基于雨課堂的PLC原理及應(yīng)用教學(xué)模式創(chuàng)新改革與實(shí)踐

秦鑫 陳霞

*項目來源：河南省新工科研究與實(shí)踐項目（項目編號：2020JGLX098）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（2022年第二批）“機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)在民辦高校師資隊伍中的應(yīng)用及培訓(xùn)探究”（項目編號：221003806133845）；鄭州工商學(xué)院教學(xué)研究項目“基于混合式教學(xué)模式的《PLC原理及應(yīng)用》課程教學(xué)探析”（項目編號：GSJG2022034）。

作者簡介：秦鑫、陳霞，助教。

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.10.011

摘? 要? 結(jié)合PLC原理及應(yīng)用課程教學(xué)特點(diǎn)，以培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才為導(dǎo)向，開展教學(xué)模式創(chuàng)新改革與實(shí)踐，對傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)新線上線下混合式教學(xué)改革方案，構(gòu)建混合式教學(xué)新模式，并詳細(xì)闡述利用雨課堂平臺打造混合式教學(xué)模式的具體實(shí)施過程。創(chuàng)新改革實(shí)踐結(jié)果表明，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，PLC課程混合教學(xué)模式可顯著增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為高校應(yīng)用型專業(yè)教育教學(xué)改革提供了可行的新思路。

關(guān)鍵詞? 雨課堂；混合式教學(xué)；PLC原理及應(yīng)用；思維導(dǎo)圖

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）10-0011-04

0? 引言

PLC原理及應(yīng)用是機(jī)電、自動化類專業(yè)的核心課程[1]，該課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合且廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，具有高理論性、高實(shí)踐性的特點(diǎn)。課程要求學(xué)生掌握PLC的工作原理及編程調(diào)試方法，具備工業(yè)控制系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，并能將所學(xué)知識應(yīng)用于自動控制設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)。

目前，針對PLC課程的教學(xué)，多數(shù)高校采用項目式教學(xué)法。項目式教學(xué)法以具體項目為依托，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生在具體項目中掌握相關(guān)知識，完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)[2]。該方法雖然對提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力有一定效果，但由于課堂時間有限，且教師側(cè)重實(shí)踐知識的講授，學(xué)生在課堂上只能快速完成任務(wù)而缺少對基礎(chǔ)原理知識的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致對知識內(nèi)化不足，實(shí)踐能力和創(chuàng)新性不足。另外，PLC屬于工業(yè)控制系統(tǒng)的核心器件，內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作原理抽象[3]，學(xué)生很難在有限的課堂時間內(nèi)很好地理解相關(guān)理論，導(dǎo)致綜合性項目只能跟做，缺乏創(chuàng)新性，對綜合項目的知識點(diǎn)融合較難理解，從而導(dǎo)致實(shí)施過程中容易出現(xiàn)課時不足的情況。因此，需要探索PLC課程教學(xué)新模式以補(bǔ)齊當(dāng)前教學(xué)方式的短板。

當(dāng)下現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展迅猛，促進(jìn)了教育教學(xué)方式新一輪的變革[4]?；诂F(xiàn)代信息技術(shù)與高校課堂教學(xué)深度融合，構(gòu)建基于線上平臺的混合式教學(xué)模式，有助于高校教師更新改進(jìn)教育教學(xué)理念和方法，為培養(yǎng)高質(zhì)量社會主義接班人助力。

本文以PLC原理及應(yīng)用課程為例，將傳統(tǒng)教學(xué)模式與線上教育平臺有機(jī)融合，開展基于雨課堂的混合式教學(xué)改革探索與實(shí)踐，構(gòu)建新的教學(xué)模式和體系，滿足新工科對人才培養(yǎng)的需求，更好地實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量工程教育培養(yǎng)目標(biāo)。

1? 基于雨課堂的混合教學(xué)模式

高等院校線上線下混合教學(xué)模式是高等教育教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種全新教學(xué)模式[5]，該模式最大的特點(diǎn)是打破了時空的限制，構(gòu)建了線上線下相融合的教學(xué)環(huán)境，既能體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，又能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，能夠拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)維度，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和積極性。

