劉星平

(湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

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“PLC原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)改革探討

劉星平

(湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”要求以培養(yǎng)高水平、具有創(chuàng)新精神的工程師為目標(biāo)，這就要更加注重以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，充分利用多種現(xiàn)代教學(xué)手段及教育資源，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性、獨(dú)立性。為此以我校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的PLC原理與應(yīng)用課程的教學(xué)改革實(shí)踐為例，首先分析傳統(tǒng)教學(xué)方法及其局限性，研究了課程體系和教學(xué)內(nèi)容，然后討論教和學(xué)的關(guān)系，提出了基于“探究”的項(xiàng)目案例式教學(xué)法，并闡明了該教學(xué)法的基本特征、以及對(duì)教師的要求，為參與高校教師在卓越計(jì)劃的專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐提供參考。

探究式教學(xué)；項(xiàng)目案例；教學(xué)組織；教學(xué)方式

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃” (簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計(jì)劃”)要求以培養(yǎng)高水平、具有創(chuàng)新精神的工程師為目標(biāo)，這就要求高校的教學(xué)要更加注重以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，[1]卓越人才培養(yǎng)的課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)都要有別于以往常規(guī)的教學(xué)實(shí)踐，要充分利用多種教育資源和教學(xué)手段，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性、獨(dú)立性。不僅要認(rèn)真研究課程體系和教學(xué)內(nèi)容，而且要研究、設(shè)計(jì)和采用有利于學(xué)生全面發(fā)展和保證學(xué)校培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的教學(xué)組織形式和教學(xué)方法。[2]

2010年7月，胡錦濤在全國(guó)教育工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要?jiǎng)?chuàng)新教育教學(xué)方法，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生好奇心，發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)精神，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思維，改變單純灌輸式的教育方法。將學(xué)生置于教育教學(xué)系統(tǒng)的核心是西方發(fā)達(dá)國(guó)家政府高等教育改革的方向。[3]

問(wèn)題探究式和項(xiàng)目案例式的教學(xué)組織和教學(xué)方法是一種遵從學(xué)習(xí)者能力培養(yǎng)規(guī)律，與綜合素質(zhì)形成邏輯相一致的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，我校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的PLC原理與應(yīng)用課程是電氣工程及自動(dòng)化、自動(dòng)化兩個(gè)卓越計(jì)劃專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程，在“PLC原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)中，采用理論和實(shí)踐密切結(jié)合的方法，并且將項(xiàng)目和問(wèn)題提前交代給學(xué)生，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)難度逐步提高，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，將實(shí)踐的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用自主創(chuàng)新競(jìng)賽的形式增強(qiáng)學(xué)生的成就感。

一 傳統(tǒng)教學(xué)方法及其局限性

多年來(lái)，我國(guó)大多數(shù)學(xué)校的教學(xué)管理者和教師習(xí)慣了“以課堂為中心、以教師為中心、以教材為中心”的教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)缺乏自主性、交互性和探究性。極大地束縛了學(xué)校教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

在這種模式中，主要的教學(xué)手段和方法是講解、板書(shū)和多媒體。認(rèn)為教師講、學(xué)生聽(tīng)就能將知識(shí)灌輸和傳承給學(xué)生，教師施教和傳輸知識(shí)是主動(dòng)行為；學(xué)生接受知識(shí)是被動(dòng)的；教師利用多媒體教學(xué)工具向?qū)W生灌輸教材的內(nèi)容。該模式雖然到現(xiàn)在還有存在的價(jià)值，但是隨著時(shí)代的變遷，知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，這種教學(xué)模式出現(xiàn)的問(wèn)題越來(lái)越明顯，其主要表現(xiàn)在：(1)在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性未能得到充分體現(xiàn)。教師是課程里“知識(shí)”的主宰者，因?yàn)榇蟠笮⌒〉闹R(shí)點(diǎn)全由教師掌控。學(xué)生成為機(jī)械式的被動(dòng)接受者。(2)傳統(tǒng)課程教學(xué)基本上是強(qiáng)制式和灌輸式的，[4]大多數(shù)學(xué)生是靠死記硬背而學(xué)到了一些“知識(shí)”，沒(méi)有能真正領(lǐng)悟好、理解好，限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展空間。由此造成了學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)而拋棄主動(dòng)思考的習(xí)慣。這樣的教學(xué)模式就根本不能適合當(dāng)前高科技迅速發(fā)展所提出的新要求。

