智能制造背景下的PLC課程改革探索

劉殊男

摘要：該文探討智能制造背景下的《機(jī)械系統(tǒng)PLC控制技術(shù)》課程的改革，旨在打通傳統(tǒng)理論授課和單獨(dú)實(shí)驗(yàn)授課，將云平臺(tái)與線下課程結(jié)合起來(lái)，同時(shí)又發(fā)揮了仿真平臺(tái)的模擬實(shí)踐操作優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模塊化的協(xié)作學(xué)習(xí)法，造多層次實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。最終探索出一套以學(xué)生為主體，在工程實(shí)際的主導(dǎo)作用下，提升學(xué)生掌握知識(shí)能力和動(dòng)手實(shí)踐操作能力的新型教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：崗課賽證??實(shí)踐平臺(tái)??混合式教學(xué)??評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào)：G642???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Exploration?of?PLC?Curriculum?Reform?under?the?Background?of?Intelligent?Manufacturing

LIU?Shunan

（College?of?Intelligent?Manufacturing，?Changchun?Sci-Tech?University，

Changchun，?Jilin?Province，?130000?China）

Abstract：?This?paper?discusses?the?reform?of?the?course?PLC?Control?Technology?of?Mechanical?Systems?under?the?background?of?intelligent?manufacturing，?aiming?to?open?up?traditional?theoretical?teaching?and?individual?experimental?teaching?to?combine?the?cloud?platform?with?offline?courses，?and?also?give?full?play?to?the?advantages?of?simulating?practical?operation?of?the?simulation?platform?to?build?a?collaborative?learning?method?of?modularizing?the?project and?the?experiment?platform，?create?a?multi-level?practical?teaching?platform，?and?finally?explore?a?set?of?new?teaching?mode?which?takes?students?as?the?main?;body?and?improves?students'?ability?to?master?knowledge?and?hands-on?practical?operation?ability?under?the?leading?role?of?engineering?practice.

Key?Words：?Post-course-competition-certificate;?Practice?platform;?Blended?teaching;?Evaluation?system

在《中國(guó)制造?2025》戰(zhàn)略實(shí)施的背景之下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大升級(jí)和調(diào)整，對(duì)技能型和知識(shí)人才的需求也在與日俱增。現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一的PLC技術(shù)（可編程邏輯控制器，Programmable?Logic?Controller）是企業(yè)數(shù)字化、智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型所必需的關(guān)鍵技術(shù)。制造業(yè)智能化生產(chǎn)升級(jí)改造中，企業(yè)急需?PLC?控制系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的高技能人才[1]。其課程作為機(jī)電類專業(yè)核心課中的一種，涵蓋的知識(shí)面十分廣泛，同社會(huì)發(fā)展保持密切關(guān)聯(lián)，既關(guān)注理論的進(jìn)步又強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力的提升，是一種產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的綜合性課程形式，在學(xué)生職業(yè)能力發(fā)展和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)過(guò)程中都發(fā)揮了重大支撐作用。但是當(dāng)前PLC課程普遍存在以下問(wèn)題：課程體系與教學(xué)內(nèi)容過(guò)時(shí)，課程內(nèi)容陳舊，不能緊跟制造業(yè)快速發(fā)展步伐；教學(xué)模式與教學(xué)方法落后，教學(xué)方法過(guò)于單一，不利于激發(fā)學(xué)生對(duì)PLC的學(xué)習(xí)興趣；試卷考試方式重理論輕能力，考核形式已經(jīng)固化，考核內(nèi)容不夠全面，不能全面評(píng)價(jià)學(xué)生工程素質(zhì)能力水平；教學(xué)資源不充分，教材建設(shè)與其當(dāng)前發(fā)展滯后；實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)平臺(tái)簡(jiǎn)單、形式單一、交互性差、內(nèi)容與社會(huì)需求脫節(jié)；缺乏創(chuàng)新教育，不利于拔高學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)等一系列問(wèn)題[2]。為有效解決這些問(wèn)題，厘清“智造”時(shí)代人才培養(yǎng)目標(biāo)和職業(yè)能力需求，依據(jù)智能制造生產(chǎn)流程的邏輯順序，基于行動(dòng)導(dǎo)向開(kāi)發(fā)課程，重新構(gòu)建“基礎(chǔ)通用、模塊組合、能力遞進(jìn)”的PLC課程體系，以滿足制造企業(yè)對(duì)綜合型、創(chuàng)新型人才的需求。