清華大學(xué)與學(xué)堂在線聯(lián)合打造的雨課堂教學(xué)平臺以PPT和微信為支撐，為學(xué)生提供“課前推送—課中互動—課后統(tǒng)計”的完整、系統(tǒng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。依托雨課堂平臺數(shù)據(jù)，授課教師可對本堂課程內(nèi)容的教學(xué)情況和學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行量化分析，評估本次課程內(nèi)容的教學(xué)效果，實(shí)時調(diào)整教學(xué)方法，優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計，構(gòu)建教育教學(xué)邏輯閉環(huán)。

本文提出的線上線下混合式教學(xué)模式基于雨課堂平臺開展，依托平臺線上教學(xué)完成知識導(dǎo)入，通過線下課堂實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化，線上線下相關(guān)聯(lián)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，統(tǒng)一后臺管理，構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)空間。

2 基于雨課堂混合教學(xué)模式的PLC課程改革

方案

本文所提出的混合教學(xué)模式是雨課堂和線下課堂二者的有機(jī)融合（圖1），該教學(xué)模式旨在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)提高，能夠促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)理念的更新，還能立足教學(xué)目標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化課程設(shè)計，增強(qiáng)課程內(nèi)容，創(chuàng)新課程組織與管理評估機(jī)制。

該模式立足培養(yǎng)應(yīng)用型卓越工程師人才，培養(yǎng)學(xué)生工程思維和解決復(fù)雜問題的能力，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

教學(xué)活動前期，由教師確定線上教學(xué)內(nèi)容，明確線上教學(xué)目標(biāo)，分析課程教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合課程重點(diǎn)內(nèi)容發(fā)布線上學(xué)習(xí)任務(wù)，建立過程性考核與結(jié)果性考核相結(jié)合的評價制度，督促學(xué)生完成線上預(yù)習(xí)、視頻觀看、課前討論等。在此階段，教師運(yùn)用情感表達(dá)策略創(chuàng)設(shè)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的良好氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。此外，教師可根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋情況和本次課程知識的重點(diǎn)，合理調(diào)整授課內(nèi)容和時間安排，設(shè)置過程評價指標(biāo)，精心設(shè)計課堂互動環(huán)節(jié)，突出重點(diǎn)。

課堂教學(xué)階段主要在線下進(jìn)行，由互動和整合兩個階段構(gòu)成。

互動階段的主要教學(xué)活動有提問、講解、示范、討論等形式，教師通過開放交流激勵學(xué)生持續(xù)參與，加深對知識的理解。

整合階段的教學(xué)活動有指令練習(xí)、總結(jié)、編程分析、測試等，教師鼓勵學(xué)生的情感表達(dá)和開放交流，引導(dǎo)有效學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生的知識建構(gòu)。

課后鞏固階段主要在線上進(jìn)行，教師在雨課堂平臺發(fā)布課后測試題目，督促學(xué)生完成知識點(diǎn)自測，掌握學(xué)生對知識點(diǎn)的把握情況；同時還可推送復(fù)習(xí)要求和知識共享，如完善章節(jié)知識體系思維導(dǎo)圖、分享優(yōu)秀學(xué)生總結(jié)成果、補(bǔ)充其他學(xué)習(xí)資料等。

學(xué)生通過反思、拓展、展示、評價等方式進(jìn)行教學(xué)反饋，教師借助情感表達(dá)策略加強(qiáng)反思互動，助力學(xué)生自我思考及發(fā)展。

3 基于雨課堂混合教學(xué)模式的PLC課程改革

實(shí)踐

本文以PLC原理及應(yīng)用課程線上線下混合教學(xué)模式實(shí)踐為例，以教師為主導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生主體作用，為PLC課程教學(xué)改革提供新的思路。PLC原理及應(yīng)用課程共48學(xué)時，其中理論課32學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時。為達(dá)到應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，提高高等教育教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)對實(shí)驗(yàn)課時不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能受限等問題，2023年P(guān)LC課程采用線上線下混合式教學(xué)模式。

3.1? 教學(xué)準(zhǔn)備階段

教學(xué)準(zhǔn)備階段以雨課堂平臺為主，教師通過雨課堂平臺向全班學(xué)生推送本次課程內(nèi)容，明確預(yù)習(xí)任務(wù)，推送多元化的線上資料和本次課程要解決的重點(diǎn)問題。要求學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)，預(yù)習(xí)相關(guān)課件及視頻，上課前有所準(zhǔn)備。

