OBE視角下的PLC縱向課程群建設(shè)

劉　彬, 周　敏, 佟春生

(1. 太原工業(yè)學(xué)院 工程訓(xùn)練中心, 山西 太原　030008；2. 太原工業(yè)學(xué)院 自動(dòng)化系, 山西 太原　030008)

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OBE視角下的PLC縱向課程群建設(shè)

劉彬1, 周敏2, 佟春生2

(1. 太原工業(yè)學(xué)院 工程訓(xùn)練中心, 山西 太原030008；2. 太原工業(yè)學(xué)院 自動(dòng)化系, 山西 太原030008)

成效為本(OBE)的教學(xué)法是通過結(jié)果的考核來(lái)反推教學(xué)方法和內(nèi)容的新型教學(xué)法。在研究成效為本教學(xué)法的基本原理基礎(chǔ)上,通過對(duì)企業(yè)和學(xué)生的調(diào)研獲取了自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的核心能力需求,結(jié)合3P模型,建立了基于PLC控制器的縱向課程群體系,提出了課程結(jié)構(gòu)、課程間的內(nèi)在聯(lián)系、預(yù)期成果及考核方式等內(nèi)容。該課程群體系以統(tǒng)一的控制器平臺(tái)、由淺入深的漸進(jìn)內(nèi)容、多樣的成果考核方式為特點(diǎn),為自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課程體系提出了新的模式,可操作性較強(qiáng)。

成效為本教學(xué)法； 縱向課程群； 專業(yè)課程體系改革

從20世紀(jì)90年代開始,“成效為本”教學(xué)法(outcome-based education,簡(jiǎn)稱OBE)在包括澳大利亞、新西蘭、英國(guó)、中國(guó)香港等國(guó)家和地區(qū)實(shí)施并取得了較好的效果。其創(chuàng)始人斯派蒂(B.Spady)提出:“基于結(jié)果的教育明確地意味著關(guān)注和組織教育系統(tǒng)中的每件事物圍繞著一個(gè)根本的目標(biāo),讓所有的學(xué)生在完成他們的學(xué)習(xí)經(jīng)歷后都能獲得成功?！盵1-2]即OBE教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)成果為教學(xué)過程的焦點(diǎn),課程教學(xué)設(shè)計(jì)以“學(xué)生”和“成果”為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。OBE教學(xué)法為我們提供了有益的指導(dǎo)。本文以O(shè)BE為總體視角,結(jié)合應(yīng)用型本科院校改革的需要,為學(xué)生打造有體系、重應(yīng)用的課程體系,同時(shí)結(jié)合成效為本的理念,建立以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為主要考核目標(biāo)的PLC控制系統(tǒng)課程群。

1　目前控制類課程體系存在的主要問題

國(guó)內(nèi)院校自動(dòng)化專業(yè)課程群建設(shè)大多以主干課程為核心建立橫向課程群體系[3-5],例如劃分電工電子技術(shù)課程群、微處理器應(yīng)用技術(shù)課程群、自動(dòng)控制課程群、信息技術(shù)課程群等,或包括了自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、過程控制、智能控制等同類課程的控制類課程群。該種劃分方式不能充分適應(yīng)企業(yè)需求,課程體系存在著如下問題:

(1) 某些內(nèi)容在多門課程中出現(xiàn),但某些先進(jìn)技術(shù)卻并未出現(xiàn)在課程體系當(dāng)中；

(2) 前后看似相關(guān)課程之間并未建立在同一控制系統(tǒng)體系之上,各門課程的實(shí)驗(yàn)相對(duì)獨(dú)立,缺乏多門課程之間綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)資源浪費(fèi)嚴(yán)重；

(3) 部分教學(xué)內(nèi)容離實(shí)際應(yīng)用有較大差距, 使學(xué)生失去了不少在控制領(lǐng)域發(fā)展的機(jī)會(huì)；

(4) 在實(shí)踐教學(xué)上,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證理論為主,難度較低,指導(dǎo)書過于詳盡,學(xué)生過分依賴教師,缺乏獨(dú)立分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；

(5) 在教學(xué)評(píng)測(cè)機(jī)制上,閉卷考試仍是主要的評(píng)測(cè)方式,這種評(píng)測(cè)機(jī)制既不能準(zhǔn)確反映教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量,也無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試出學(xué)生的真實(shí)能力和素質(zhì)。