1??課程改革框架

文章遵循“新工科”人才培養(yǎng)理念，對(duì)現(xiàn)有?PLC?課程教學(xué)進(jìn)行革新，分析課程教學(xué)現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展，融合“崗課賽證+課程思政”助力教學(xué)內(nèi)容更新；對(duì)學(xué)校現(xiàn)有“PLC?實(shí)驗(yàn)室”硬件、軟件進(jìn)行資源整合、升級(jí)和優(yōu)化，構(gòu)建一種虛實(shí)結(jié)合多層次混合遞進(jìn)式實(shí)踐平臺(tái)；將線上線下混合式教學(xué)模式與“教、學(xué)、做、研”一體化教學(xué)方法融合，結(jié)合多元化評(píng)價(jià)體系，開(kāi)辟出一條有別于傳統(tǒng)的教師傳授-學(xué)生接受的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和理論與實(shí)踐相脫節(jié)的教學(xué)實(shí)踐的新型教學(xué)模式與教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)虛擬與現(xiàn)實(shí)理論和實(shí)踐的有效融合，充分發(fā)揮教書(shū)、育人的雙促功能，為培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才提供動(dòng)力。

2??課程改革具體內(nèi)容

2.1?融合“崗課賽證+課程思政”更新教學(xué)內(nèi)容

當(dāng)前的教材編制的內(nèi)容中理論知識(shí)占比較高，教學(xué)內(nèi)容缺乏更新或更新緩慢，尤其是很少涉及一些前沿知識(shí)和創(chuàng)新技術(shù)等方面的內(nèi)容。因此需要適當(dāng)擴(kuò)充課程內(nèi)容，使學(xué)生易學(xué)、易懂。在“崗課賽證”融通模式下，對(duì)本課程內(nèi)容重構(gòu)，課程與崗位充分對(duì)接，在進(jìn)行這一課設(shè)置時(shí)，同時(shí)要考慮到企業(yè)崗位實(shí)際需求，幫助學(xué)生掌握更加豐富的理論知識(shí)和更加全面的專業(yè)崗位技能，面對(duì)企業(yè)的智能化升級(jí)改造，企業(yè)急需低壓電器與?PLC?控制系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的高技能人才，故課程內(nèi)容有針對(duì)地進(jìn)行側(cè)重，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)、產(chǎn)業(yè)的對(duì)接，提升學(xué)生職業(yè)能力，促進(jìn)人才的可持續(xù)發(fā)展[3]。課程與職業(yè)技能等級(jí)證書(shū)融通，研究國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)要求，將其引入課程內(nèi)容中。課程與技能大賽融合，將“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽的賽項(xiàng)逐一分解后與PLC實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行深度融合，對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和競(jìng)賽項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)劃進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)第一和第二課堂的充分結(jié)合和有效融合，還能夠達(dá)到以賽促學(xué)和賽教融合的新型教育改革模式的推廣落地，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提升教學(xué)質(zhì)量。