在此階段，提前將學(xué)生進(jìn)行分組，各小組成員根據(jù)要求自主在雨課堂平臺或通過其他途徑獲取本次課程內(nèi)容相關(guān)知識。通過課前預(yù)習(xí)，學(xué)生提前了解課程內(nèi)容和重點(diǎn)問題，對難以理解部分，以小組為單位進(jìn)行討論，由小組成員共同繪制知識點(diǎn)思維導(dǎo)圖并上傳至雨課堂平臺。教師可以發(fā)布預(yù)習(xí)測試題目，考查課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)情況，根據(jù)預(yù)習(xí)測試結(jié)果，確定本次課程的教學(xué)難點(diǎn)；也可以根據(jù)平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況，督促個別學(xué)習(xí)消極者，進(jìn)行個性化指導(dǎo)。

3.2? 課堂組織教學(xué)階段

課堂組織教學(xué)階段以線下授課為主。PLC原理及應(yīng)用課程具有較強(qiáng)實(shí)踐性、創(chuàng)新性，課程內(nèi)容以PLC的硬件結(jié)構(gòu)、編程軟件使用、指令系統(tǒng)、梯形圖設(shè)計方法等為主，故理論課程適合在機(jī)房中完成教學(xué)任務(wù)。

教師提前依據(jù)預(yù)習(xí)測試結(jié)果，區(qū)分教學(xué)內(nèi)容難點(diǎn)，進(jìn)行合理的課堂設(shè)計，從而加強(qiáng)學(xué)生對該知識點(diǎn)更深層次的理解。通過介紹PLC工業(yè)控制系統(tǒng)的典型案例導(dǎo)入課堂，以實(shí)例對重難點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致講解，鼓勵學(xué)生與小組成員或教師交流、討論，完善思維導(dǎo)圖繪制，在理解的基礎(chǔ)上學(xué)會應(yīng)用所學(xué)知識解決課堂問題，從而加深對難點(diǎn)知識的理解。理論上機(jī)課中，教師依據(jù)課堂內(nèi)容提出程序設(shè)計任務(wù)，學(xué)生根據(jù)設(shè)計任務(wù)編寫程序，然后利用仿真軟件進(jìn)行調(diào)試、仿真，驗(yàn)證程序的正確性。教師引導(dǎo)各小組之間互相交流學(xué)習(xí)，調(diào)試失敗時，與學(xué)生共同分析錯誤原因，總結(jié)編程及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。通過完成理論課堂程序設(shè)計任務(wù)鞏固課堂所學(xué)知識，讓程序能夠正確運(yùn)行，提升學(xué)生的成就感。最后，要求學(xué)生完成隨堂測試，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行課堂知識總結(jié)，從而構(gòu)建高質(zhì)量高效率線下課堂。

實(shí)驗(yàn)實(shí)操課中，充分利用實(shí)驗(yàn)平臺和仿真軟件構(gòu)建實(shí)驗(yàn)項目解決方案，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際工程問題的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以簡單的順序控制任務(wù)為切入點(diǎn)，再逐步將一些典型的實(shí)際工程案例引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過雨課堂平臺提前推送實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟，要求學(xué)生課下編寫實(shí)驗(yàn)程序，完成實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)任務(wù)。

授課過程中，教師簡單講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟并進(jìn)行演示，展示正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中自主進(jìn)行實(shí)踐操作，教師以指導(dǎo)為主。教師實(shí)時與學(xué)生互動交流，及時解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中的共性問題進(jìn)行集中講解并演示。鼓勵各組成員相互溝通幫助，統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)完成小組，小組間互相評價實(shí)驗(yàn)效果并打分記錄，結(jié)合教師評分挑選此次實(shí)驗(yàn)項目得分較高的小組進(jìn)行項目成果匯報并演示，以點(diǎn)帶面，起到良好的帶頭作用，利于達(dá)到共學(xué)共育共提升的教學(xué)效果。通過實(shí)驗(yàn)實(shí)操課，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力、動手能力和創(chuàng)新能力，保持學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課程的積極性，從而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項目教學(xué)質(zhì)量提升。

