自動化實踐環(huán)境框架下的“點帶面”式在線開放課程研究

劉靜

（武昌工學院，湖北武漢 420065）

一、研究背景

根據(jù)《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》（教高〔2019〕8號）、《省教育廳關于實施“湖北高校本科教學質量年專項行動計劃”的通知》（鄂教高函〔2021〕4號）等相關文件要求，各高校積極組織開展一流本科課程建設工作。

雖然在線開放課程與電氣專業(yè)實踐教學在省內外都有良好的發(fā)展趨勢，但是結合應用的項目還是非常少的，就調研看來，國內開放課程中七成以上由愛課程（中國大學MOOC）承接，此外還有學堂在線、智慧樹等開課平臺，因此對這些平臺課程進行調研是具有代表性的[1]。在愛課程開放平臺中工科課程有212門，其中與電氣控制、PLC相關的課程有7門，內容為西門子系列S7-200或三菱FX系列課程，教學內容陳舊且實踐內容過少，關于最新的1200系列的課程就更加少了，而使用1200系列并且能夠與項目結合，體現(xiàn)多課程交叉融合的還未見到。

當今很多民辦高校甚至是公辦院校自動化專業(yè)的PLC相關實踐課程系統(tǒng)仍然沿用西門子200系統(tǒng)，存在老舊、與社會脫節(jié)等情況。而我校在2019年投入40萬新建了工業(yè)自動化綜合應用實驗室，在全省甚至全國都是領先水平，因此，能夠與之配套的教材屈指可數(shù)?，F(xiàn)在市面上的教材一般是以PLC單課程為主，也有少量教材是PLC、變頻器、觸摸屏的合本教材，但是即使是合本教材也并不都是項目式教程，與我校新升級的分揀線實踐系統(tǒng)硬件型號和項目設計上不匹配。目前正在運行的省級精品在線開放課程也存在上述問題。

二、研究概述

《國務院關于印發(fā)國家職業(yè)教育改革實施方案的通知》已發(fā)布，《通知》提出，要將職業(yè)教育擺在教育改革創(chuàng)新和經(jīng)濟社會發(fā)展中更突出的位置，到2022年，一大批普通本科高等學校向應用型轉變。省內外高校積極響應，江蘇省確定轉型為“應用型”的本科院校已經(jīng)接近50所，遼寧省確定到2022年近八成高校向“應用型”轉型。在轉型過程中對于“實踐教學”的改革當為教學改革的重要陣地之一[2]。

該課題研究的定位是針對民辦高校在線開放課程實踐教學形式與內容的研究，民辦高校在線開放課程的受眾對象不同，在此基礎上結合當前開放課程存在的問題，本課題提出建設“點帶面”式在線開放平臺。

（一）具體研究對象

1.自動化實踐環(huán)境“模塊化”

通過將真實的分揀系統(tǒng)進行模塊化拆分，如表1所示。將整體產線變?yōu)榈窨虣C、機械手、傳送帶分揀、監(jiān)控、模擬量輸入輸出控制五個模塊，將大型系統(tǒng)拆分為模塊點進行講解將有利于系統(tǒng)功能分析。

表1

在實踐環(huán)境“模塊化”的基礎上，進行理論知識的“點帶面”原有的理論知識是按低壓電器、PLC基本指令、PLC功能指令進行教學。本項目將基于模塊點進行講解后以點帶面。例如，在傳送帶分揀模塊中，需要通過金屬、顏色傳感器進行信號采集，之后利用PLC程序完成分揀控制，對金屬材質以及白色塑料物塊進行分揀，對藍色塑料物塊放行，在這個控制過程中僅僅使用一個知識點是不夠的，因為完成該功能，不僅需要使用低壓電器中的按鈕、行程開關、電磁閥等，還需要PLC基本指令中的置位復位指令、定時器指令等，在基本的控制線路中需要了解自鎖、互鎖等，最后還需要高級功能指令中的高速計數(shù)等，這樣利用一個模塊點帶動了多面的指令運用，使得學生更加清楚指令在實際使用中的意義[3]。

