新工科背景下PLC實驗課程中討論課教學模式探索

陳慶

[摘 要]實驗教學是本科生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，隨著新工科理念的深入，大學越來越注重培養(yǎng)學生對知識的主動探究能力和開放思維模式，討論課是一種行之有效的途徑。該文以PLC實驗課程為例，從討論課選題、討論課實施、討論課中存在的問題、討論課建議等多方面進行了探索。事實證明，在實驗課程中加入討論課可以提高學生的學習主動性、積極性，提高學生的創(chuàng)新能力、開拓能力。

[關(guān)鍵詞]新工科;討論課;主動探究能力;開放思維模式

[中圖分類號] TP13[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）48-0-04[收稿日期] 2020-08-21

一、前言

新工科建設圍繞“五個新”展開，即新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系。新理念：分析研究新工科的內(nèi)涵、特征、規(guī)律和發(fā)展趨勢等，提出教育改革創(chuàng)新的理念和思路;新結(jié)構(gòu)：開展新興工科專業(yè)的研究與探索，對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行更新升級等;新模式：深化產(chǎn)教融合、校企合作的體制機制和人才培養(yǎng)模式改革研究和實踐;新質(zhì)量：研究制訂新興工科專業(yè)教學質(zhì)量標準，開展多維度的教育教學質(zhì)量評價等。新體系：提出推進本科教育辦出特色和水平的宏觀政策、組織體系和運行機制。

實驗課程教學是大學本科生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，充分調(diào)動學生學習積極性和主動性是大學教育的一個重要的目標。學生可以在教師的課堂中學到知識，但如何提高學生分析解決問題的能力，是學生在課堂里學不到的，需要學生在實踐中探索，培養(yǎng)。如何利用短暫的課堂實踐培養(yǎng)學生的主動學習能力，討論課形式是一種快捷有效的方法。國際上很多知名大學普遍采取這種討論形式的教學方法，培養(yǎng)學生的主動學習能力、分析解決問題的能力、合作能力、創(chuàng)新能力。

討論主題的選擇是討論課成功與否的關(guān)鍵，討論主題需要關(guān)聯(lián)知識重點、學習目的，督促學生自主學習、激發(fā)學生積極探索等特點。老師給學生上討論課的過程是一種和學生一起學習探討的過程，可以達到“教有所長，學有所獲，教學相長”。討論課一般按下面幾個步驟進行：提出討論主題、分析問題、查閱資料、相互交流、組間討論，總結(jié)。學生討論過程中，教師應該充分調(diào)動學生的學習積極性，鼓勵學生踴躍發(fā)言，不以學生觀點的對錯來評價學生。另外，在討論課結(jié)束后，可以通過過程性考核方法，結(jié)合學生參與討論和發(fā)表見解的綜合情況進行評分，這樣讓學生體會到討論課的價值，為下次開展討論課打下良好的基礎(chǔ)。

課堂討論在實驗課堂教學中的地位不可小覷。在學生完成實驗之后，組織學生討論實驗結(jié)果產(chǎn)生的過程，分析實驗結(jié)果產(chǎn)生的原因，可以培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

二、討論課選題

本文結(jié)合蘇州大學機電工程學院電氣工程及其自動化專業(yè)PLC原理及應用實驗課程課堂教學實踐，就如何組織討論課、進行了一些探索和思考。

PLC原理及應用課程內(nèi)容涵蓋了電氣控制技術(shù)和PLC應用技術(shù)的基本知識和方法。通過本課程的教學，培養(yǎng)學生分析控制電路和解決控制電路問題的能力;使學生系統(tǒng)掌握PLC各部分的原理、功能、應用、梯形圖設計方法和編程技巧;熟悉PLC電氣控制技術(shù)的原理，熟練其相關(guān)應用，為畢業(yè)從事電氣控制等相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅實基礎(chǔ)。

本課程的具體教學目標如下：

（1）學習和掌握PLC的基本概念、組成和基本原理、熟悉PLC的常用編程語言，掌握PLC梯形圖編程方法，培養(yǎng)學生使用梯形圖語言解決PLC程序問題的能力。

（2）通過PLC程序的設計、分析和測試，培養(yǎng)學生基于PLC綜合設計整體邏輯結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與邏輯算法的能力。

（3）掌握常用低壓電器的基本概念，原理和使用方法，熟悉基本的電氣控制線路及其分析、設計方法，熟悉基本電氣控制電路的原理及應用，理解以PLC為核心的電氣控制系統(tǒng);熟悉PLC控制系統(tǒng)的設計和維護方法;培養(yǎng)學生PLC維護、解決實際自動化工程問題的能力。

選題是討論課成功與否的關(guān)鍵，選題既要有理論深度，又要和學生熟悉的實際生活應用場景結(jié)合緊密，便于引發(fā)學生興趣展開討論，此外，討論議題的選擇還要考慮關(guān)注熱點追蹤前沿。

