案例加項(xiàng)目式教學(xué)法在應(yīng)用本科PLC技術(shù)課程中的探索

雷學(xué)堂，邵建設(shè)，熊志利

(黃岡師范學(xué)院 電子信息學(xué)院，湖北 黃州 438000)

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案例加項(xiàng)目式教學(xué)法在應(yīng)用本科PLC技術(shù)課程中的探索

雷學(xué)堂，邵建設(shè)，熊志利

(黃岡師范學(xué)院 電子信息學(xué)院，湖北 黃州 438000)

針對(duì)應(yīng)用型本科院校少學(xué)時(shí)的PLC應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué),嘗試了一種案例加項(xiàng)目式教學(xué)法。文中討論了案例加項(xiàng)目式教學(xué)的授課計(jì)劃制訂、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程組織，將該方法試點(diǎn)的效果跟往屆的教學(xué)效果進(jìn)行了對(duì)比分析，根據(jù)試點(diǎn)情況提出了使用該方法應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。實(shí)踐表明該方法使教學(xué)效果得到了較大改善,學(xué)生的實(shí)踐能力得到提高、知識(shí)面得到拓展，適合少學(xué)時(shí)應(yīng)用型本科工程技術(shù)類課程的教學(xué)。

案例加項(xiàng)目教學(xué)法；PLC技術(shù)；授課計(jì)劃；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)過(guò)程

可編程控制器(PLC)是自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的通用工業(yè)控制裝置，廣泛地應(yīng)用于機(jī)電一體化、工業(yè)自動(dòng)化控制等各個(gè)領(lǐng)域。它是電氣類和自動(dòng)化類專業(yè)的專業(yè)必修課程，也是很多電子信息類專業(yè)的專業(yè)選修課程。內(nèi)容主要包括PLC的軟、硬件結(jié)構(gòu)和基本工作原理、指令系統(tǒng)和梯形圖編程的基本方法，以及開(kāi)發(fā)PLC控制系統(tǒng)的基本方法。該課程的課時(shí)安排，高職院校一般在90～120學(xué)時(shí)，本科電氣類和自動(dòng)化類專業(yè)一般是64～72學(xué)時(shí)，而本科電子信息類一般只有32～48學(xué)時(shí)[1-4]。

案例式教學(xué)法和項(xiàng)目式教學(xué)法在高職院校已經(jīng)普遍應(yīng)用多年，實(shí)踐證明該方法對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型才是有效的。隨著地方本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)定位向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)型，嘗試在地方本科院校借鑒高職院校成功的案例式教學(xué)法和項(xiàng)目式教學(xué)法具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

考慮到地方本科院校培養(yǎng)的是“寬口徑、厚基礎(chǔ)”的應(yīng)用型人才，作為專業(yè)選修的PLC技術(shù)課程的課時(shí)較少(48學(xué)時(shí))。嘗試了采取課內(nèi)與課外相結(jié)合、案例加項(xiàng)目教學(xué)的方法，將教材內(nèi)容融入到案例當(dāng)中，教師以案例分析的形式來(lái)講解理論知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)，學(xué)生在課堂上通過(guò)實(shí)際操作來(lái)實(shí)現(xiàn)所講案例，在課外完成跟所分析案例相似的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并在下一次課堂上進(jìn)行答辯檢查。

1　案例加項(xiàng)目式教學(xué)的授課計(jì)劃制訂

1.1案例加項(xiàng)目的授課計(jì)劃

高職院校一般安排6～12學(xué)時(shí)完成一個(gè)PLC項(xiàng)目，整個(gè)項(xiàng)目都由教師全程指導(dǎo)，教學(xué)過(guò)程一般都是：①由教師提出問(wèn)題(布置任務(wù))；②學(xué)生搜索和查閱資料并分組討論解決問(wèn)題的初步方案；③教師根據(jù)各小組的學(xué)習(xí)情況,集中講解學(xué)習(xí)過(guò)程中的共性難題，并引導(dǎo)各小組制訂可行的詳細(xì)解決方案；④各小組根據(jù)制訂的解決方案，分工協(xié)作，通過(guò)設(shè)計(jì)安裝硬件線路和編寫(xiě)調(diào)試軟件程序，實(shí)現(xiàn)各自的方案；⑤各小組演示自己的解決方案，并對(duì)其他同學(xué)提出的問(wèn)題進(jìn)行答辯；⑥教師對(duì)各小組的學(xué)習(xí)過(guò)程以及任務(wù)完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)[5-9]。借鑒高職院校的經(jīng)驗(yàn)，以案例加項(xiàng)目的教學(xué)形式, 教學(xué)過(guò)程采用高職院校普遍采用的6個(gè)環(huán)節(jié)，將PLC技術(shù)課程內(nèi)容分成12個(gè)單元，每個(gè)單元4學(xué)時(shí)，由課內(nèi)的教師講解指導(dǎo)和課外學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)組成。 PLC技術(shù)課程案例加項(xiàng)目式教學(xué)授課計(jì)劃見(jiàn)表1。

