工科課程教學思政雙導入

申文靜 諶禮群 楊旭 房立存 李春波 劉宏偉

基金項目：廣東省本科高校課程思政改革示范課程項目“PLC基本原理及應用”（粵高教函[2021]21號）

第一作者簡介：申文靜（1984-），女，漢族，湖南邵陽人，博士，副教授。研究方向為機電一體化，系統(tǒng)建模。

*通信作者：劉宏偉（1975-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，博士，教授。研究方向為集成電路設計。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.041

摘? 要：黨的二十大報告提出，加快建設國家戰(zhàn)略人才力量，努力培養(yǎng)造就更多大師、戰(zhàn)略科學家、一流科技領軍人才和創(chuàng)新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才。為達成這一戰(zhàn)略目標，其中十分重要的環(huán)節(jié)就是在高校工科專業(yè)教學中既向?qū)W生教授與時俱進的專業(yè)知識，又在教學中自然融入課程思政元素，提升育人廣度與深度，從而培養(yǎng)具有過硬專業(yè)功底、嚴謹科學素養(yǎng)與高尚愛國情懷的戰(zhàn)略人才。該文以深圳技術大學專業(yè)核心課程PLC基本原理及應用為例，探索工科專業(yè)教學與課程思政案例的雙導入，從而達到潤物無聲、立德樹人的根本目標。

關鍵詞：工科教學；專業(yè)課；課程思政建設；雙導入；PLC基本原理及應用

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）06-0176-05

Abstract： The report of the 20th National Congress of the Communist Party of China proposed to accelerate the construction of a national strategic talent force， and strive to cultivate more masters， strategic scientists， first-class scientific and technological leaders and innovation teams， young scientific and technological talents， outstanding engineers， great country craftsmen， and highly skilled talents. In order to achieve this strategic goal， an important approach is to not only teach students professional knowledge that keeps up with the development of science during the engineering teaching process in universities， but also to naturally integrate ideological and political elements into the curriculum. This combination can enhance the breadth and depth of education， and cultivate strategic talents with professional skills， rigorous scientific literacy， and noble patriotism. In this article， the core course Fundamentals and applications of PLC in Shenzhen Technology University is taken as an example to explore the dual introduction of professional knowledge and ideological and political elements， in order to achieve the fundamental goal of cultivating morality and nurturing the spirits spontaneously and naturally.

Keywords： engineering course teaching; professional courses; curriculum ideology and politics; dual introduction; fundamentals and applications of PLC

2022年10月16日，中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會在北京勝利召開，習近平總書記在黨的二十大報告中提到“教育、科技、人才是全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的基礎性、戰(zhàn)略性支撐……我們要堅持教育優(yōu)先發(fā)展、科技自立自強、人才引領驅(qū)動，加快建設教育強國、科技強國、人才強國，堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量[1]”，對教育、科技、人才三者的關系提出了新的指導性意見和科教興國戰(zhàn)略的總體部署?？萍紕?chuàng)新離不開人才這一內(nèi)核，而人才則需要通過教育來培養(yǎng)發(fā)掘。教育部在印發(fā)的《高等學校課程思政建設指導綱要》（簡稱《綱要》）[2]指出，高等學校人才培養(yǎng)是育人和育才相統(tǒng)一的過程。高等學校應堅持立德樹人根本任務，著力培養(yǎng)堪當民族復興重任的時代新人。因此，高校教育的目標不僅是傳授已知、更新舊知、開掘新知和探索未知，更重要的是引導學生的思想，幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀、社會主義核心價值觀，最終實現(xiàn)為黨育人、為國育才這一根本目標?！毒V要》同時指出，工學類專業(yè)課程，要注重強化學生工程倫理教育，培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。如何在高校工科專業(yè)教學中有效展開課程思政教學，既培養(yǎng)年輕學子過硬的專業(yè)本領，唯實求精的工匠精神，又培養(yǎng)學生科技報國的家國情懷，使其成長為國家的建設者與接班人，也成為工科教學中亟需思考和研究的問題。

