基于OBE理念的PLC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

靳繼勇 李雪麗 鄧大立

摘 要：成果導(dǎo)向教育已經(jīng)成為目前工程專業(yè)認(rèn)證與新工科背景下一種較好的教育理念與方式，結(jié)合“中國制造2025”對高校可編程序控制器（PLC）課程與人才培養(yǎng)的需要，自主設(shè)計(jì)了一套PLC遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上建立了一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向、專業(yè)人才培養(yǎng)為目標(biāo)的PLC課程實(shí)踐教學(xué)體系與成果評價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向教育；遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；實(shí)踐教學(xué)

1 緒論

成果導(dǎo)向教育OBE（Outcome Based Education）是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)目標(biāo)要以需求為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，從學(xué)習(xí)的一開始就有明確目標(biāo)和預(yù)期表現(xiàn)，要求教師應(yīng)該善用示范、診斷、評價(jià)、反饋以及建設(shè)性介入等策略，來引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生達(dá)成預(yù)期成果，目前是工程專業(yè)認(rèn)證與新工科背景下一種較好的教育理念與方式。[1]

“中國制造2025”要求制造業(yè)信息化水平大幅提升，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化 需要取得全面進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)智能制造?？删幊绦蚩刂破鱌LC（Programmable Logic Controller）作為機(jī)械工程和電氣工程學(xué)科的專業(yè)骨干課程，也是智能制造的核心基礎(chǔ)專業(yè)知識。目前以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的創(chuàng)新技術(shù)，對PLC技術(shù)人才提出了更高要求，迫切需要加快高等教育的改革創(chuàng)新。[2]

2 目前的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題

教學(xué)目標(biāo)單一性，在目前高等教育過程中PLC課程在培養(yǎng)計(jì)劃中僅僅按機(jī)械專業(yè)與電氣自動(dòng)化專業(yè)不同分配不同的學(xué)時(shí)，高校教師為每個(gè)專業(yè)所有學(xué)生制定了同樣的教學(xué)目標(biāo)和一致的考核評價(jià)體系。學(xué)生的學(xué)習(xí)具有差異性，每位學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)目的也不盡相同，并且學(xué)生在學(xué)習(xí)中隨著專業(yè)知識的逐漸深入，也有了自己新的學(xué)習(xí)目標(biāo)，以傳統(tǒng)的教學(xué)大綱為本而制定的教學(xué)目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)對學(xué)生過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)評價(jià)與修正。[3]

互聯(lián)網(wǎng)+為主題的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和智能制造競賽要求以機(jī)電結(jié)合基礎(chǔ)，并需要物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)，[4]本?，F(xiàn)行的PLC教學(xué)體系與內(nèi)容相對于當(dāng)前智能制造知識體系要求已經(jīng)滯后。本校機(jī)械專業(yè)與電氣自動(dòng)化專業(yè)在不同的院系管理，競賽學(xué)生的專業(yè)組織上出現(xiàn)“機(jī)不懂電，電不懂機(jī)”，只能依靠指導(dǎo)教師的專業(yè)知識能力或者院系專業(yè)之間的協(xié)調(diào)能力。

設(shè)備陳舊、利用率較低。很多高校PLC設(shè)備都是10年左右的設(shè)備，近幾年P(guān)LC設(shè)備及其軟件產(chǎn)品已經(jīng)有了很大的變化，例如西門子PLC已經(jīng)由S7-200/300/400調(diào)整為S7-1200/1500，配套制造業(yè)信息化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品及軟件更加豐富。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室開放過程中，實(shí)驗(yàn)室管理教師工作時(shí)間與學(xué)生上課時(shí)間沖突，學(xué)生在PLC自主學(xué)習(xí)過程中遇到的實(shí)踐問題無法及時(shí)解決使得部分學(xué)生放棄了對PLC的學(xué)習(xí)興趣。

3 制定教學(xué)目標(biāo)

強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械電氣專業(yè)特點(diǎn)與行業(yè)人才需要，對PLC的實(shí)踐教學(xué)反向構(gòu)建課程體系，[5]如下表所示。具體實(shí)施方案如：針對本校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、電氣工程、自動(dòng)化等本科專業(yè)，前期通過專業(yè)交流介紹和專業(yè)學(xué)術(shù)會(huì)議，讓學(xué)生了解PLC與智能制造相關(guān)技術(shù)，中期引導(dǎo)學(xué)生制定適合自己的PLC學(xué)習(xí)目標(biāo)，初步建立自己的人才培養(yǎng)計(jì)劃，如：機(jī)械工程師、機(jī)電工程師、自動(dòng)化工程師等。中期后期在學(xué)習(xí)中調(diào)整目標(biāo)，選擇適合的教學(xué)內(nèi)容和方法，突出自己知識興趣，實(shí)現(xiàn)自己培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)達(dá)到的預(yù)期成果。

4 實(shí)踐教學(xué)方法與內(nèi)容建設(shè)

