融合工程教育理念的PLC課程體系的教學(xué)變革

阮巖

摘 要：為滿足自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，作為專業(yè)核心課程之一的PLC課程的教學(xué)改革勢在必行。文中按照專業(yè)認(rèn)證要求，結(jié)合我校自動化的專業(yè)特色，修訂了PLC課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，制定了課程目標(biāo)及其相應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點，并對教學(xué)內(nèi)容和實驗項目的教學(xué)要求、學(xué)時分配等具體內(nèi)容做了安排，同時給出了課程目標(biāo)達(dá)成的途徑、方法和評價措施，完成了PLC課程體系的全面變革。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；自動化專業(yè)；PLC；教學(xué)變革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）09-0127-03

Abstract： The teaching reform of PLC course must be enforced as it seeks to meet certification standard for automation talent cultivation. By drawing on certification demand and major characteristics， this study revises teaching contents and teaching objectives for PLC course and made course objectives and the related graduation targets. It makes arrangement on teaching contents as well as teaching requirements， class hour distribution and other concrete contents for experiment project. Meanwhile， this paper indicates channels， methods and assessment measures for achieving course objectives， with the aim of finishing overall reform of PLC course system.

Keywords： engineering education certification； automation major； PLC； teaching reform

工程教育專業(yè)認(rèn)證已在陜西省各高校中得到了重視， 相關(guān)各項工作正積極開展，我校也并將其列為提高我校辦學(xué)質(zhì)量的主要舉措之一[1]。從2017年2月開始，我校電子工程學(xué)院積極申請自動化專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證，院領(lǐng)導(dǎo)極為重視，教師們積極參與，其他相關(guān)院系也大力支持。PCL課程是自動化專業(yè)的核心課程，它綜合了繼電接觸控制、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、和通訊技術(shù)[2]，應(yīng)用十分廣泛，因此在自動化專業(yè)工程教育認(rèn)證工作中， PCL課程的教學(xué)改革勢在必行[3]。

一、基于工程教育認(rèn)知的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)修訂

主要教學(xué)內(nèi)容包括基本電氣控制與現(xiàn)代電氣控制兩部分的知識和技能，基本電氣控制主要內(nèi)容是常用的低壓電器的原理、特點及電氣控制線路繪制的基本原則和一些典型的基本環(huán)節(jié)的工作過程。現(xiàn)代電氣控制部分主要包括PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及其軟硬件基礎(chǔ)知識，掌握軟、硬件設(shè)計的基本環(huán)節(jié)及設(shè)計技巧，能根據(jù)控制要求制定復(fù)雜工程中的PLC設(shè)計方案；并以西門子S7系列及其在控制工程中的典型應(yīng)用為例，深入學(xué)習(xí)系統(tǒng)配置、接口模塊、編程方法、基本指令、常用功能指令等內(nèi)容。課程教學(xué)目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠正確選用常用的低壓電器，學(xué)會閱讀基本電氣控制原理圖的方法，并能依據(jù)《電氣圖用圖形符號》等工程規(guī)范，運用基本電氣控制原理圖的讀圖方法，分析典型的電氣控制環(huán)節(jié)的工作原理，為基本電氣控制技術(shù)的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。能依照PLC系統(tǒng)方案設(shè)計的一般原則、方法與步驟，應(yīng)用工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，設(shè)計滿足控制要求的電氣自動化系統(tǒng)工程方案，并在系統(tǒng)方案中體現(xiàn)出安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的意識。

二、制定課程目標(biāo)及其相應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點

根據(jù)工程認(rèn)證的畢業(yè)要求，結(jié)合我校自動化的專業(yè)特色，分解了畢業(yè)要求的指標(biāo)點共28條，PLC能支撐的指標(biāo)點見表1所示。并綜合考慮教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)及指標(biāo)點等各方面的因素，制定了PLC的課程目標(biāo)：

目標(biāo)1：能運用基本電氣控制的基礎(chǔ)知識分析典型電氣控制線路。

目標(biāo)2：能將現(xiàn)代電氣控制的基本知識應(yīng)用于電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。

目標(biāo)3：能夠應(yīng)用基本電氣控制與現(xiàn)代電氣控制知識設(shè)計實驗方案。

目標(biāo)4：能使用工程設(shè)計軟件編制PLC的應(yīng)用程序。

目標(biāo)5：理解石油化工生產(chǎn)對環(huán)境、安全的影響，理解石油化工的安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)對社會發(fā)展的重要性。

目標(biāo)6：認(rèn)識PLC對安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)所起的積極作用，能應(yīng)用PLC技術(shù)設(shè)計安全連鎖保護(hù)系統(tǒng)方案。

課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐情況見表一所示[4]：

三、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求和學(xué)時分配

根據(jù)我校自動化專業(yè)2017培養(yǎng)方案的要求，具體的課程信息明細(xì)及教學(xué)內(nèi)容、實驗項目設(shè)置、學(xué)時分配等具體要求及安排見表2、表3、表4所示[5][6]。

實驗教學(xué)要求[7]：

實驗1：熟悉實驗面板及PLC的基本組成，學(xué)會程序輸入、修改、調(diào)試的方法，能利用實驗設(shè)備完成基本指令的編程練習(xí)。

實驗2：能利用PLC實驗設(shè)備完成常用功能指令的編程練習(xí)，通過多路搶答器、閃光報警系統(tǒng)、停車場車位管理系統(tǒng)等的方案設(shè)計和編程練習(xí)，具備制定PLC控制方案及其編程實現(xiàn)的能力；所完成的設(shè)計能演示運行以驗證其設(shè)計的合理性；

