè)個(gè)知識的孤島，這與社會和產(chǎn)業(yè)的知識的融會貫通還有一段的距離。

3） 工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)不足，偏離工程師培養(yǎng)規(guī)律。由于大部分教師沒有實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，工程設(shè)計(jì)能力不足，導(dǎo)致教學(xué)過程當(dāng)中，容易重知識點(diǎn)，輕工程思維能力的培養(yǎng)。

4） 實(shí)踐教學(xué)缺少工程項(xiàng)目的環(huán)節(jié)。目前，大部分高校出于學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全考慮，廣泛使用試驗(yàn)臺，成品模塊化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的模式，在方便教師教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐操作的同時(shí)，學(xué)生卻失去了工程安裝及調(diào)試的實(shí)踐訓(xùn)練的機(jī)會。學(xué)生僅僅驗(yàn)證了理論、方法，難以達(dá)到工程實(shí)踐訓(xùn)練的目的。

5） 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置合理性欠缺，理論聯(lián)系實(shí)際不強(qiáng)。教學(xué)內(nèi)容結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝流程不緊密，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)參與度不強(qiáng)，積極性不高。

6） 產(chǎn)教融合程度低，典型企業(yè)案例缺乏。校企合作深度不強(qiáng)，教學(xué)的案例過于簡單，學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力得不到培養(yǎng)。大部分校企合作僅僅流于形式，增加學(xué)生的實(shí)習(xí)經(jīng)歷，企業(yè)擔(dān)心培養(yǎng)出來的人才外流，所以學(xué)生參與工程項(xiàng)目的開發(fā)及核心技術(shù)研發(fā)的機(jī)會極低。

2 混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

為了提升線下課堂教學(xué)的效率，滿足同學(xué)的個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，著重解決學(xué)生的難點(diǎn)，突出課堂的重點(diǎn)，采取線上線下混合模式教學(xué)。將部分知識通過視頻講解，學(xué)生能吸收的知識點(diǎn)采用前置線上教學(xué)，在線討論模式，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，集思廣益，共同協(xié)作解決問題。充分利用網(wǎng)上的優(yōu)質(zhì)資源（如MOOC） ，取長補(bǔ)短，豐富教學(xué)內(nèi)容。線下課堂教學(xué)著重關(guān)注重點(diǎn)和難點(diǎn)，為學(xué)生的工程實(shí)踐提供時(shí)間保障。充分發(fā)揮線上和線下的各自優(yōu)勢。以成果為導(dǎo)向的OBE教學(xué)理念，采用項(xiàng)目式教學(xué)方式，提升學(xué)生電氣控制技術(shù)及PLC的綜合分析問題、解決問題的能力。如圖1所示為混合式教學(xué)模式在電氣控制技術(shù)及PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐。

2.1 教學(xué)理念

OBE 模式全稱為Outcomes-based Education，即以成果為導(dǎo)向的教育模式。這一教學(xué)模式產(chǎn)生于20 世紀(jì)70至80年代的美國教育改革。該模式是以學(xué)習(xí)者為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的能力為目標(biāo)，以學(xué)習(xí)的成果為導(dǎo)向，以結(jié)果驅(qū)動教學(xué)[2]。根據(jù)本門課程教學(xué)大綱，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)措施，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u價(jià)方法，不斷持續(xù)改進(jìn)，以螺旋上升的方式進(jìn)行教學(xué)。如圖2所示為螺旋式上升的OBE教學(xué)。

2.2 教學(xué)準(zhǔn)備

在教學(xué)準(zhǔn)備階段，要進(jìn)行學(xué)情分析、授課內(nèi)容設(shè)計(jì)和項(xiàng)目實(shí)施分析。學(xué)情分析是基礎(chǔ)，授課內(nèi)容設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，項(xiàng)目實(shí)施分析是關(guān)鍵。

