機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)《電氣控制與PLC控制技術(shù)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

◇成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 牟如強(qiáng) 鄭才國(guó) 李興紅

針對(duì)《電氣控制與PLC控制技術(shù)》課程教學(xué)內(nèi)容泛化、缺乏機(jī)器人專(zhuān)業(yè)特色、教學(xué)方式單一、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源有限、課程考核方式不全面等問(wèn)題，提出了精簡(jiǎn)式教學(xué)內(nèi)容、融合式教學(xué)手段、嵌入式教學(xué)平臺(tái)和綜合式課程考核教學(xué)改革策略。通過(guò)課程實(shí)踐，有效提高了課程理論、實(shí)踐與創(chuàng)新教學(xué)效果。

《電氣控制與PLC控制技術(shù)》是面向機(jī)器人工程等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合的專(zhuān)業(yè)核心課程，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、自主創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力的重要課程[1]。隨著社會(huì)需求的動(dòng)態(tài)變化，傳統(tǒng)教學(xué)理念、教學(xué)方法、課程考核方式等難以滿足需求?；谡n程教學(xué)現(xiàn)狀，以學(xué)生為教學(xué)主體，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)方法等方面開(kāi)展教學(xué)改革，取得了明顯的效果[2-5]。為提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，梳理出與課程知識(shí)點(diǎn)高度契合且具有地方產(chǎn)業(yè)特色的工程案例，將其貫穿與整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，使得學(xué)生綜合能力得到明顯提高[6]。基于新工科培養(yǎng)要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化、線上線下實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和項(xiàng)目化教學(xué)改革等舉措[7-9]，顯著提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力。突破傳統(tǒng)以期末考試為主的課程考核方法，調(diào)整考核形式、考核范圍、考核指標(biāo)，形成全過(guò)程考核方法[10-11]。

現(xiàn)有的教學(xué)改革教學(xué)效果明顯，值得借鑒學(xué)習(xí)。然而，不同院校的軟、硬件條件和培養(yǎng)目標(biāo)側(cè)重點(diǎn)不同，因此不能照搬使用。為此，結(jié)合我校該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，通過(guò)教學(xué)過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)，將理論課與實(shí)驗(yàn)課緊密銜接，實(shí)現(xiàn)理實(shí)相融，形成符合我校機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)的教學(xué)改革方案，具有重要的研究意義。

1 課程存在問(wèn)題

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，《電氣控制與PLC控制技術(shù)》課程主要存在教學(xué)內(nèi)容泛化、缺乏專(zhuān)業(yè)特色、教學(xué)方式單一、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源有限、學(xué)生課外學(xué)習(xí)受限、課程考核方式不全面等亟待解決的問(wèn)題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容泛化

課程知識(shí)點(diǎn)繁多，過(guò)渡依賴教材，未對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行篩選、優(yōu)化和補(bǔ)充，將全部教材內(nèi)容作為教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致教師講解知識(shí)點(diǎn)快而不細(xì)、多而不精，學(xué)生難以接收、理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。缺少機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，難以凸顯機(jī)器人專(zhuān)業(yè)特色。

1.2 教學(xué)方式單一

課程理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練相輔相成，傳統(tǒng)教學(xué)采用教師講授+學(xué)生聽(tīng)的“開(kāi)環(huán)式”教學(xué)方式，學(xué)生課堂參與度低、積極性差、教師不能及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教學(xué)質(zhì)量難以保證。實(shí)踐教學(xué)采取“重復(fù)性項(xiàng)目”教學(xué)方式，學(xué)生依據(jù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)按部就班的完成PLC實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考，難以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力。

1.3 學(xué)習(xí)平臺(tái)受限

專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案改革，大量壓縮課時(shí)，導(dǎo)致學(xué)生課堂學(xué)習(xí)時(shí)間有限。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)不完善，學(xué)生獲取專(zhuān)業(yè)知識(shí)渠道不暢，無(wú)法有效利用課外時(shí)間對(duì)課程進(jìn)行回顧和拓展，導(dǎo)致學(xué)習(xí)不深不透。

1.4 課程考核不盡合理

平時(shí)出勤和期末理論考試相結(jié)合的傳統(tǒng)課程考核方式，導(dǎo)致很多學(xué)生不重視過(guò)程學(xué)習(xí)，為應(yīng)付考試，在期末考試前突擊復(fù)習(xí)，即使部分同學(xué)能順利通過(guò)考試，但真正掌握課程專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的學(xué)生屈指可數(shù)。

2 研究?jī)?nèi)容

課程理論知識(shí)涉及范圍廣、邏輯性強(qiáng)，實(shí)踐教學(xué)與工程實(shí)際結(jié)合緊密，對(duì)于缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生有恐學(xué)心理。同時(shí)，課時(shí)壓縮，如何在有限的課時(shí)內(nèi)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)資源，改革教學(xué)方式和學(xué)生考核方案，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、解決工程實(shí)際能力的創(chuàng)新人才，是本課程教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。結(jié)合我校軟、硬件條件和學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，以培養(yǎng)具有自主創(chuàng)新、綜合能力、職業(yè)素養(yǎng)與工匠精神的自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，開(kāi)展如下研究。