3.開放平臺“點帶面”

目前已經(jīng)立項的省級在線開放課程有兩個缺點，一個是只有理論知識點并沒有結合產線的實操視頻教學，第二是課程僅僅與PLC有關，沒有體現(xiàn)PLC與其他課程的關聯(lián)性，通過本項目的課改將在模塊化實踐平臺的基礎上帶動相關課程體系的完善，具體情況如圖1所示。

圖1

仍然以傳送帶分揀為例，傳送帶的運行并不是直接使用PLC控制，而是通過變頻器完成。變頻器的恢復出廠、快速調試以及多段速控制都是學生需要熟練掌握，在授課過程中發(fā)現(xiàn)可以非常好地彌補之前的變頻器知識，同時可以掌握變頻器的使用方法以及與PLC聯(lián)機方法，真正理解變頻器在工程項目中的應用，此外對于PLC的學習而言也是具有一定的擴展應用，體現(xiàn)了課程融合以及交叉應用。

（二）具體研究內容

1.成立課程研究團隊

教學團隊是課程改革和研究的基礎和保障，課程的主講教師包括1名教授、2名副教授、2名高級工程師以及1名高級實驗師，該平臺建設由于要結合真實產線進行設計，因此不僅需要這些授課經(jīng)驗在十年以上的教師，還需要引進企業(yè)人士為課程的建設和平臺建設提供建議和指導，具備精品在線開放課程的開發(fā)能力，為后續(xù)的發(fā)展提供保障。

團隊的分工主要包括：教學設計、動畫制作、課件制作、視頻拍攝、視頻剪輯、后勤公關等工作。有些工作內容可以請專業(yè)的團隊協(xié)助完成，但是課程的內容一定是團隊內部成員進行協(xié)商和自主設計的。

2.實踐教學硬件升級

按照設想對現(xiàn)有的教學平臺進行升級重建，目前在線開放課程中，包括在2017年立項的省級在線開放課程，電氣控制所使用的西門子產品均是S7-200系列，而社會上，相關行業(yè)、企業(yè)的聯(lián)網(wǎng)控制技術已經(jīng)非常成熟，200系列已經(jīng)停產，目前的教學進度明顯已經(jīng)遠遠落后于社會需求，而與此相矛盾的是，中國市場保有量大，對于S7-200的淘汰進程仍是一個緩慢的過程。鑒于此，該項目提出的“點帶面”方案就是以已有的升級在線開放課程（西門子S7-200PLC），帶動相關核心課程體系完成實踐教學硬件升級以符合社會及市場所需，與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)符合“點帶面”教學要求的新型教儀，設計添加200smart及1200系列設備組[4]。

3.教學內容完成核心課程體系的交叉融合

在實際生產中往往是多門課程的綜合應用，因此該實踐教學在線開放平臺的內容選擇應以課程群綜合應用內容為首選。

在項目設計之前，需要對學習目標進行合理確定，依據(jù)電氣控制的課程特點對相關的知識模塊進行整合，對每一個章節(jié)學生需要掌握的知識點和技能知識進行確定。將整個教學過程分為電氣控制系統(tǒng)的最小系統(tǒng)、電機的結構與使用方法、電氣控制的元件認識和布線、PLC編程和加載使用、現(xiàn)場總線和聯(lián)網(wǎng)控制、分析和排障等，總體就是以一個項目，甚至是一個項目中的子部分作為綜合，在每個情境下又按知識點由不同的情境貫穿其中。例如，在電氣控制基礎的電機教學中，可以將每種電機購入兩臺用于學生自己動手拆分，便于了解電機結構與性能。在設計的項目教學中構建題目帶入電機或風機，模擬工廠實際情況加強動手操作能力，打破常見的以知識體系為主線的課程內容安排，按每個項目中所需的知識點重新組織教學[5]。同樣，PLC往往與變頻器結合使用，同時還需要工業(yè)組態(tài)控制技術完成在線監(jiān)控。因此，平臺課程應在PLC項目基礎上有所延展，體現(xiàn)課程群的交叉融合。例如常見的交通燈系統(tǒng)介紹，應該引入在線監(jiān)控系統(tǒng)，按照建立項目、變量定義、閃爍、定時等多與考核內容相關的子項目進行教學，最后完成綜合應用。