1.2案例加項(xiàng)目的授課計(jì)劃說(shuō)明

為解決授課內(nèi)容的完整性和有限課時(shí)之間的矛盾，同時(shí)又能符合案例加項(xiàng)目的教學(xué)形式，在教學(xué)案例和設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選取上，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、結(jié)合PLC前沿技術(shù)，按照循序漸進(jìn)的原則來(lái)選取教學(xué)案例和設(shè)計(jì)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了12個(gè)教學(xué)單元。教學(xué)計(jì)劃中引入了現(xiàn)代工業(yè)控制廣泛流行的觸摸和上位機(jī)組態(tài)方面的知識(shí)和技術(shù)(該部分占整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的20%)。

表1　PLC技術(shù)課程案例加項(xiàng)目式教學(xué)計(jì)劃

2　案例加項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

2.1通過(guò)分析典型應(yīng)用實(shí)例講解基本理論和應(yīng)用技術(shù)

將每一個(gè)單元要講解的理論知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)，融入1～3個(gè)工程實(shí)際應(yīng)用的案例中，通過(guò)對(duì)工程實(shí)際中典型應(yīng)用案例的分析和講解，總結(jié)出本次課需要傳授的理論知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)。通過(guò)典型案例來(lái)創(chuàng)設(shè)教學(xué)內(nèi)容的情境，提示新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，而不是讓學(xué)生記憶和背誦教師講授內(nèi)容,有利于學(xué)生建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義,能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

以“電機(jī)基本控制”單元為例，本單元要求學(xué)生掌握空氣斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器、按鈕、刀開(kāi)關(guān)、主令開(kāi)關(guān)等基本電氣元件的作用和工作原理，經(jīng)電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、自鎖、互鎖三種基本控制技術(shù)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制、啟—?！？刂啤⒄崔D(zhuǎn)控制這三個(gè)典型應(yīng)用案例的分析，來(lái)講解前述幾種電氣元件的作用、工作原理和三種基本控制技術(shù)。又如，通過(guò)步進(jìn)梯形圖的交通燈控制案例分析來(lái)講解步進(jìn)梯形圖的結(jié)構(gòu)和編程方法。

2.2將已經(jīng)分析過(guò)的教學(xué)案例作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓學(xué)生在課堂上實(shí)現(xiàn)

將分析過(guò)的教學(xué)案例作為本次課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能有效鞏固所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)，并將所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用能力，在實(shí)踐過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的細(xì)節(jié)問(wèn)題,通過(guò)解決這些細(xì)節(jié)問(wèn)題來(lái)拓展學(xué)生的知識(shí)面、進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

以“電機(jī)基本控制”單元為例，教師在對(duì)案例分析中講解了基本的電氣元件和三種典型控制電路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)做出這三種電路的過(guò)程中，學(xué)生必須弄清楚各種電氣元件的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、各種基本控制電路的安裝接線方法、調(diào)試方法和步驟；再如，學(xué)生在通過(guò)步進(jìn)梯形圖指令實(shí)現(xiàn)交通燈控制的過(guò)程中，學(xué)生必須弄清楚步進(jìn)梯形圖的結(jié)構(gòu)、編程方法、每一步如何實(shí)現(xiàn)所需的功能、轉(zhuǎn)移條件如何選取和設(shè)置等一系列問(wèn)題。通過(guò)對(duì)實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題的解決，將所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)內(nèi)化為學(xué)生的內(nèi)在能力。

2.3將相關(guān)或相似案例的工程應(yīng)用作為學(xué)生的課外設(shè)計(jì)項(xiàng)目

課堂上的案例分析和學(xué)生實(shí)現(xiàn)案例的實(shí)際操作完成后，學(xué)生根根據(jù)教師布置的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在課外搜索和查閱資料，并分組討論解決問(wèn)題的初步方案；教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)了解各小組的項(xiàng)目進(jìn)展情況，回答學(xué)生的問(wèn)題，并引導(dǎo)各小組制訂可行的詳細(xì)解決方案；各小組根據(jù)制訂的解決方案，分工協(xié)作，通過(guò)設(shè)計(jì)安裝硬件線路和編寫(xiě)調(diào)試軟件程序，實(shí)現(xiàn)各自的方案。