1） 學(xué)情分析

學(xué)生學(xué)習(xí)了電路、電機(jī)及拖動技術(shù)，傳感器及檢測技術(shù)，自動控制原理等先修課程。通過電氣控制技術(shù)及PLC課前線上的學(xué)習(xí)，學(xué)生會電氣控制技術(shù)與PLC的原理和相關(guān)知識，但是知識碎片化，不能構(gòu)成體系，不能結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際靈活運(yùn)用，缺乏工程思維的訓(xùn)練等障礙?；趯W(xué)生的已知的知識和障礙，采用項(xiàng)目式（PBL） 教學(xué)手段，促使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實(shí)際，解決工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，鍛煉學(xué)生PLC程序設(shè)計(jì)的思路，訓(xùn)練學(xué)生的工程思維，激發(fā)學(xué)生探究電氣控制技術(shù)及PLC學(xué)習(xí)的內(nèi)生驅(qū)動力。

2） 教學(xué)內(nèi)容分析

電氣控制技術(shù)及PLC是自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)必修課；該課程分為電氣控制技術(shù)部分和PLC技術(shù)部分，電氣控制技術(shù)部分由電氣控制元件、電動機(jī)的起?？刂?、三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制等8個(gè)模塊組成。PLC技術(shù)部分由PLC的系統(tǒng)配置與接口、基本指令、程序設(shè)計(jì)等10個(gè)模塊組成。電氣控制技術(shù)是PLC的基礎(chǔ)，只有學(xué)懂弄通電氣控制技術(shù)，PLC技術(shù)部分才能言之有物，否則，PLC技術(shù)部分是霧里看花。PLC技術(shù)是本課程的核心，是信息化技術(shù)重要組成部分。課程思政內(nèi)容（社會主義核心價(jià)值觀）貫穿于教學(xué)始終。通過基本模塊的學(xué)習(xí)，最終達(dá)到解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的混合式教學(xué)目標(biāo)。

3） 學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)在價(jià)值觀層面、知識層面和技能層面達(dá)到相應(yīng)的水平。價(jià)值觀層面：牢固樹立社會主義核心價(jià)值觀，養(yǎng)成良好的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。知識層面：闡明常用電氣控制的原理；依據(jù)三相異步電動機(jī)的起動、調(diào)速、制動的機(jī)械特性，選擇相應(yīng)的控制方法；依據(jù)各種控制方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電氣原理圖；闡述PLC的基本原理，能通過PLC的梯形圖及其他編程語言，開發(fā)出典型的PLC程序。技能層面：依據(jù)電氣圖紙，完成電氣元件的選型；具備依據(jù)電氣原理圖，能夠分析現(xiàn)場故障，解決現(xiàn)場實(shí)際問題的能力；根據(jù)不同的工藝，具有相應(yīng)的PLC編程能力，滿足工藝要求。以知識、能力、素養(yǎng)為基礎(chǔ)，貫穿于基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)、工程技術(shù)應(yīng)用、行業(yè)案例拓展，形成的三縱三橫線上線下混合式學(xué)習(xí)目標(biāo)，具有全局思維的工程素養(yǎng)和關(guān)鍵領(lǐng)域創(chuàng)新能力。如圖3所示為三縱三橫線上線下混合式學(xué)習(xí)目標(biāo)。

4） 項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-based Learning） 打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式在時(shí)間、空間、單一個(gè)體上的三維限制，有助于鍛煉大學(xué)生的思維創(chuàng)新能力，團(tuán)隊(duì)合作能力和領(lǐng)導(dǎo)計(jì)劃能力以及項(xiàng)目執(zhí)行解決能力；這些正是應(yīng)試教育下中國學(xué)生所欠缺的來自世界面向未來挑戰(zhàn)的能力，這也是中國大學(xué)教育所需要深刻思考的問題[3]。這符合應(yīng)用型本科教育“以學(xué)生為主體”的課堂教學(xué)要求。在項(xiàng)目式教學(xué)中，如何引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合工程項(xiàng)目案例，運(yùn)用所學(xué)知識，分階段完成相關(guān)內(nèi)容；以問題牽引學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和積極性，對學(xué)生成果的肯定及提出建設(shè)性意見。項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于工程項(xiàng)目的題目設(shè)計(jì)，這樣才能綱舉目張。題目需要涉及電氣控制技術(shù)及PLC的主要內(nèi)容，同時(shí)離不開生產(chǎn)現(xiàn)場工藝的要求。工藝的設(shè)計(jì)不能孤立、片面地存在，要有整體思維、聯(lián)系和發(fā)展的思維，這樣既培養(yǎng)學(xué)生有全局觀，又有聯(lián)系和發(fā)展的觀念。本文以鋼鐵生產(chǎn)流程項(xiàng)目為例（如圖4所示），分為煉鐵組、煉鋼組、軋鋼組、公輔組等，每組細(xì)分為單元，如煉鐵組內(nèi)有球團(tuán)單元、燒結(jié)單元、焦化單元、高爐單元，高爐單元還可以細(xì)分為本體、熱風(fēng)爐、原料等系統(tǒng)。教師根據(jù)學(xué)情進(jìn)行分組和確定題目內(nèi)容劃分的粗細(xì)程度，成績好的同學(xué)可以挑戰(zhàn)單個(gè)項(xiàng)目的題目。從工程項(xiàng)目實(shí)際出發(fā)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，將進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)。