在課程整體結構方面進行建設，在課程體系交叉重組之后，建立對應的在線開放平臺，除了原有立項的課程項目更新之外應該引入配套的核心課程體系實踐項目，以完成“點帶面”的更新效果，建設內容不僅限于PLC，而是根據(jù)模塊化項目進行拍攝和資源重組，將原本按知識點進行講解的課程體系改編為按項目點結合課程面的課程體系，原有的開放課程整體結構如圖2所示。在線平臺中很多課程結構也是結合項目進行，如圖3所示，其實與該研究的項目也有一定差距，結合表1可知，這些項目并不是獨立的，而是層層遞推可以構成完整功能的相關聯(lián)的項目。

圖2

圖3

4.開放平臺視頻建設

在線平臺在教學方法上進行改良，采用動畫制作、仿真軟件錄屏、實物實操、設障排障演示等多種方式，通過開放平臺讓學生能全方位、多角度地完成學習。例如，在機械手項目中設置抓取卡死障礙，并拍攝視頻，帶學生進行思考，抓舉物塊時由于沒有對齊造成了機械卡死，如何完成程序的自檢復位，通過錄屏以及現(xiàn)場排障視頻進行講解和展示。

5.開放平臺考核評價機制建設

原本的開放課程理論課與實踐課的課時比例2∶1，現(xiàn)在體現(xiàn)實踐教學的重要性，我們一般以1∶1的比例執(zhí)行，主要的操作視頻從原來的5個增加到35個，理論講授和實踐操作的課時各占總課時一半，因此考評機制也應該相應提升實踐教學的內容，對于實踐類的題目也需要相應增加，同時采取系統(tǒng)評價、互評、教師評價相結合的方式進行打分，這樣可以看到其他學習者處理問題的方式，可以調動他們的學習積極性，也是一個相互學習、換位思考的過程。

三、現(xiàn)實意義

在線開放課程是這個時代下一種新的教育模式，對教育工作者提出了新的教育要求，更是校內與社會學習、培訓、服務的平臺，在疫情以后更是凸顯了在線課程的不可替代性，教育工作者們需要投入到在線課程的建設匯總，根據(jù)學習者的要求進行不斷改進和設計，提高在線平臺的課程質量，以打造“金課”為目標。因此，該項目的研究的確具備一定的現(xiàn)實意義。

（一）“點帶面”式的開放平臺利于“在線開放平臺”與“應用型實踐教學”的雙贏

為在線開放平臺提供實踐教學新內容，同時利用在線開放平臺鞏固和展示實踐教學的新成果，兩者相互融合，優(yōu)勢互補，完善了教學內容。

（二）利于民辦高校展示自我特色

民辦高校在線開放課程占有率低，仍有很大提升空間，如果定位符合受眾，便可以通過開放課程展示的應用性與特色性。

（三）打破陳舊模式，適應社會需求

現(xiàn)代化智能生產線，亟需高水平技術人才，現(xiàn)有實踐課程模式固化，產品落后無法適應社會需求，該項目研究將采用最新設備，符合社會需求。

縱向解決了“實踐教學”與“在線開放課程”的斷層，橫向打破了核心課程群的壁壘，在真實項目中完成了交叉課程實踐教學融合，此項目的應用價值正是在于為實踐轉型目標提供有力的支撐，可以在民辦及地方高校中推廣使用。