一? PLC基本原理及應用課程思政建設的必要性

當前我國正處在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵時期，國家從戰(zhàn)略層面印發(fā)了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》[3]，而PLC作為智能制造中承上啟下的關鍵一環(huán)，發(fā)揮著重要作用，并將被應用于包括大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人和智能化生產(chǎn)線等更廣泛的領域，為智能制造的發(fā)展帶來更多便利與效益[4]。PLC基本原理及應用（以下簡稱“本課程”）作為機械專業(yè)核心課程，為培養(yǎng)智能制造領域的后備工程師提供了必要的理論知識和應用技能。通過本課程的學習，使學生掌握以弱電控制強電的現(xiàn)代控制方法，培養(yǎng)學生工程實踐的基本能力和基本素質(zhì)。學生將了解常用低壓電器元件與電氣控制系統(tǒng)的工作原理，掌握PLC基本指令與功能指令編程，熟悉組態(tài)軟件對PLC的監(jiān)控方法，鍛煉用PLC解決實際工程問題的能力，養(yǎng)成嚴謹、求實、細致、認真和負責的工程素養(yǎng)及科學精神。

為推動本課程的思政改革，深圳技術大學PLC教學團隊教師圍繞立德樹人這一根本目標，積極探索課程教學與思政教育的有機融合，獲批廣東省本科高校課程思政改革示范課程、廣東省首批本科高校課程思政優(yōu)秀案例各一項，同時夯實學生專業(yè)功底，提升PLC綜合實踐能力，帶領本專業(yè)學生參加中國大學生機械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽智能制造賽，獲得多個全國一等獎、二等獎獎項。

二? 課程建設思路

本文將探討如何在PLC教學中有效發(fā)掘課程思政元素，并結(jié)合專業(yè)知識自然融入課程思政元素進行深入思考與創(chuàng)新研究。在教學過程中教師做到“五結(jié)合”：結(jié)合PLC編程的邏輯性與條理性，培養(yǎng)學生良好的邏輯思維能力和高度的工作責任感；結(jié)合教學內(nèi)容與時事熱點等，培養(yǎng)學生社會主義核心價值觀；結(jié)合學校作為應用技術大學所倡導的“唯實求精”的建校理念，培養(yǎng)學生專注嚴謹、創(chuàng)新進取、精益求精的大國工匠精神；結(jié)合國家在該領域的新技術、新進展，培養(yǎng)學生對國家高速發(fā)展的民族自豪感；結(jié)合國家在該領域的優(yōu)秀科學家先進事跡，培養(yǎng)學生科技報國的使命擔當和英雄情懷。

課程思政建設以培養(yǎng)具有過硬專業(yè)功底、嚴謹科學素養(yǎng)與高尚愛國情懷的戰(zhàn)略人才為核心目標，同時將理論與實踐相結(jié)合，線上與線下課程同時建設[5]，在課堂講授環(huán)節(jié)實現(xiàn)教學思政雙導入（圖1）。線上建立了本課程資源庫，引導學生進行線上預習與復習（圖2）；線下結(jié)合PLC基礎實驗臺對學生進行理實一體化教學（圖3）。通過學習，學生將掌握用弱電控制強電的現(xiàn)代控制方法，養(yǎng)成嚴謹、求實、細致、認真和負責的工程素養(yǎng)及科學精神。

圖1? 課程思政建設思路

圖2? 線上課程資源

圖3? 線下理論課堂

三? PLC基本原理及應用課程思政雙導入案例

本案例將從舉世矚目的載人航天為出發(fā)點，提煉科技思政案例與教學知識共通點，將教學內(nèi)容與思政內(nèi)容有機結(jié)合進行雙導入。我國從1992年載人航天工程立項算起，至今三十余載，成為世界上第三個把人類送上太空的國家，并完成中國空間站在軌建造，實現(xiàn)航天員在太空的長期駐留[6]。在講解PLC控制系統(tǒng)設計這一章節(jié)時，以重大科技新聞載人航天為導入點，結(jié)合其地面測試發(fā)射控制系統(tǒng)為學生講解；然后結(jié)合空間站所配備的太空機械臂，為學生講解工業(yè)機械臂案例設計的內(nèi)容與步驟；再以課堂練習——交通燈進一步鞏固學習；最后對教學思政進行了“雙鞏固”。在教學過程中有機融入了以愛國主義為核心的民族精神和以改革創(chuàng)新為核心的時代精神，尤其是號召學生學習科學家積極探索的科學精神和艱苦奮斗的英雄情懷，將個人的發(fā)展與國家民族的奮斗目標緊密聯(lián)系起來，為祖國繁榮昌盛貢獻自己的力量。本案例將載人航天既作為思政案例導入，亦作為教學案例導入，與教學內(nèi)容的銜接非常連貫自然，獲得了非常好的教學效果。教學實施具體包含以下六個環(huán)節(jié)。