5） 混合式教學(xué)資源利用與開發(fā)

線下教學(xué)資源是我們每個(gè)學(xué)校每個(gè)教師必須擁有、更新、開發(fā)與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)資源，線上資源也很豐富，2022年3月28日教育部國家高等教育智慧教育平臺正式上線。智慧高教平臺集合了中央、地方、高校和社會力量建設(shè)的20個(gè)綜合類和專業(yè)類高等教育公共在線課程平臺，分批次接入優(yōu)質(zhì)在線課程，提供一站式搜索與智能推薦全網(wǎng)好課服務(wù)。是全球規(guī)模最大、門類最全、用戶最多的高等教育平臺。首次上線的是在52000多門優(yōu)質(zhì)課程中優(yōu)中選優(yōu)，選出2萬門課程，覆蓋13個(gè)學(xué)科門類、92個(gè)專業(yè)類，讓所有的高校師生和社會學(xué)習(xí)者可以走進(jìn)大學(xué)網(wǎng)上課堂[4]。線上教育資源比較多，但不一定適合每一所學(xué)校，要根據(jù)學(xué)情和學(xué)校的定位來精選線上教育資源。否則，即使擁有豐富的線上教學(xué)資源，也無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.3 教學(xué)實(shí)施

在應(yīng)用型本科教學(xué)實(shí)施過程中，培養(yǎng)學(xué)生的解決復(fù)雜工程應(yīng)用能力是教學(xué)活動的基本目標(biāo)。知識的積累→能力培養(yǎng)→工程應(yīng)用，從基礎(chǔ)到復(fù)雜，是逐步深化的過程。圖5所示為解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的混合式教學(xué)。

1） 課前：在課前，讓學(xué)生了解本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)（如：理解誤差、目標(biāo)參數(shù)控制方法、PID控制、魯棒控制等）和要實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐任務(wù)（如：在誤差允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高爐溫度控制要求）。學(xué)生了解學(xué)習(xí)目標(biāo)之后，復(fù)習(xí)前續(xù)課程自動控制原理關(guān)于PID的相關(guān)知識，通過高等教育公共在線課程平臺相關(guān)精選課程和教師在雨課堂上發(fā)布的相關(guān)教學(xué)視頻和教學(xué)資料，線上學(xué)習(xí)PID的功能塊和溫度控制相關(guān)基本知識。

2） 課中：通過雨課堂平臺收集學(xué)生課前學(xué)習(xí)的知識難點(diǎn)與疑惑，消除學(xué)生不敢暴露難點(diǎn)的顧慮，教師全面掌握課前的學(xué)情，講解難點(diǎn)、重點(diǎn)與疑惑。在學(xué)生掌握了知識難點(diǎn)、重點(diǎn)之后，課中采用“理實(shí)一體化”教學(xué)手段，讓同學(xué)們在“教-學(xué)-做”中加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理實(shí)一體化是通過創(chuàng)造一種真實(shí)和仿真的教學(xué)實(shí)景，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地融合在一起，從而實(shí)現(xiàn)理論知識傳授和實(shí)踐技能操作的統(tǒng)一。理實(shí)一體化教學(xué)中的“理論”和“實(shí)踐”具有教育學(xué)和技術(shù)學(xué)的雙重規(guī)定，“一體化”體現(xiàn)著兩者合二為一的過程和趨勢[5]。通過重點(diǎn)、難點(diǎn)和疑惑點(diǎn)的講解，學(xué)生按照課前實(shí)踐任務(wù)在課堂繼續(xù)完成課前未完成的任務(wù)。每組學(xué)生可以通過討論進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐，在實(shí)踐中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程項(xiàng)目的能力（PID參數(shù)的優(yōu)化）。在解決工程項(xiàng)目的過程中，根據(jù)每個(gè)同學(xué)的具體情況，可以采用自主探究、合作學(xué)習(xí)，教師指導(dǎo)的方法進(jìn)行。教師指導(dǎo)不是直接給出答案，而是采用啟發(fā)式教學(xué)，循循善誘引導(dǎo)學(xué)生探索知識的興趣。