實驗3：從天然氣城市門站、加熱爐、石油石化等生產(chǎn)裝置中，任選其一，按照其安全連鎖保護(hù)要求，制定PLC控制系統(tǒng)方案、編程，并能運行。

以上要求對所開發(fā)的軟硬件內(nèi)容進(jìn)行公開講解及演示，并提交實驗設(shè)計報告。

四、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑、方法和評價

（一）課程目標(biāo)達(dá)成措施

1. 教學(xué)方法設(shè)計[8]

（1）做好每節(jié)課課堂預(yù)案，盡可能將學(xué)生已經(jīng)具備的-些知識應(yīng)用到本課程，調(diào)動學(xué)生的興趣和積極性。注重課堂的互動，采用啟發(fā)式的教學(xué)方式，以問題為出發(fā)點，引導(dǎo)學(xué)生積極的討論，能提出自己的思考和方案。講授的過程能引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生思維共鳴，隨時注意學(xué)生的反應(yīng)，揣摩學(xué)生的思想動態(tài)；（2）有效利用多媒體。多媒體的應(yīng)用使教學(xué)內(nèi)容豐富而清晰，更能吸引學(xué)生的注意力，還可以播放一些教材之外的內(nèi)容、視頻、動畫等，使得教學(xué)內(nèi)容更形象生動，學(xué)生也更容易掌握，從而開闊學(xué)生的視野。同時，多媒體可重復(fù)播放，在每堂課開始時，可以以提問的方式簡單回放上節(jié)課的內(nèi)容，在每堂課結(jié)束時，也以提問的方式簡單回放本次課的內(nèi)容，以便盡快了解到本堂課學(xué)生知識掌握的情況，是否達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，對于學(xué)生反應(yīng)較慢，或者錯誤的，可及時補(bǔ)充修正[4]；（3）設(shè)計課堂十分鐘小測驗，隨機(jī)抽學(xué)生回答并分析問題，使每個學(xué)生思想都高度緊張，也考察了學(xué)生對本章節(jié)知識點的掌握情況。從應(yīng)用情況看，效果很好，也受到了學(xué)生們的歡迎；（4）經(jīng)常選取一些小的知識點，安排學(xué)生提前準(zhǔn)備8分鐘左右的課堂講述，并做好PPT，為此課堂氣氛活躍，有的學(xué)生講的很出彩，也提高了學(xué)生的公開表達(dá)能力；（5）實驗教學(xué)要求提前完成軟、硬件的設(shè)計，再在實驗設(shè)備上予以實現(xiàn)，并進(jìn)行公開講解及演示。

2. 作業(yè)設(shè)計

（1）圍繞各章節(jié)的知識點和學(xué)習(xí)要求，布置適量的課后作業(yè)，通過各種類型的作業(yè)，訓(xùn)練考察學(xué)生對各知識點的掌握情況。并安排學(xué)生講解部分作業(yè)題，不斷提高學(xué)生的口頭表達(dá)能力。（2）大作業(yè)要求通過搜集文獻(xiàn)資料、閱讀、綜合分析和歸納總結(jié)，形成自己的理解和認(rèn)識，并報告、研討。由指導(dǎo)教師組依據(jù)其大作業(yè)完成質(zhì)量、口頭報告情況等內(nèi)容，綜合考核評定大作業(yè)成績。對課程目標(biāo)達(dá)成途徑、方法達(dá)成度評價依據(jù)見表5所示[9]。

（二）筆試命題

1. 試題緊扣課程目標(biāo)， 面向全體學(xué)生，知識面覆蓋教學(xué)要求的各個章節(jié)的內(nèi)容，分布要合理，具有層次性，一方面考查基礎(chǔ)知識和基本技能，另一方面注重考查學(xué)生課內(nèi)知識的運用能力和適度應(yīng)用知識遷移的能力；試題形式要多樣，具有一定的靈活性[10]。2. 試題的題量要適中、難易程度合適，作業(yè)題、上課例題數(shù)量較多、分值比例大，約占70%左右，擴(kuò)展類的題型分值占比值較小，約占30%左右，要考慮各個層次的不同要求。

（三）考核評定

1. 目的：綜合考察學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的效果，為課程目標(biāo)達(dá)成評價奠定基礎(chǔ)，主要考察三方面的內(nèi)容：

（1）考察學(xué)生對PLC基本知識及其軟、硬件設(shè)計方法的掌握情況； （2）檢驗學(xué)生對PLC的綜合應(yīng)用的能力，能解決一般工程控制問題；（3）考核學(xué)生對PLC復(fù)雜工程問題的分析、探討和歸納總結(jié)的能力。

2. 方式：各個環(huán)節(jié)綜合考核，加權(quán)評定。

最終成績=課堂小測驗（10%）+課外作業(yè)（10%）+實驗成績（10%）+閉卷綜合考試（70%）

綜上所述， 在自動化專業(yè)工程教育認(rèn)證的背景下，融合工程教育理念，結(jié)合我校自動化的專業(yè)特色，在現(xiàn)有課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，探索研究基于工程教育認(rèn)證的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的變革。通過積極的教學(xué)改革，建立一套PLC課程的教學(xué)評價方法，修訂了PLC課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)，制定了課程目標(biāo)及其相應(yīng)的指標(biāo)點， 同時給出了課程目標(biāo)達(dá)成的途徑、方法和評價措施，引導(dǎo)學(xué)生具備PLC的工程實踐能力，并能夠解決復(fù)雜工程問題，培養(yǎng)的學(xué)生能夠達(dá)到工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，完成了PCL課程體系的全面變革。

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