關(guān)于控制系統(tǒng)課程內(nèi)容,通過對(duì)幾所應(yīng)用型高校培養(yǎng)方案進(jìn)行對(duì)比,其培養(yǎng)方案中都涵蓋了信息的獲取(傳感器)、執(zhí)行系統(tǒng)(電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))、控制系統(tǒng)(PLC、DCS)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(組態(tài))以及控制理論的應(yīng)用等方面的內(nèi)容,課程門數(shù)較多,均超過了8門課,最多達(dá)到11門,總學(xué)時(shí)最多的達(dá)到448學(xué)時(shí),但仍有一些關(guān)鍵控制課程沒有納入教學(xué)體系中。以我校自動(dòng)化專業(yè)課程為例,可總結(jié)出圖1所示課程內(nèi)容。

圖1　現(xiàn)代工業(yè)控制需求與現(xiàn)有課程體系關(guān)系

2　基于OBE的PLC課程群整體構(gòu)架

OBE教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以能力目標(biāo)為核心建立課程體系,所以如圖2所示,PLC控制系統(tǒng)課程群的建立以實(shí)際調(diào)研的PLC能力目標(biāo)為基礎(chǔ)建立。在該目標(biāo)的基礎(chǔ)上,參考John Biggs在1989年建立的3P模型對(duì)課程群的前提(presage)、過程(process)、產(chǎn)品(product)進(jìn)行分析和建設(shè)[6]。同時(shí)建立考核方法,對(duì)課程群的教學(xué)成果進(jìn)行檢驗(yàn),以對(duì)預(yù)期效果進(jìn)行比較,同時(shí)對(duì)能力目標(biāo)進(jìn)行修正。

3　PLC課程群能力目標(biāo)的確定

OBE教學(xué)方法一般從核心能力入手探索達(dá)到核心能力所需的知識(shí)和教育方法[7],所以首先通過對(duì)企業(yè)、學(xué)生的調(diào)研,總結(jié)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生所需核心能力。

通過對(duì)9家自動(dòng)化相關(guān)企業(yè)的調(diào)研,如表1所示。企業(yè)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的需求首先是專業(yè)能力，有7個(gè)企業(yè)提出該項(xiàng)能力,其次是自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力,分別有5個(gè)企業(yè)提出。其他能力還包括溝通能力、適應(yīng)能力、自律能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等,可以看出主要以適應(yīng)企業(yè)對(duì)技術(shù)人員的現(xiàn)實(shí)要求為核心。在針對(duì)500余名學(xué)生的調(diào)研中,排名前3位的能力分別為:專業(yè)能力,務(wù)實(shí)應(yīng)用和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力,團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

圖2　基于OBE的PLC課程群建設(shè)總體構(gòu)架

核心能力選項(xiàng)適應(yīng)能力專業(yè)能力學(xué)以致用能力自主學(xué)習(xí)能力選擇的企業(yè)數(shù)量4725核心能力選項(xiàng)團(tuán)隊(duì)合作能力溝通能力自律能力實(shí)踐動(dòng)手能力選擇的企業(yè)數(shù)量1115

從調(diào)研的結(jié)果分析,企業(yè)與學(xué)生對(duì)于應(yīng)具有的能力認(rèn)識(shí)比較一致,都以專業(yè)能力為首要能力,其次是自主學(xué)習(xí)的能力。排名第3的能力中企業(yè)更需要實(shí)踐動(dòng)手能力,而學(xué)生對(duì)于團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力有更大的需求。綜合兩項(xiàng)調(diào)查,可得到自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的核心能力，即專業(yè)能力、自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

4　以PLC為核心的一體化課程群建設(shè)

4.1引入3P模型

在成效為本的教育體系中,John Biggs 提出了3P(presage,process；product)模型,主要提出在學(xué)習(xí)的過程中,學(xué)生要成為學(xué)習(xí)的主體,教學(xué)過程的設(shè)計(jì)更多應(yīng)該考慮如何吸引和促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)活動(dòng)中[8]。在一體化課程群的建立過程中,引入3P模型,提出課程群建立的基礎(chǔ)知識(shí)、課程體系和最終成果。一體化課程群將打破橫向劃分課程群的傳統(tǒng)思路,建立以系統(tǒng)概念為核心的、前后課程銜接的縱向課程群體系,其包括如下特點(diǎn):