3　案例加項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程的組織

考慮到課時(shí)限制問(wèn)題，利用了課外學(xué)時(shí)，將教學(xué)過(guò)程中主要由學(xué)生自己完成的②③④環(huán)節(jié)安排到課外，在此過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)QQ或電話跟教師交流，操作過(guò)程中的問(wèn)題由專職實(shí)驗(yàn)管理人員解答。采取4節(jié)課連堂，將理論教學(xué)也搬到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，教學(xué)過(guò)程和時(shí)間分配如圖1。

4　案例加項(xiàng)目式教學(xué)的效果

為進(jìn)行橫向和縱向比較，采用往屆的期末試題，試題由基礎(chǔ)知識(shí)題型(20分)、理解題型(15分)、應(yīng)用題型(20分)、分析題型(15分)、綜合題型(15分)、設(shè)計(jì)題型(15分)組成。試點(diǎn)班級(jí)跟往屆班級(jí)的得分率如表2所示。

表2　試點(diǎn)班與往屆班得分率比較表

從平均得分率來(lái)看，試點(diǎn)班采取案例加項(xiàng)目的教學(xué)方法的平均得分率提高了近10個(gè)百分點(diǎn)。從不同題型的得分率來(lái)看，兩種教學(xué)方法的的差別較大。采取案例加項(xiàng)目的教學(xué)方法，其應(yīng)用、分析、綜合、設(shè)計(jì)題型的得分率明顯提高，表明學(xué)生在課堂上通過(guò)動(dòng)手操作實(shí)現(xiàn)案例加上課外的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用分析和綜合設(shè)計(jì)能力效果明顯；但對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和理解有所下降,這也表明教師選取的案例對(duì)知識(shí)點(diǎn)的覆蓋不是很全面，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中過(guò)分專注于實(shí)踐操作，而忽視了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的記意和理解。

圖1　案例加項(xiàng)目教學(xué)四節(jié)連堂的教學(xué)環(huán)節(jié)和時(shí)間分配圖

5　案例加項(xiàng)目教學(xué)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

(1)案例和項(xiàng)目的選取應(yīng)充分考慮與所講授知識(shí)和技術(shù)的相關(guān)性。

(2)采取課內(nèi)加課外案例加項(xiàng)目的教學(xué)來(lái)解決少學(xué)時(shí)的問(wèn)題。

(3)讓已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)生指導(dǎo)未完成的學(xué)生來(lái)保證課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度。

(4)實(shí)時(shí)調(diào)整小組的人員組成，小組內(nèi)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人輪流擔(dān)任，能有效避免個(gè)別學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)，過(guò)分依賴小組其他成員的現(xiàn)象。

(5)充分考慮現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備和對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的二次開(kāi)發(fā)后能完成實(shí)驗(yàn)來(lái)選取教學(xué)案例和設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

(6)結(jié)合工程中的實(shí)際應(yīng)用適當(dāng)擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣也有利于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

案例加項(xiàng)目式教學(xué)法使學(xué)生主動(dòng)性明顯增強(qiáng)，學(xué)生自主解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力大大提高。 案例分析完成后，通過(guò)課堂上案例實(shí)現(xiàn)的實(shí)際操作，使得每個(gè)學(xué)生都有自己解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)了每個(gè)個(gè)體的獨(dú)立性，而以小組為單位的課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)，讓幾位同學(xué)共同完成某一個(gè)項(xiàng)目 ，培養(yǎng)了互相之間的協(xié)作能力。該教學(xué)方法對(duì)教師的要求比較高，既要選擇合適的項(xiàng)目，考慮知識(shí)點(diǎn)的涵蓋，還要把握項(xiàng)目的復(fù)雜和難易程度，并且對(duì)每個(gè)學(xué)生的能力應(yīng)有一定把握。

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責(zé)任編輯王菊平

G712

A

1003-8078(2016)03-0095-04

2015-11-11

10.3969/j.issn.1003-8078.2016.03.23

雷學(xué)堂,男，湖北羅田人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)處理及工業(yè)自動(dòng)化教學(xué)和研究。

黃岡師范學(xué)院校研項(xiàng)目(xfg2015005,重點(diǎn)；2014CK01，重點(diǎn))。