順序控制是PLC編程的基礎(chǔ)也是應用很廣泛的一種控制方式。首先舉例說明順序控制的基本原理。有三臺皮帶運輸機，分別由電機M1，M2，M3驅(qū)動。按鈕SB1、SB2分別為啟動按鈕和停止按鈕。按啟動按鈕SB1后，按順序啟動M1，M2，M3，間隔時間為5S，按停止按鈕SB2后，停止順序M3，M2，M1，間隔時間為3S。啟動延時定時器為T37、T38，停車延時定時器為T39、T40。三臺電機M1，M2，M3分別通過接觸器KM1，KM2，KM3接通三相電源，PLC控制接觸器線圈。編程元件的地址分配如表1所示。

（1）對于定時器，如果系統(tǒng)的編程元件是T33、T34、T35、T36，每個定時器的PT值是多少？

（2）如果啟動間隔和停止間隔時間是相同的，可否只用兩個定時器，使其既能完成啟動時的時間間隔控制，又能夠完成停止時的時間間隔控制？

學生準備討論課講解的內(nèi)容包括但不局限于以上幾點。老師可以布置學生查閱相關(guān)教材內(nèi)容，復習以上實驗過程，熟悉編程元件的地址分配，掌握定時器、輸出繼電器、輸入繼電器、中間繼電器的應用。

三、討論課實施

首先，老師提出討論課的主題，之后對討論內(nèi)容做必要的解釋后，給學生充分的思考準備時間，之后再讓學生發(fā)表見解，同時老師對討論內(nèi)容及時點評，活躍氣氛，盡量鼓勵更多的學生發(fā)言。學生可以針對問題，查閱相關(guān)資料，同組的同學分工明確，準備PPT演示，或者編寫程序證明問題是否可行。老師可以根據(jù)學生的回答，擇優(yōu)進行課堂展示、討論和點評。討論課的評分計入實驗課的成績，充分調(diào)動學生參加討論的積極性。

以第一個討論問題為例。學習定時器，關(guān)鍵要求學生掌握兩個名詞分辨率與定時時間。單位時間的時間增量稱為定時器的分辨率，即精度。S7-200 PLC定時器有3個精度等級：1ms、10ms和100ms。定時器定時時間T的計算：T=PT×S。式中：T為實際定時時間，PT為設定值，S為分辨率。例如：TON指令使用T97（為10ms的定時器），設定值為100，則實際定時時間為：T=100×10=1000ms。定時器的編號用定時器的名稱和它的常數(shù)編號（最大為255）來表示，即T***。如：T40。定時器的編號確定后，其對應的分辨率也隨之確定，定時器的編號和分辨率如表3所示。

TON和TOF使用相同范圍的定時器編號，所以在同一個PLC程序中決不能把同一個定時器號同時用作TON和TOF。例如在程序中，不能既有接通延時（TON）定時器T32，又有斷開延時（TOF）定時器T32。

老師在提出討論課問題后，可以先讓學生思考是否可以把T37、T38、T39、T40換成T33、T34、T35、T36。學生經(jīng)過幾分鐘思考討論，老師可以叫學生輪流發(fā)言，提出自己的見解。最后得出結(jié)論，可以換。但是T33、T34、T35、T36的分辨率為10ms，如果直接通過編程把T37、T38、T39、T40換成T33、T34、T35、T36，發(fā)現(xiàn)延時時間由5S變成0.5S，3S變成0.3S。如何才能使延時時間不變，老師引導學生查閱定時器的定時時間T的計算公式，以及表3定時器的編號和分辨率之后，學生可以自己動手計算出T33、T34、T35、T36的PT值。經(jīng)過討論和計算，把T33、T34的設定值PT值改成500，T35、T36的PT值改成300可以滿足延時時間不變的要求。通過對這個問題的討論，學生修改程序，調(diào)試程序，達到了舉一反三的目的，學生不但掌握不同編號定時器的重要概念及使用情況，還更加靈活運用了定時器。

四、討論課中存在的問題

在討論課的過程中，老師會發(fā)現(xiàn)學生的一些問題，同時由于傳統(tǒng)觀念原因，老師可能也會對討論課產(chǎn)生一些負面影響。討論課主要存在以下四個方面的問題。

（一）學生對討論不感興趣

學生對討論課不感興趣是本科實驗教學活動中開展討論課存在的最大問題，學生認為實驗課只要實驗做成功，就可以拿到實驗課成績。討論課不是上課，討論課是圍繞問題展開的，大家一起討論，只要學生找到問題的答案，討論課就圓滿成功。學生認為，討論課比較輕松，不需要像實驗課那樣，每個人都要自己動手編程，調(diào)試。討論課的表現(xiàn)沒有計入課程的總成績，學生在討論課上沒有獲得成就感。

（二）學生參與討論時顧慮較多

學生在討論課上會經(jīng)常出現(xiàn)幾種典型的顧慮情況：顧慮自己所講的內(nèi)容不正確;顧慮自己的觀點沒有達到一定的水準;顧慮自己表達不太清楚，其他同學不理解;顧慮同學笑話?？傊嬖诤芏囝檻]。顧慮存在原因是多方面的，有學生性格原因，也有老師組織討論課形式不適合學生表達觀點的原因。消除學生的顧慮，是上好討論課的關(guān)鍵。