(1) 統(tǒng)一的控制平臺(tái)。課程之間以某控制平臺(tái)作為主線,對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí),避免因平臺(tái)不同造成學(xué)習(xí)的重復(fù)和混亂。

(2) 漸進(jìn)的課程體系。首先在某控制平臺(tái)基礎(chǔ)上,對(duì)控制過程的信息采集、信息處理和執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行初步學(xué)習(xí),其次通過項(xiàng)目教學(xué)法和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐一體化課程加深和拓寬對(duì)各部分知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握[9]。

(3) 先進(jìn)技術(shù)的引入。在課程體系中,增加伺服和變頻控制技術(shù),同時(shí)重點(diǎn)引入信息技術(shù)的應(yīng)用,將網(wǎng)絡(luò)知識(shí)貫穿在課程群體系中。

(4) 成效為本的評(píng)價(jià)體系。所有課程的評(píng)價(jià)避免依賴考試完成,引入設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)踐操作等考核方式,以學(xué)生完成任務(wù)為主要目標(biāo)。

4.2PLC為核心的控制系統(tǒng)構(gòu)成

PLC控制技術(shù)在實(shí)踐中主要包含了信息采集、系統(tǒng)控制、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行等功能,在信息技術(shù)的引領(lǐng)下,通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控和控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程擴(kuò)展也成為核心內(nèi)容[10-11]。在圖3所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,由PLC控制器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可構(gòu)成基本的控制系統(tǒng),適合于小規(guī)模的控制對(duì)象。通過總線可擴(kuò)展觸摸屏或者安裝組態(tài)軟件的上位機(jī)控制,構(gòu)成監(jiān)控一體的控制系統(tǒng),適用于中小規(guī)模的控制對(duì)象。為適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)和大系統(tǒng)的使用,可通過總線系統(tǒng)擴(kuò)展更多的控制器或遠(yuǎn)程I/O,構(gòu)成冗余控制、遠(yuǎn)程控制和智能控制等復(fù)雜系統(tǒng)。

圖3　以PLC為核心的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3課程群建設(shè)內(nèi)容

由于原有課程體系比較混亂,雖然課程包含了幾乎所有控制系統(tǒng)中的重要內(nèi)容,但平臺(tái)多樣、體系不明確的缺點(diǎn)依然存在。一體化縱向課程群的建立，較好地解決了這個(gè)問題。以PLC為例,一體化縱向課程群將圖3中所示課程按照平臺(tái)與體系進(jìn)行劃分,精心選擇內(nèi)容、合理銜接知識(shí)點(diǎn),爭(zhēng)取在較短的課時(shí)中讓學(xué)生能夠掌握控制系統(tǒng)的構(gòu)架和知識(shí)體系。

如圖4所示,一體化縱向課程群在4門前續(xù)基礎(chǔ)課程的的支撐下,首先完成一門核心課程“可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)”,該門課程中以某一種PLC為核心,學(xué)習(xí)傳感器、低壓電器、電機(jī)控制以及簡(jiǎn)單的通訊和上位機(jī)系統(tǒng),從一開始就建立控制系統(tǒng)總體概念。在此基礎(chǔ)上,通過“傳感系統(tǒng)和變頻/伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“工業(yè)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)”兩個(gè)設(shè)計(jì)專用周強(qiáng)化信息獲取、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和總線通信的知識(shí)內(nèi)容。以上設(shè)計(jì)專用周采用授課、實(shí)踐一體化教學(xué)模式,在同一PLC基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐。最后開設(shè)“DCS與系統(tǒng)組態(tài)”課程,完善控制系統(tǒng)概念,建立監(jiān)控一體的控制系統(tǒng)思想。設(shè)計(jì)專用周按照40學(xué)時(shí)計(jì)算,課程群總學(xué)時(shí)為172學(xué)時(shí)。

