工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下PBL教學(xué)模式的研究與實(shí)踐
——以電氣控制與PLC課程為例

張 楠 寧掌玄 劉 靜 王 平

1.山西大同大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山西 大同 037003

2.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同 037003

3.大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003

隨著我國高等教育改革的不斷深入，傳統(tǒng)教育模式已經(jīng)無法適應(yīng)新時(shí)代高等教育的發(fā)展。我國2006 年成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國，工程教育認(rèn)證制度對(duì)現(xiàn)有教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用，全社會(huì)已經(jīng)把工程教育認(rèn)證作為衡量一所學(xué)校辦學(xué)能力和專業(yè)質(zhì)量的重要指標(biāo)。從山西大同大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保╇姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)看，電氣控制與PLC 課程作為對(duì)畢業(yè)要求有著重要支撐作用的核心課程，在專業(yè)認(rèn)證中的地位十分重要。本文在新工科及工程教育認(rèn)證背景下，運(yùn)用認(rèn)證基本理念對(duì)其教學(xué)過程進(jìn)行改革，以滿足課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的達(dá)成度。

一、傳統(tǒng)課程教學(xué)模式存在的問題

傳統(tǒng)教學(xué)模式在電氣控制與PLC 課程的教學(xué)過程中重理論、輕實(shí)踐，使學(xué)生在面對(duì)一個(gè)完整的項(xiàng)目時(shí)不知如何設(shè)計(jì)整體方案、如何規(guī)范繪制電路原理圖、如何進(jìn)行硬件選擇及配置、如何進(jìn)行布線安裝調(diào)試、遇到具體問題如何進(jìn)行有效分析并解決。據(jù)調(diào)研，大多數(shù)高校在電氣控制與PLC 課程的教學(xué)過程中缺乏創(chuàng)新，因循守舊，雖然近些年來部分教師圍繞這門課程開展了諸如翻轉(zhuǎn)課堂、工學(xué)結(jié)合、項(xiàng)目制、工程案例、行動(dòng)導(dǎo)向、成果導(dǎo)向等多種教學(xué)改革，但也只是在授課形式上做文章，沒有從根本上解決理論和實(shí)踐脫節(jié)的問題。面對(duì)這些問題，我校教研團(tuán)隊(duì)結(jié)合新工科思想，采用PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)模式，充分發(fā)揮“以結(jié)果為導(dǎo)向、以項(xiàng)目為引領(lǐng)、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以理實(shí)融合為手段、以質(zhì)量評(píng)價(jià)為落腳點(diǎn)”五位一體教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)，完善和改進(jìn)電氣控制與PLC課程教學(xué)。

二、工程教育認(rèn)證背景下教學(xué)模式改革

工程教育認(rèn)證制度所體現(xiàn)的是高校辦學(xué)的底線思維，在此大背景下的課程教學(xué)就是以用人單位的實(shí)際需求作為畢業(yè)要求，合理制訂教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，不斷更新教學(xué)方法，持續(xù)提升教學(xué)質(zhì)量。

（一）以結(jié)果為導(dǎo)向制訂課程教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)工程教育認(rèn)證的基本思想，教學(xué)目標(biāo)必須與畢業(yè)要求相對(duì)應(yīng)，并且能夠衡量和測(cè)評(píng)，結(jié)合我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，電氣控制與PLC 課程的畢業(yè)要求主要包括以下幾個(gè)方面，具體如表1所示。

（二）以項(xiàng)目為引領(lǐng)構(gòu)建課程教學(xué)內(nèi)容

我校電氣控制與PLC 課程打破傳統(tǒng)以章節(jié)為單位組織授課內(nèi)容的教學(xué)模式，整合優(yōu)化了7個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，基本涵蓋了教學(xué)大綱所規(guī)定的授課內(nèi)容。教師可以在課程的緒論階段融入課程思政的相關(guān)內(nèi)容，比如在對(duì)低壓電器的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)介紹時(shí)，可從國外企業(yè)對(duì)高端智能電器市場(chǎng)的壟斷，并結(jié)合目前中國高新技術(shù)企業(yè)遭受到的不公平制裁，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，激發(fā)和提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，通過對(duì)一個(gè)完整項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在項(xiàng)目訓(xùn)練和完成項(xiàng)目任務(wù)中找到自信和快樂，用潤(rùn)物細(xì)無聲的方式增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好專業(yè)課程、立志科技報(bào)國的信心。

（三）以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)改進(jìn)課堂教學(xué)方法

工程教育認(rèn)證特別強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，這就要求授課教師必須積極探索新的教學(xué)方法，讓學(xué)生帶著疑問和任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在“做中學(xué)、思中學(xué)、問中學(xué)”。我校教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年探索實(shí)踐，將授課內(nèi)容優(yōu)化整合為7個(gè)大項(xiàng)目，并針對(duì)培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生某一方面的能力，將每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目分解為多個(gè)目標(biāo)任務(wù)，不同的任務(wù)采用不同的教學(xué)方法，采用“以學(xué)生為主、以教師為輔”的教學(xué)模式。教師引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地完成各項(xiàng)任務(wù)，讓學(xué)生不再感到無所事事，增強(qiáng)了課堂教學(xué)的有效性。