2.1 精簡(jiǎn)式教學(xué)內(nèi)容

課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)分配少，對(duì)教學(xué)內(nèi)容做減法，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)。①根據(jù)企業(yè)需求，結(jié)合我校機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案和學(xué)情特點(diǎn)，刪除教材中與機(jī)器人自動(dòng)控制弱相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。②補(bǔ)充與機(jī)器人相關(guān)的工程案例，如碼垛機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)、焊接機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)等，打造具有機(jī)器人特色的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 融合式教學(xué)手段

融合多種教學(xué)方法，由“教師講授+學(xué)生聽(tīng)”的傳統(tǒng)“開(kāi)環(huán)式”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生和教師互為主體”的“閉環(huán)式”教學(xué)。

（1）互動(dòng)教學(xué)法。以工業(yè)機(jī)器人工作站“報(bào)警器”P(pán)LC控制程序設(shè)計(jì)為例，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析控制要求、分解控制功能、明確所需程序指令、形成清晰的設(shè)計(jì)思路，讓學(xué)生快速理解和掌握對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。

（2）講練結(jié)合教學(xué)法。針對(duì)諸如PLC指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)難度較大的知識(shí)點(diǎn)，講完一條指令，立即安排課堂練習(xí)或?qū)嵱?xùn)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在邊學(xué)邊練中深刻地領(lǐng)會(huì)所學(xué)知識(shí)，逐步提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力。

（3）多媒體融合教學(xué)法。PLC 程序設(shè)計(jì)信息量大、編程枯燥、程序結(jié)果不易于板書(shū)，課前制作好程序演示動(dòng)畫(huà)或視頻，結(jié)合PPT圖文進(jìn)行教學(xué)，化繁為簡(jiǎn)，降低學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（4）自主化項(xiàng)目教學(xué)法。參考企業(yè)項(xiàng)目制工作模式，將學(xué)生分成小組，選拔出組長(zhǎng)、副組長(zhǎng)、進(jìn)行項(xiàng)目分工。以企業(yè)需求的工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向，發(fā)布與機(jī)器人控制相關(guān)的自主化實(shí)訓(xùn)任務(wù)，讓學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，自主確定項(xiàng)目題目，分工完成項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、論證、實(shí)施、答辯和評(píng)價(jià)，使學(xué)生深刻理解和把握課程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和職業(yè)素養(yǎng)。

2.3 嵌入式教學(xué)平臺(tái)

打破學(xué)習(xí)時(shí)間和地域的限制，建設(shè)《電氣控制與PLC控制技術(shù)》在線課程數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，給學(xué)生提供第二課堂。

（1）嵌入特色PLC課程教學(xué)視頻、典型企業(yè)案例和我校學(xué)生關(guān)于機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)秀作品，豐富學(xué)習(xí)資源，突破學(xué)習(xí)時(shí)間和地域的限制。

（2）重點(diǎn)開(kāi)發(fā)集成課程預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、練習(xí)、復(fù)習(xí)、討論、評(píng)價(jià)、反饋的綜合性課程模塊，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)動(dòng)態(tài)追蹤學(xué)生學(xué)習(xí)效果和存在問(wèn)題，及時(shí)優(yōu)化教學(xué)。

（3）引進(jìn)宇龍仿真平臺(tái)和TIA Portal仿真軟件搭建PLC課程數(shù)字化仿真平臺(tái)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)與企業(yè)同步的PLC控制技術(shù)，為學(xué)生能夠快速融入就業(yè)崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 綜合式課程考核

摒除教師與學(xué)生溝通不暢的問(wèn)題，形成多維度全過(guò)程考核辦法。

（1）在日常出勤、課后作業(yè)和理論考試的基礎(chǔ)上，將學(xué)生課堂練習(xí)與互動(dòng)情況、項(xiàng)目參與度和貢獻(xiàn)度等指標(biāo)納入課程考核中。

（2）實(shí)行課程激勵(lì)制度，將學(xué)生參加與課程相關(guān)的創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目及學(xué)科競(jìng)賽，考取專(zhuān)業(yè)認(rèn)證證書(shū)，撰寫(xiě)專(zhuān)利和發(fā)表論文，參加實(shí)習(xí)等作為課程考核的加分項(xiàng)。

（3）優(yōu)化課程評(píng)分方式，采取“教師+學(xué)生匿名互評(píng)”的方式對(duì)學(xué)生主觀學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)互評(píng)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到腳踏實(shí)地、真抓實(shí)干的重要性。

3 課程教學(xué)效果提升

表1 教學(xué)效果提升明細(xì)

4 結(jié)束語(yǔ)

電氣控制與PLC控制技術(shù)課程是機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程，課程涉及電氣控制和PLC控制兩部分的內(nèi)容，具有理論與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，應(yīng)用型較強(qiáng)。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，教學(xué)內(nèi)容做減法，解決了教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)不匹配、教學(xué)內(nèi)容同質(zhì)化問(wèn)題。教學(xué)方式做加法，創(chuàng)新融合教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。教學(xué)平臺(tái)做乘法，建設(shè)數(shù)字化平臺(tái)，給學(xué)生提供第二課堂，有效解決學(xué)習(xí)時(shí)間和地理位置限制等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)教學(xué)實(shí)踐“倍增效應(yīng)”。課程考核做除法，摒除師生溝通不暢、考核不全面等問(wèn)題，全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)潛能，以考促學(xué)、以評(píng)促能。通過(guò)課程改革與實(shí)踐，有效提高了學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐技能，為社會(huì)培養(yǎng)更多具備自主創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和職業(yè)素養(yǎng)的應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。