3） 課后：學(xué)生通過本節(jié)課的知識的學(xué)習(xí)，整理、總結(jié)相關(guān)成果，采用自主探究、線上討論形式，優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的方式和方法，促進(jìn)學(xué)生的舉一反三的能力。

2.4 教學(xué)評價(jià)

教學(xué)評價(jià)是對教與學(xué)效果的一種反饋機(jī)制，是教學(xué)活動的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，合理的教學(xué)評價(jià)可以促進(jìn)教學(xué)的改進(jìn)與提高，所以我們要構(gòu)建多維教學(xué)評價(jià)體系。教學(xué)效果評價(jià)的核心是教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度及其對學(xué)生成長發(fā)展產(chǎn)生的影響[6]。教學(xué)評價(jià)與反饋的數(shù)據(jù)來源是多樣化的，既可以來自課程設(shè)置的各個(gè)考核環(huán)節(jié)、考核項(xiàng)目，也可以來自學(xué)生的自身學(xué)習(xí)體驗(yàn)與自我成效認(rèn)定[7]。

電氣控制技術(shù)及PLC課程的教學(xué)評價(jià)主要包括教學(xué)內(nèi)容的考核和效果的評價(jià)。對教學(xué)內(nèi)容的考核主要從以下幾方面進(jìn)行科學(xué)分析：分析成績是否符合正態(tài)分布，成績分布產(chǎn)生的原因；分析考核項(xiàng)目與教學(xué)目標(biāo)是否有支撐作用；分析難易度與教學(xué)目標(biāo)、理論知識掌握水平和實(shí)踐運(yùn)用情況是否相符；分析形成性評價(jià)考核項(xiàng)目對學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、日常表現(xiàn)和能力評估的科學(xué)性；分析教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)工作中存在的不足，并提出改進(jìn)措施等來改進(jìn)課程教學(xué)實(shí)施[5]?；旌鲜浇虒W(xué)模式在電氣控制技術(shù)及PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐探究的考核內(nèi)容如表1所示，從表1可知：教學(xué)內(nèi)容考核分為過程性評價(jià)和階段性評價(jià)兩種。評價(jià)方式分為線上評價(jià)和線下評價(jià)，線上評價(jià)是通過學(xué)生在線學(xué)習(xí)的時(shí)間，線上作業(yè)；線下評價(jià)通過專題討論、方案匯報(bào)、工程案例以及成果產(chǎn)出等進(jìn)行多維度評價(jià)。

3 結(jié)束語

本研究結(jié)合本地區(qū)應(yīng)用型本科自動化專業(yè)的具體學(xué)情，混合式教學(xué)模式在電氣控制技術(shù)及PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐改革以后，學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)動力增強(qiáng)。將部分基礎(chǔ)知識前移至線上課前學(xué)習(xí)，增加課堂講述重點(diǎn)、難點(diǎn)及實(shí)踐的時(shí)間，留足了學(xué)生思考和討論的時(shí)間，深化了課程思政的內(nèi)涵，拓寬了知識的深度和廣度。夯實(shí)基礎(chǔ)，提高綜合能力，培養(yǎng)工程素養(yǎng)，使課堂離企業(yè)的現(xiàn)場更近，更貼近生產(chǎn)實(shí)際。經(jīng)4個(gè)學(xué)期的教學(xué)活動，學(xué)生的動手能力和解決電氣控制技術(shù)及PLC程序開發(fā)與調(diào)試的實(shí)際工程能力有較大提高，調(diào)研最近一屆畢業(yè)生，反饋課堂與現(xiàn)場實(shí)際相似，具有一定的推廣示范作用。