在進(jìn)行PLC課程思政建設(shè)中，教師應(yīng)以《新時(shí)代高校教師職業(yè)行為十項(xiàng)準(zhǔn)則》為依據(jù)約束自己的行為，為人師表，以身作則向?qū)W生傳遞理想信念、家國(guó)情懷。同時(shí)教師應(yīng)積極學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)；提升教學(xué)能力；研究課程思政，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)生成長(zhǎng)；利用混合式課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、第二課堂等形式，采用多樣化的教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂中；同時(shí)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容開(kāi)展“行走的課堂”，將一些軟文化軟知識(shí)，如工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)、政治覺(jué)悟、社會(huì)責(zé)任等方面的元素加入其中，通過(guò)潛移默化的教學(xué)，形成全體學(xué)員育人新格局，讓學(xué)生能夠?qū)ψ约旱膶I(yè)領(lǐng)域有著清醒的認(rèn)知、對(duì)自己的人生規(guī)劃有著深刻的理解，自覺(jué)為培育社會(huì)主義事業(yè)接班人貢獻(xiàn)力量[4]。教材是知識(shí)的濃縮也是開(kāi)展教學(xué)的有力參考，是學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的重要依據(jù)，因此應(yīng)著力更新教材內(nèi)容，保證課程思政教材的時(shí)代性、創(chuàng)新性。要想收獲良好的課程思政效果，還要注重教學(xué)評(píng)價(jià)的引導(dǎo)性與公正性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。應(yīng)用多元立體分段式評(píng)價(jià)，代替一次考試決定成績(jī)的機(jī)械方式，引導(dǎo)學(xué)生取得成功并反作用于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。

2.2?構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合多層次遞進(jìn)式實(shí)踐平臺(tái)

實(shí)踐教學(xué)旨在幫助學(xué)生將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)與實(shí)踐相融合，從而達(dá)到不斷提升自身的實(shí)踐和創(chuàng)新能力的目的。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生在完成實(shí)踐時(shí)機(jī)械地嚴(yán)格參照指導(dǎo)手冊(cè)相關(guān)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)，采取這種教學(xué)方式學(xué)生照本宣科情形比比皆是，難以形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。而在新的教學(xué)改革中，可以形成問(wèn)題和課題為導(dǎo)向的新型教學(xué)模式，突出學(xué)生主體教學(xué)地位，在教時(shí)輔助下實(shí)現(xiàn)課程創(chuàng)新性改革[5]。對(duì)學(xué)?，F(xiàn)有PLC實(shí)驗(yàn)室中的軟硬件進(jìn)行有效的資源整合，加大資金投入力度，促進(jìn)配套設(shè)施的優(yōu)化升級(jí)，力爭(zhēng)構(gòu)建出一套虛擬平臺(tái)與研究實(shí)際相結(jié)合的遞進(jìn)式多層次的混合實(shí)踐平臺(tái)。一方面加大對(duì)PLC實(shí)踐所需要的實(shí)訓(xùn)裝置的采購(gòu)力度，另一方面還要在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)傳統(tǒng)的PLC編程環(huán)境（主要是西門子）進(jìn)行充分整合，例如STEP（博途）軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、MCGS?組態(tài)監(jiān)控軟件。根據(jù)學(xué)生的興趣與自身的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，針對(duì)不同學(xué)生不同階段和不同實(shí)踐能力形成多層次實(shí)踐訓(xùn)練安排，還可以根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的不同難易程度和應(yīng)用程度進(jìn)行基礎(chǔ)級(jí)、創(chuàng)新級(jí)或設(shè)計(jì)級(jí)等多個(gè)層級(jí)的劃分，相對(duì)應(yīng)使用實(shí)驗(yàn)箱基礎(chǔ)教學(xué)平臺(tái)、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)、綜合課程設(shè)計(jì)及學(xué)科競(jìng)賽教學(xué)平臺(tái)。在實(shí)際的教學(xué)當(dāng)中，還要始終貫徹虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)和以虛促實(shí)的基本教學(xué)原則，將新型仿真平臺(tái)的積極作用與實(shí)踐教學(xué)充分連接起來(lái)，將信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)充分地發(fā)揮出來(lái)[6]。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的平臺(tái)必定能夠幫助學(xué)生提升專業(yè)興趣，掌握更多的理論知識(shí)，也能夠更好地推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)改革。