（一）? 教學回顧

溫故而知新，因為PLC控制系統(tǒng)設計這一章是綜合性程度非常高的一章，需要用到之前所學習的知識點，帶學生依次復習了PLC的工作過程、系統(tǒng)配置、外圍接線、基本編程指令與功能指令中的重要知識點。

（二）? 新課引入

向?qū)W生播放載人飛船發(fā)射時的視頻，并介紹“在2023年5月，我們國家有一個重大的事件，那就是神舟十六號載人飛船發(fā)射成功，此次任務是我國載人航天工程進入空間站應用與發(fā)展階段的首次載人飛行任務。我相信每個同學看到發(fā)射的倒計時畫面時，內(nèi)心都是非常激動和自豪的！”思政融入：載人航天技術是我國科技實力的重要體現(xiàn)之一，我們感到由衷的自豪。今后國家的發(fā)展將呈現(xiàn)幾何級數(shù)增長，在座的同學必將成為國家發(fā)展的主力軍（圖4）。

圖4? 載人航天教學思政案例“雙導入”

（三）? PLC控制系統(tǒng)設計的內(nèi)容

自然過渡：對于如此龐大的載人航天系統(tǒng)，其地面發(fā)射控制系統(tǒng)就是用PLC控制的（介紹其系統(tǒng)組成），再啟發(fā)學生，PLC控制系統(tǒng)是其核心，若作為總設計師需要考慮哪些因素，從而引發(fā)學生思考，最終總結(jié)控制系統(tǒng)設計的內(nèi)容（圖5）。思政融入：酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心總工程師鄭永煌，堅守甘肅酒泉大漠30余年，全程參與神舟飛船發(fā)射任務，國家取得的每一點進展都是有這樣一群科學家在背后默默奉獻才取得的，號召學生向科學家們學習艱苦奮斗、無私奉獻的英雄情懷，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當[7]。

（a）? 教學內(nèi)容案例

（b）? 科技思政案例

圖5? 提煉科技思政案例與教學知識共通點

（四）? PLC控制系統(tǒng)設計的步驟

對于上節(jié)的設計內(nèi)容，啟發(fā)學生進一步去細分，從而明確了控制系統(tǒng)設計的步驟（圖6），培養(yǎng)學生任務規(guī)劃實施的工程能力。

圖6? PLC控制系統(tǒng)設計步驟

（五）? PLC控制系統(tǒng)的應用案例

進一步向?qū)W生講解載人航天任務的四大特點，包括全面驗證航天員天宮一號空間站長期駐留保障技術，在軌驗證航天員與機械臂共同完成出艙活動及艙外操作的能力。思政融入：目前太空的兩個空間站，以歐美為首牽頭建設的國際空間站一直不允許中國的參與，中國奮發(fā)自強，建立了自己的空間站，國際空間站2024年退役后，僅剩中國空間站，目前許多國家的宇航員在積極地學習中文，以期申請到中國空間站開展研究工作，增強學生的民族自豪感。

通過動畫介紹天和機械臂的智能程度與仿生程度，目前的技術水平處于國際領先，引發(fā)學生學習興趣，概括介紹了我國工業(yè)4.0與智能制造現(xiàn)狀，其主要方向就是以工業(yè)機器人搭配PLC控制產(chǎn)線及先進的傳感技術與數(shù)據(jù)處理技術[8]，構成了新一代的工業(yè)控制，最終實現(xiàn)以機器換人（圖7）。思政融入：雖然我國是機器人的應用大國，形勢很好，但是自主品牌的工業(yè)機器人競爭力有待提高，希望我們的同學在以后的工作和研究中，能夠為我國自主研發(fā)機器人做出自己的貢獻，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

（a）? 載人航天背景介紹

（b）? 工業(yè)“機械臂”控制要求

圖7? “機械臂”控制教學思政自然銜接

進一步以機械臂設計為案例導入，與學生一起學習基于PLC控制的機械臂裝置的設計內(nèi)容與步驟（圖8）。與學生分析控制要求，明確機械臂設計任務；進行I/O分配與外圍接線，進一步分析程序的流程，包括主程序與各類子程序；在控制程序編寫時，告誡學生從安全生產(chǎn)角度出發(fā)，要充分考慮控制系統(tǒng)的可靠性與安全性設計；對于單步、單周期和連續(xù)運行的子程序設計，點明順序功能圖即流程圖的重要性。思政融入：不論從事何種項目，我們在做規(guī)劃的時候，應該也像PLC順序功能圖編程一樣，以流程圖的形式將任務按步驟規(guī)劃，讓思路更加清晰，工作起來也可以事半功倍，從細節(jié)上培養(yǎng)學生過硬的工程素養(yǎng)與精益求精的工匠精神。