圖4　一體化縱向課程群

4.4教學(xué)成果形式

根據(jù)圖4所示課程群系統(tǒng),結(jié)合圖1所示控制技術(shù)與課程的關(guān)系可以看出,雖然只有4門課程,但涵蓋了所有主要控制技術(shù),且通過統(tǒng)一平臺(tái)、由淺入深、實(shí)踐為主的方式,在短時(shí)間內(nèi)即可使學(xué)生掌握比較系統(tǒng)的、符合企業(yè)需求的知識(shí)體系。表2中詳細(xì)提出了各門課程的預(yù)期成果,全部以能夠完成實(shí)際功能為主要目標(biāo)。

表2　各門課程所涵蓋技術(shù)及預(yù)期成果

5　課程群考核辦法

本課程群需要在較短的學(xué)時(shí)中完成課程內(nèi)容,并能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期成果,對(duì)于教師來(lái)說是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。所以為得到較好的教學(xué)效果,該課程群考核的方式必須超越原有卷面考試的模式,以多種考核方式推進(jìn)教學(xué)的深入[12]。

5.1核心能力與課程相關(guān)性模型

鑒于一體化課程群的建立基礎(chǔ)是核心能力,所以首先必須明確各門課程能夠給予學(xué)生在核心能力方面的鍛煉。如表3所示,各門課程的授課過程必須給予核心能力以鍛煉和支撐。

表3　核心能力與課程相關(guān)性模型

5.2考核方式

在卷面考試之外,常用的考核方式還包括課堂問答,書面設(shè)計(jì)報(bào)告,實(shí)踐操作、調(diào)試,故障排查等方式。針對(duì)課程對(duì)核心能力的要求,我們針對(duì)不同課程也要設(shè)計(jì)不同的考核方式。

表4　各門課程考核方式

根據(jù)不同的考核方式,不同課程可以制定各類考核的權(quán)重關(guān)系,以形成學(xué)生的最終成績(jī)。另外還需注意以下幾點(diǎn):

(1) 考核需更注重學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)；

(2) 鑒于成效為本的教學(xué)方法更加注重學(xué)生最終所獲得的能力,所以考核時(shí)間應(yīng)以全學(xué)期為準(zhǔn)；

(3) 考核結(jié)果需認(rèn)真對(duì)待、及時(shí)總結(jié),以便對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行有效調(diào)整。

6　結(jié)語(yǔ)

學(xué)習(xí)成效應(yīng)包括學(xué)生應(yīng)該知道或理解的、學(xué)生應(yīng)該能做的、學(xué)生應(yīng)該具備的素質(zhì)，所以在成效為本的基礎(chǔ)上,工業(yè)控制專業(yè)學(xué)生必須掌握專業(yè)知識(shí),提高實(shí)踐能力,鍛煉解決問題和主動(dòng)思考問題的能力,形成團(tuán)隊(duì)思想?；贠BE的控制技術(shù)課程群的建立,能夠在統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行授課,避免了學(xué)生在學(xué)習(xí)同類課程時(shí)的混亂情況,能夠得到較為清晰的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),有效減少了雷同內(nèi)容的重復(fù)學(xué)習(xí)時(shí)間,縮減了學(xué)時(shí)。

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Construction of PLC longitudinal curriculum group from OBE perspective

Liu Bin1, Zhou Min2, Tong Chunsheng2

(1. Engineering training center, Taiyuan 030008, China;2. Department of Automation, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China)

The object based education (OBE) teaching method is a new teaching method which inspects the results for improving the teaching method and content of the education. This paper studies the basic principle of OBE teaching method, getting the core ability through the research to the enterprise and the students. Combined with the 3P model, the longitudinal curriculum group system based on PLC controller has been established which puts forward the curriculum structure, the inner link between expected results and evaluation method, etc. The curriculum group system has the following three characteristic: an unified controller platform, the gradual content and the diverse achievements appraisal way , which puts forward a new mode with a strong operability for automation professional curriculum system.

oject based education (OBE) teaching methods; longitudinal curriculum group; professional curriculum system reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.050

2015- 09- 02修改日期:2015- 11- 03

山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“成效為本的工業(yè)控制課程群整合優(yōu)化研究” (J2014116)

劉彬(1975—),男,山西五臺(tái),碩士,副教授,主要研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程、機(jī)電液智能控制、機(jī)電傳動(dòng).

E-mail:453502500@qq.com

TP38；G642.0

A

1002-4956(2016)3- 0197- 05