2.3?創(chuàng)建線上線下混合式教學(xué)模式

為了提升學(xué)生服務(wù)企業(yè)的自覺(jué)意識(shí)，培養(yǎng)出具有良好服務(wù)意識(shí)的高技能人才，在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)要充分把握行業(yè)需求和崗位需要，將國(guó)家制定的職業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)作為人才培養(yǎng)的基本依據(jù)，塑造典型工作任務(wù)環(huán)境，讓學(xué)生將自我發(fā)展、能力培養(yǎng)作為學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)，然后在此基礎(chǔ)上開(kāi)展各種形式的項(xiàng)目課程開(kāi)發(fā)活動(dòng)[7]。在教學(xué)過(guò)程中要始終將學(xué)生中心地位突出出來(lái)，以提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、職業(yè)發(fā)展能力為主要目標(biāo)，將線上線下等多種教學(xué)方式充分地融合起來(lái)，同時(shí)還要充分考慮到學(xué)生的智力、興趣、專業(yè)能力等方面的差異做到因材施教。實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，注重工程案例分享和案例教學(xué)方法，嚴(yán)格按照項(xiàng)目開(kāi)展的流程來(lái)進(jìn)行授課內(nèi)容分解，比如說(shuō)在進(jìn)行電器類設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，可以先教會(huì)學(xué)生如何進(jìn)行電氣元件的選型，其次幫助學(xué)生了解電氣原理圖，再次組織學(xué)生進(jìn)行梯形圖程序設(shè)計(jì)，最后再進(jìn)行綜合調(diào)試。在課程講授時(shí)，以具體工程案例為驅(qū)動(dòng)。利用線上線下的混合式教學(xué)，學(xué)生可以利用線上豐富的教學(xué)資源自主地開(kāi)展線上學(xué)習(xí)，提升個(gè)人的專業(yè)知識(shí)能力。其實(shí)要注意的是，線上和線下教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)有所不同，線上教學(xué)要關(guān)注一些事實(shí)性、抽象性的教學(xué)內(nèi)容，而線下教學(xué)則重在幫助學(xué)生開(kāi)展分析、應(yīng)用、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新類的高階認(rèn)知訓(xùn)練活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高階性教學(xué)目標(biāo)?；旌鲜浇虒W(xué)能將線上線下的學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，既可以有效整合教師及教學(xué)資源，又可以滿足學(xué)生探究性與個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的綜合提升。

2.4?應(yīng)用“教、學(xué)、做、研”一體化教學(xué)方法

從當(dāng)前來(lái)看大多數(shù)院校在進(jìn)行教學(xué)時(shí)分就采用的是滿堂灌的教學(xué)方式，而這種教學(xué)方式不利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。用“教、學(xué)、做、研”一體化教學(xué)教師推進(jìn)以翻轉(zhuǎn)課堂、探究式教學(xué)等多樣化的教學(xué)方法，例如以項(xiàng)目為單元，以實(shí)際應(yīng)用為主線，引導(dǎo)學(xué)生由實(shí)踐到理論再到實(shí)踐，將理論知識(shí)自然地嵌入到每一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目中，教、學(xué)、做、練緊密結(jié)合。每個(gè)項(xiàng)目均包括“任務(wù)引入與分析”“知識(shí)學(xué)習(xí)”“項(xiàng)目實(shí)施”“知識(shí)擴(kuò)展”“能力提升”，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到綜合，每個(gè)項(xiàng)目環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，全面訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)能力、方法能力、表達(dá)能力、檢查評(píng)估能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、社會(huì)能力等。針對(duì)項(xiàng)目問(wèn)題設(shè)計(jì)包含“初始控制方案確定、PLC及元器件選型、基本程序設(shè)計(jì)、最終電路方案確定、PLC上機(jī)調(diào)試”等全流程教學(xué)方案，充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。同時(shí)教師可針對(duì)重要PLC控制指令、相關(guān)實(shí)驗(yàn)電器設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造等錄制青少年喜聞樂(lè)見(jiàn)的短視頻，通過(guò)生動(dòng)的視頻能夠讓學(xué)生提高對(duì)知識(shí)的理解力，也能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)這類教學(xué)形式的喜好，也能夠讓學(xué)生充分利用碎片化時(shí)間反復(fù)學(xué)習(xí)。在進(jìn)行教學(xué)組織時(shí)，要盡量注重學(xué)生與教師之間的交流方式的培養(yǎng)，溝通方式可以線上線下相結(jié)合，言語(yǔ)不宜過(guò)于嚴(yán)肅，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)溝通主動(dòng)性的能力為主要目的。還可以將智慧課程技術(shù)雨課堂引入到教學(xué)當(dāng)中，增強(qiáng)師生互動(dòng)水平，激發(fā)學(xué)生思考和創(chuàng)新潛能。在缺乏足夠?qū)嶒?yàn)硬件資源的條件下，可以使用PLC仿真軟件與信息技術(shù)相結(jié)合的方式，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，進(jìn)行線上仿真編程實(shí)例教學(xué)，通過(guò)PLC全虛擬仿真系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用，可以讓學(xué)生能在虛擬環(huán)境得到“做”的經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生獲得直觀的視覺(jué)體驗(yàn)和控制體驗(yàn)，有助于學(xué)生系統(tǒng)地掌握PLC控制的方法，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題[8]。