（六）? 課堂練習鞏固

最后以交通燈控制作為課堂練習案例，進一步鞏固順序功能圖的畫法，并利用編程示范操作，學生能非常直觀地看到程序運行結(jié)果[9]。在學生課堂練習過程中，采用“留白講義”式課堂教學方法[10]（圖9）。將課堂講授內(nèi)容制成紙質(zhì)講義，同時部分內(nèi)容留出空白，發(fā)放給學生；老師在講授過程中，一邊引導學生思考一邊在講義留白處進行電子板書填充，學生在紙質(zhì)講義上做筆記。與單一PPT教學方法相比，使用留白講義最大的優(yōu)點就是能夠始終保證學生既動腦也動手，從而最大程度地集中學生的注意力，跟隨老師的思路。同時，講義主線明晰，重點突出，保留了關鍵知識點和重要過程，弱化或剔除了瑣碎的細節(jié)信息或非必須掌握知識點，有助于學生理清思路，分清主次，也方便學生預習和復習。而與傳統(tǒng)的純板書式教學相比，這種留白講義教學也體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，主要是有相當部分的內(nèi)容如題目、定理等事先打印在講義上，可以節(jié)省教師手寫的時間，提高教學效率，也避免了學生抄寫時可能出現(xiàn)的差錯。

圖8? “機械臂”程序講解

（七）? 課程總結(jié)

結(jié)合黑板的板書全面總結(jié)本堂課的重要知識點，布置課后作業(yè)，并通過微信小程序的二維碼發(fā)起課堂問卷調(diào)查，讓學生配合回答三個問題：①學到了哪幾個知識點；②還存在什么疑問；③對老師的建議。通過問卷調(diào)查反饋，對以后的教學進行反思改進。

思政融入：課程即將結(jié)束之際，為學生播放169 s回顧中國載人航天之路的視頻，引用視頻中錢學森先生的話：“中國人怎么不行啊？外國人能搞的，難道中國人不能搞？中國人比他們矮一截？”告誡同學們要發(fā)揚載人航天精神，在各自的學習中和工作中盡職盡責，發(fā)光發(fā)熱，為祖國建設添磚加瓦。進一步啟發(fā)學生，神舟飛天創(chuàng)造了中國高度，蛟龍潛海成就了中國深度，高速鐵路刷新了中國速度，大望遠鏡拓寬了中國維度，所有這些設備的研制成功都離不開機械設計制造及其自動化，離不開智能制造，PLC控制作為智能制造的核心組成部分，也在其中發(fā)揮著日益重要的作用，希望同學們不僅能學習好PLC這門專業(yè)課，同時能夠向從事研究的科學家學習，在學習和工作中盡職盡責，發(fā)光發(fā)熱，為祖國建設添磚加瓦，并懷有崇高的科技報國的家國情懷和使命擔當，將個人的發(fā)展與國家民族的奮斗目標緊密聯(lián)系起來，希望在未來的國家重大科研項目中能夠看到大家的身影（圖10）。

圖9? 留白式講義

（a）? 教學內(nèi)容鞏固

（b）? 思政內(nèi)容鞏固

圖10? 教學思政“雙鞏固”

四? 結(jié)束語

我國近年來重大科技進展與突破除了載人航天，探月探火、深海深地探測、超級計算機、衛(wèi)星導航、量子信息、核電技術、新能源技術和大飛機制造等不勝枚舉。在高校工科專業(yè)教學中，教師應時刻關注國家科技發(fā)展，與時俱進，充分發(fā)掘科技進步背后的專業(yè)領域知識與課程思政點，研究并梳理知識內(nèi)容與思政內(nèi)容的共同點，提升課程思政育人的感染力與吸引力，從而實現(xiàn)知識內(nèi)容與思政內(nèi)容的雙導入有機融合，達到潤物無聲的教學教育效果，最終落實“立德樹人”這一根本任務。匠心筑夢，家國情懷，廣大學子也必將在崇高精神的感召下發(fā)奮圖強，成長為德才兼?zhèn)?、勇于擔當?shù)膰医ㄔO者與接班人。

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