（四）以理實(shí)融合為手段培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

目前想要從根本上消除傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，只有探索實(shí)施理實(shí)融合的教學(xué)模式，將課堂理論教學(xué)直接搬進(jìn)實(shí)訓(xùn)中心和實(shí)驗(yàn)室，讓理論知識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐同步進(jìn)行，真正做到理實(shí)融合、學(xué)做一體。在理實(shí)融合的授課過程中引入項(xiàng)目案例，有針對(duì)性地布置課前任務(wù)，課上根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行理論講解，對(duì)分組實(shí)踐過程中遇到的具體問題予以引導(dǎo)，既增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，又提升了學(xué)習(xí)效果。這種理實(shí)融合的教學(xué)方法，能避免學(xué)生出現(xiàn)聽覺疲勞，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

（五）以課程考核與目標(biāo)達(dá)成度為落腳點(diǎn)評(píng)價(jià)課程教學(xué)質(zhì)量

為了能夠更好地督促學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，本課程的學(xué)業(yè)成績(jī)主要由三部分組成，即平時(shí)成績(jī)、實(shí)踐成績(jī)、期末成績(jī)。其中平時(shí)成績(jī)包括課堂考勤成績(jī)、課后作業(yè)成績(jī)、階段測(cè)驗(yàn)成績(jī)、在線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)等；實(shí)踐成績(jī)包括實(shí)踐項(xiàng)目操作與考核成績(jī)、實(shí)踐報(bào)告成績(jī);期末考試成績(jī)占比不少于60%，期末試卷中系統(tǒng)設(shè)計(jì)題和控制電路繪圖題的總分值占比不少于60%，綜合測(cè)評(píng)學(xué)生的專業(yè)技能。

三、工程教育認(rèn)證背景下PBL教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

（一）PBL教學(xué)模式下教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

PBL 教學(xué)模式下教師以合作學(xué)習(xí)的方式組織課堂教學(xué)，科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，以電氣控制與PLC 課程為例將教學(xué)內(nèi)容整合為7個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，如表2所示。

（二）PBL教學(xué)模式下教學(xué)方法改革

針對(duì)表2 中7 個(gè)教學(xué)項(xiàng)目各自的特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)了不同的教學(xué)方法。比如，根據(jù)項(xiàng)目1、2、3 的共同點(diǎn)可以采用對(duì)比教學(xué)法，將電氣控制和PLC 控制兩種控制方法進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，讓學(xué)生真正理解PLC 的“軟控制”比電氣的“硬控制”更可靠，更靈活。項(xiàng)目4 和項(xiàng)目5 可以采用案例教學(xué)法，通過采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序功能圖設(shè)計(jì)法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法由于編程器內(nèi)部關(guān)系較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來較為繁瑣；而順序功能圖設(shè)計(jì)法程序簡(jiǎn)單易懂且可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)修改，容易實(shí)現(xiàn)控制。項(xiàng)目6 和項(xiàng)目7 最理想的授課模式是讓學(xué)生在校外實(shí)習(xí)基地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，讓學(xué)生在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)理解、掌握PLC 的應(yīng)用過程，使理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐無縫對(duì)接，以提高學(xué)生的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。

（三）PBL教學(xué)模式下教學(xué)組織設(shè)計(jì)

PBL 教學(xué)模式以合作學(xué)習(xí)方法組織課堂教學(xué)，具體流程如圖1 所示，主要包括學(xué)生工作和教師工作兩大部分。學(xué)生工作有課前的分組協(xié)作、資料收集、線上學(xué)習(xí)；課中的成果發(fā)布、分組討論和匯報(bào)結(jié)果；課后的學(xué)習(xí)總結(jié)及反饋。教師工作有課前的任務(wù)發(fā)布和引導(dǎo)提問，課中的成果檢查、評(píng)價(jià)總結(jié)；課后總結(jié)教學(xué)中的不足、收集學(xué)習(xí)反饋、評(píng)價(jià)教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容?？筛鶕?jù)課堂教學(xué)情況，就教學(xué)任務(wù)、學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況、教學(xué)問題的難易程度等進(jìn)行反饋并做相應(yīng)調(diào)整。

合作學(xué)習(xí)方法是實(shí)施PBL 教學(xué)模式的重要環(huán)節(jié)，但是每個(gè)學(xué)生都會(huì)存在個(gè)體差異，只有建立合理的評(píng)價(jià)機(jī)制才能避免“渾水摸魚”，保障合作學(xué)習(xí)的有效實(shí)施?？偨Y(jié)評(píng)價(jià)方式主要有以下三種：評(píng)價(jià)作業(yè)的表達(dá)準(zhǔn)確性和圖形繪制的規(guī)范性，評(píng)價(jià)任務(wù)的達(dá)成度、設(shè)計(jì)方案的正確性和合理性，評(píng)價(jià)任務(wù)完成的難度、質(zhì)量。

四、結(jié)語

我校經(jīng)過近20 年的發(fā)展，電氣控制與PLC 課程的教學(xué)內(nèi)容及組織形式基本實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的授課模式向理實(shí)融合一體化教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。在新工科背景下，面向工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和畢業(yè)要求，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力明顯提升，在生產(chǎn)實(shí)習(xí)和綜合實(shí)踐過程中，學(xué)生就能夠自行選擇元器件、設(shè)計(jì)電路、安裝接線、編程調(diào)試，以及分析解決問題，確保了良好的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度。