2.5??完善多元化評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)考核方式過(guò)于單一，造成了對(duì)教師的教學(xué)行為的錯(cuò)誤引導(dǎo)。因此，在進(jìn)行考核體系改革時(shí)，要注重多元化過(guò)程評(píng)估，將上文提到的多種人才培養(yǎng)方式納入相應(yīng)的考核體系當(dāng)中，例如既要考核學(xué)生在線上學(xué)習(xí)的情況，又要考核學(xué)生在線下團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。在進(jìn)行考核指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和內(nèi)動(dòng)力，兼顧結(jié)果與過(guò)程進(jìn)行綜合性考評(píng)[9]。進(jìn)行線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)從多維度指標(biāo)綜合考慮，關(guān)注學(xué)生線上作業(yè)測(cè)驗(yàn)等方面的成績(jī)的同時(shí)，還要觀察學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度安排和學(xué)習(xí)進(jìn)度執(zhí)行情況，參與在線討論的頻次等等；綜合對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)考評(píng)以后，還要進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，定期開(kāi)展學(xué)生學(xué)業(yè)內(nèi)容評(píng)估。采取這種評(píng)價(jià)方式具有良好的激勵(lì)性，不但能夠振奮學(xué)生，還能夠激發(fā)他們學(xué)習(xí)樂(lè)趣，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。進(jìn)行線下評(píng)價(jià)時(shí)，要綜合考量學(xué)生在項(xiàng)目完成過(guò)程中的參與度、具體表現(xiàn)情況對(duì)知識(shí)和技能掌握能力等方面的內(nèi)容，要靈活采用多種考評(píng)方式如組間評(píng)價(jià)、組內(nèi)打分、成員互評(píng)和教師考評(píng)等，通過(guò)全方位、系統(tǒng)化和多層次的考評(píng)，能夠客觀準(zhǔn)確地了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，還能進(jìn)一步增強(qiáng)考核的信度與效度，確保整個(gè)考評(píng)體系的客觀、公正和準(zhǔn)確。

3??;結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)《機(jī)械系統(tǒng)PLC控制技術(shù)》課程進(jìn)行全面的改革探索，以服務(wù)智能制造為目標(biāo)，融合崗課賽證+課程思政更新教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生易學(xué)、易懂，課程內(nèi)容能夠與技術(shù)發(fā)展同步。構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合多層次遞進(jìn)式實(shí)踐平臺(tái)，以最小的成本，有效提升學(xué)生實(shí)踐能力，提升學(xué)生職業(yè)能力。將線上線下混合式教學(xué)模式與“教、學(xué)、做、研”一體化教學(xué)方法融合，提升教學(xué)質(zhì)量。采用多方位多層次的考核評(píng)價(jià)手段有效提高考核的信度和效度，為社會(huì)輸送真正的人才。

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