3.3? 課后總結(jié)階段

課后總結(jié)階段在線上完成，教師可以利用雨課堂在線平臺監(jiān)測學(xué)生的課后學(xué)習(xí)情況，通過測試題的答題情況了解每個學(xué)生對知識的掌握程度。教師通過收集的課后復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計課程內(nèi)容的掌握情況，為在課堂上對后續(xù)關(guān)聯(lián)性知識點(diǎn)講解提供依據(jù)。同時，為督促學(xué)生進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，教師可通過雨課堂發(fā)布復(fù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生完善小組思維導(dǎo)圖，挑選較為優(yōu)秀者進(jìn)行全班展示；要求學(xué)生完成課堂重難點(diǎn)知識總結(jié)及應(yīng)用。

此外，教師還可通過雨課堂收集的在線數(shù)據(jù)，對個別學(xué)生適時進(jìn)行個性化輔導(dǎo)，優(yōu)化教學(xué)資源和方式，以形成利于學(xué)生主動參與、自主學(xué)習(xí)的教學(xué)邏輯閉環(huán)。

3.4? 教學(xué)效果評價

PLC原理及應(yīng)用課程傳統(tǒng)的考核方式分為考試和考查兩種，為了采用多元化的考核方式，學(xué)校采用考查方式。課程考核成績由過程考核成績和期末考試成績兩部分組成。區(qū)別于傳統(tǒng)期末考核評價體系，混合式教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)過程性評價與結(jié)果性評價的有機(jī)融合，該模式下的考核評價方式須注重雨課堂管理平臺上學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、參與討論、課后鞏固與拓展的具體情況和相關(guān)數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)過程考核和實(shí)踐考核的重要性，增加過程考核成績所占的比例，即過程性評價基于雨課堂貫穿教學(xué)的全過程。根據(jù)PLC課程特點(diǎn)，期末考試成績評定也可采取更靈活的方式考查學(xué)生，如試卷、實(shí)操、答辯、項目抽簽等。具體課程評價體系如表1所示，其中過程性評價包括平時表現(xiàn)、課前預(yù)習(xí)、項目任務(wù)和實(shí)驗(yàn)四部分，每部分成績各為100分，折合占比分別為20%、20%、30%、30%。該模式下課程評價體系能夠加強(qiáng)過程化管理，督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，檢驗(yàn)學(xué)生知識點(diǎn)掌握情況，有益于課程的監(jiān)管作用。

4? 混合教學(xué)模式效果分析

本文提出的基于雨課堂的混合式教學(xué)模式可以深化學(xué)生的主體地位，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，延續(xù)課堂的學(xué)習(xí)時間，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果較為顯著。

如圖2所示，2022年和2023年P(guān)LC原理及應(yīng)用課程期末成績統(tǒng)計顯示，2022年P(guān)LC原理及應(yīng)用期末平均成績?yōu)?7.88分，其中大多數(shù)學(xué)生成績分布在70～79分?jǐn)?shù)段，60～69分?jǐn)?shù)段學(xué)生人數(shù)亦占比較大；與之相比，2023年P(guān)LC原理及應(yīng)用采用線上線下混合教學(xué)模式，90～100分人數(shù)明顯上升，而60～79分人數(shù)明顯下降。統(tǒng)計結(jié)果表明，該創(chuàng)新教學(xué)模式較傳統(tǒng)授課模式教學(xué)效果更顯著，能整體提升學(xué)生的成績，對培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才有明顯的促進(jìn)作用。

5? 結(jié)束語

基于雨課堂的線上線下混合教學(xué)模式改革創(chuàng)新與實(shí)踐為當(dāng)前教學(xué)變革提供了新的可行性思路。本文以PLC原理及應(yīng)用課程為例，對原有教學(xué)方式面臨的問題進(jìn)行總結(jié)，對線上線下混合式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)敘述。該模式結(jié)合原有的授課方式與雨課堂平臺進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，構(gòu)建多元化的學(xué)習(xí)空間，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)維度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著提高了PLC原理及應(yīng)用課程的教學(xué)質(zhì)量，為高校新工科建設(shè)及教學(xué)改革提供了可行方案，也為培養(yǎng)高質(zhì)量專業(yè)型人才提供了有力保障。

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