（三）討論課流于形式

不少教師因為討論課教學模式好，卻沒有認真研究討論課在課堂中發(fā)揮的真正作用，所以會造成模式化、程序化。許多課程開展的討論課在教師引入討論課主題后，學生經(jīng)過分析問題、查閱資料、相互交流、組間討論，教師再進行總結(jié)。很多討論課只是流于形式，并沒有起到激發(fā)學生創(chuàng)新能力的作用?？梢酝ㄟ^鼓勵學生多發(fā)言，來改變討論課固有的形式，通過學生的積極參與激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。討論課必須要打破常規(guī)，才能起到應有的效果。

（四）教師依舊是主體

傳統(tǒng)的教學方式就是灌輸式教學為主，學生被動地接受知識，很少主動地探索。由于傳統(tǒng)觀點的根深蒂固，討論課氣氛很難活躍，學生也不會暢所欲言。改教師主體為學生主體，是討論課教學改革的重要一步，只有這樣才能改變固有的觀念。學生為主體，可以使學生在討論時暢所欲言，激發(fā)討論的激情。通過學生對知識的分析、講解、討論，達到激發(fā)學生創(chuàng)新思維的目的。

五、討論課實施的建議

針對討論課中存在的問題，分析其中原因，提出以下幾點建議：

（1）改變學生對討論課的認識。通過組織討論課，先讓一些平時沉默寡言的學生當觀眾，通過觀察其他同學發(fā)言討論，觀眾發(fā)現(xiàn)討論的主題在同學們的激烈討論中變得更加廣泛，涉及的知識更加全面，隨著討論者的思維越來越開闊，觀眾的參與積極性也越來越高。討論結(jié)束之后，可以鼓勵觀眾發(fā)言，談談切身體會和收獲。通過幾次觀察，沉默寡言的學生也比較善談了。通過觀察和發(fā)言，學生意識到學習是接受知識和應用知識的過程，只有把知識應用到實踐當中去，才能體現(xiàn)知識的價值。

（2）樹立學生的主體地位。在討論課中，學生可能會提出教師沒有考慮到的問題，此時師生可以共同探討，在討論過程中需要樹立學生主體地位。因為學生知識有一定的局限性，片面性，所有需要教師明確討論主題，這樣就可以確保學生的討論既圍繞實驗課教學內(nèi)容，又能夠充分自由討論，發(fā)表自己的見解。在開展討論課時，老師需要保證學生有充分表達自己見解和主張的時間和空間，在把理論知識和實踐融會貫通以后，會對知識的應用有一些新的認識。在討論的過程中，一部分學生擔當教師的角色，帶領(lǐng)其他同學積極參與討論，鼓勵其他同學通過積極發(fā)言，發(fā)表自己的見解，通過討論，可以提高其他學生學習知識的能力。教師也要樂于接受學生的見解，達到教學相長的目的。教師必須改變傳統(tǒng)的教學方式，不但要在思想上重視，行動上更要重視，要給學生留下靈活的討論空間，充分發(fā)揮學生的主體作用。

（3）討論課上老師和學生圍繞共同學習目標，完成不同的討論任務，實現(xiàn)信息共享，達到共同進步，這樣的討論課才是事半功倍的。在討論過程中，老師要及時歸納總結(jié)學生的觀點，肯定正確的觀點，同時對錯誤的觀點要加以引導，糾正。討論結(jié)束后教師聯(lián)系實驗項目和學生討論內(nèi)容，做總結(jié)性發(fā)言，明確結(jié)論，使學生對正確的觀點理解深刻，對錯誤的觀點認識充分，達到了本次討論課的教學目的。

六、總結(jié)

本文利用PLC原理及應用實驗課程中順序控制程序，結(jié)合新工科的教學理念，對實驗課中討論課教學進行了積極探索。在討論課過程中，教師針對不同學生靈活組織課堂討論，特別是做好討論課選題、組織學生討論和總結(jié)性發(fā)言等幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。發(fā)現(xiàn)學生的一些問題，并提出改進的幾點建議，從學生的反饋可以看出，討論課達到了一定的教學效果，特別是在學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，討論課起到了重要的作用。在此基礎(chǔ)上分析了新工科模式下的課程體系改革，課程體系與教學內(nèi)容支撐著人才培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求的達成，是新工科建設中需要研究的重要問題。

教學模式與方法的發(fā)展歷史和實踐經(jīng)驗表明，教學有法，法無定法，法貴在活。不拘泥于某種特定的教學方法是教學過程的一個重要突破，課堂討論既是一種教學方法，更是一種教學創(chuàng)新，通過教學方法的不斷創(chuàng)新，提高了教學效果。有效的課程討論應是遵循教學規(guī)律，提高教學效果，促進學生在理論知識與實踐技能、學習過程與方法、情感態(tài)度與價值觀“三維目標”上獲得整合、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的進步與發(fā)展。

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