教學(xué)改革之前，本校PLC課程教學(xué)都是按照教學(xué)大綱要求，結(jié)合各個(gè)專業(yè)的課時(shí)需要，以課堂理論教學(xué)為主，開設(shè)邏輯指令實(shí)驗(yàn)、程序控制指令實(shí)驗(yàn)、綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)2～6個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。根據(jù)目前專業(yè)建設(shè)需要，自主建立了一套基于互聯(lián)網(wǎng)VPN技術(shù)的遠(yuǎn)程PLC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有便變頻與伺服運(yùn)動(dòng)控制、通信、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)虛擬服務(wù)器等應(yīng)用功能，采用攝像頭監(jiān)視實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行狀況與實(shí)驗(yàn)記錄。平臺(tái)建設(shè)后，任課教師根據(jù)學(xué)生自己的專業(yè)和興趣進(jìn)行結(jié)構(gòu)性區(qū)分，教師不僅在課堂上傳授理論知識，靈活地采用多種方式來引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生達(dá)成預(yù)期成果。學(xué)生按照目標(biāo)，在理論課程基礎(chǔ)上，通過教師自學(xué)內(nèi)容的布置與學(xué)習(xí)方向的指導(dǎo)，自主展開課程知識點(diǎn)課下學(xué)習(xí)與實(shí)踐。部分學(xué)生經(jīng)過初期的學(xué)習(xí)后，通過團(tuán)隊(duì)合作、校企聯(lián)合培養(yǎng)、協(xié)同創(chuàng)新、等方法方式，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造等相關(guān)知識展開進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)者有更快的提高，使學(xué)習(xí)能力較弱者也得到知識提升。

本校按照智能制造為產(chǎn)業(yè)背景的新工科改革以及工程專業(yè)認(rèn)證要求，以人才培養(yǎng)為目標(biāo)，以學(xué)生為中心，在理論教學(xué)基礎(chǔ)上，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步調(diào)整。

（1）PLC基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)包含PLC的基本邏輯指令實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)傳送比較指令實(shí)驗(yàn)、運(yùn)算指令實(shí)驗(yàn)、模擬量實(shí)驗(yàn)、FC調(diào)用實(shí)驗(yàn)、FB、DB與全局背景實(shí)驗(yàn)、HMI觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。

（2）運(yùn)動(dòng)控制及工業(yè)總線實(shí)驗(yàn)包含MODBUS通信實(shí)驗(yàn)、以太網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)、ROFIBUS-DP或者PROFINET變頻器控制實(shí)驗(yàn)及V90控制實(shí)驗(yàn)等。

（3）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)包含2/3/4G無線通訊技術(shù)、以太網(wǎng)交換機(jī)通訊技術(shù)、虛擬服務(wù)器云平臺(tái)技術(shù)、WEB界面監(jiān)控技術(shù)、手機(jī)APP應(yīng)用技術(shù)等。

在新的教學(xué)平臺(tái)與教學(xué)模式下，學(xué)生可以隨時(shí)隨地按照目標(biāo)要求自主地完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)成自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

5 考核評價(jià)體系

傳統(tǒng)的PLC教學(xué)只能通過作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、期末考核將不同學(xué)生采用同樣評價(jià)體系，平臺(tái)建設(shè)完成后，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作都制作成視頻，擺脫了傳統(tǒng)的紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，減輕了寫作負(fù)擔(dān)，教師和學(xué)生自己也能給出相關(guān)知識的合適評價(jià)。最終的成果除了以理論知識和項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)合的期末考核以外，各種大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、機(jī)電設(shè)計(jì)類競賽、教師的科研項(xiàng)目也是較好的考核評價(jià)。優(yōu)秀的競賽科研團(tuán)隊(duì)也需要學(xué)生專業(yè)知識的差異化，差異化的專業(yè)知識使得每位參賽隊(duì)員有合理的分工，提升團(tuán)隊(duì)整體實(shí)力。同時(shí)專業(yè)知識的差異化需要強(qiáng)調(diào)學(xué)科專業(yè)教學(xué)的協(xié)同性，促進(jìn)該專業(yè)其他課程的任課教師，以協(xié)助學(xué)生達(dá)成頂峰成果為共同目標(biāo)，進(jìn)行溝通合作，設(shè)計(jì)各自的課程教學(xué)方法，同時(shí)形成較好的評價(jià)體系，達(dá)成工程專業(yè)認(rèn)證的目的。

6 結(jié)語

階段的成果只作為改進(jìn)教學(xué)的依據(jù)，最終學(xué)習(xí)成果，既是OBE理念的終點(diǎn)，也是起點(diǎn)。[2]以成果為導(dǎo)向，教師可以提高對學(xué)生學(xué)習(xí)的期望，制定具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，培養(yǎng)出服務(wù)社會(huì)、服務(wù)企業(yè)卓越專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志義.成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2015.（3）：32-39.

[2]吳昌林，徐敏.新工科下高校人才培養(yǎng)的“OBE”模式[EB/OL].http：//www.csdp.edu.cn/ article/ 2768.html.2017.07.13.

[3]李偉文.電氣控制與PLC技術(shù)課程教學(xué)改革誤區(qū)例析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017.（4）：162.

[4]張爽，張其久.基于OBE成果導(dǎo)向的機(jī)械類工業(yè)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究[J].科技風(fēng)，2018-3，2018.（7）：51-52.

[5]姚年春，徐敏.基于OBE理念的自動(dòng)化人才培養(yǎng)模式研究[J].職教通訊，2018.（2）：10-13.

課題：1.中原工學(xué)院2017年度 “機(jī)械電子工程專業(yè)”校級教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目；2.2017年中原工學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目：《可編程序控制器》課程自主式實(shí)踐教學(xué)研究，立項(xiàng)編號：22；3.2018年中原工學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目：產(chǎn)學(xué)研合作教育模式下機(jī)械類專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+知識培養(yǎng)的研究與實(shí)踐，立項(xiàng)編號：50

作者簡介：第一作者靳繼勇（1978-），男，河南洛陽人，碩士，中原工學(xué)院機(jī)電學(xué)院講師，研究方向：機(jī)電控制。