造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，其中一些學(xué)校重科研輕教學(xué)是主要原因之一，在過(guò)分注重經(jīng)濟(jì)利益的氛圍下，這種導(dǎo)向會(huì)更加挫傷一線教師的教學(xué)熱情和積極性，不愿投入較多的時(shí)間、精力用在細(xì)致而繁瑣的教學(xué)過(guò)程中，更不愿進(jìn)行教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新。

二 教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是師生在教學(xué)活動(dòng)中采用的方法, 包括教師教的方法和學(xué)生學(xué)的方法, 教學(xué)是教與學(xué)的統(tǒng)一，教為學(xué)而存在，學(xué)又要靠教來(lái)引導(dǎo)，所以“教”和“學(xué)”是相輔相成的，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要教師的引導(dǎo)，教師課內(nèi)講授需要與學(xué)生的課外實(shí)踐、課外閱讀有機(jī)結(jié)合起來(lái)。這樣才能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)的和諧、統(tǒng)一和完整。

教學(xué)方法的改革并不是不要課堂教學(xué)、不要教師指導(dǎo)、不要教材，而是教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生積極思考，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去積極探索新知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地分析解決問(wèn)題的能力。

課程教學(xué)還應(yīng)該教學(xué)生從學(xué)習(xí)中“學(xué)會(huì)思考”，形成思想和智慧，形成正確的人生觀和價(jià)值觀，讓“思想”貫穿于各類(lèi)、各門(mén)課程。課堂教學(xué)不是一開(kāi)始就教會(huì)學(xué)生有關(guān)結(jié)論，而是應(yīng)當(dāng)注重從問(wèn)題開(kāi)始，以學(xué)科知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律為指引，來(lái)探究，剖析工程原理的形成過(guò)程。引導(dǎo)學(xué)生分析、研究和解決工程實(shí)際和工程學(xué)科問(wèn)題，進(jìn)行師生互動(dòng)和同學(xué)合作，使學(xué)生在分析、研究問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)知識(shí)，領(lǐng)悟工程原理。這樣學(xué)生就會(huì)在思考、分析、探究問(wèn)題的過(guò)程中應(yīng)用、獲取和更新知識(shí)，在解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)和訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)、研究和解決問(wèn)題的能力，在合作學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)交流過(guò)程中提高綜合素質(zhì)和能力。

正因?yàn)槿绱耍n程教學(xué)中如何以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、學(xué)習(xí)興趣和積極性、主動(dòng)性正是新教學(xué)模式的關(guān)鍵所在。我們?cè)趯?zhuān)業(yè)課程的教學(xué)過(guò)程中采用的基于“探究”的項(xiàng)目案例式教學(xué)改革，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了嘗試。

(一)采用小班制的實(shí)驗(yàn)室上課方式

我校對(duì)卓越班的“PLC原理與應(yīng)用”這門(mén)課程采用了小班制教學(xué)，在PLC實(shí)驗(yàn)室上課的方式安排組織教學(xué)活動(dòng)。這樣在課堂上就隨時(shí)根據(jù)需要對(duì)所講述的內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，既能讓學(xué)生對(duì)PLC的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境有一個(gè)直觀初步的了解，又能讓學(xué)生非常直觀地看到程序的運(yùn)行效果，以及各種不同功能的現(xiàn)象，這樣對(duì)學(xué)生在后面動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中會(huì)有較大的幫助。利用課堂進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)不僅能夠提高PLC課堂教學(xué)的效果，而且能夠使學(xué)生在課后有更多時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，解決了課堂教學(xué)學(xué)時(shí)有限，很難深入講解知識(shí)點(diǎn)的矛盾。

(二)課堂教學(xué)以解決實(shí)際問(wèn)題為核心

根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)我們把包含一個(gè)或多個(gè)定律或知識(shí)的“現(xiàn)象”或“問(wèn)題”呈現(xiàn)給學(xué)生思考時(shí)，會(huì)立刻激發(fā)學(xué)生的思考、討論興趣，進(jìn)而對(duì)所學(xué)定律與知識(shí)的掌握更加深刻，更能學(xué)以致用，進(jìn)而學(xué)會(huì)舉一反三的解釋更多的現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象。

在教學(xué)手段及內(nèi)容組織的改革上，在教學(xué)內(nèi)容確定的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)把精力投到尋找、選取、構(gòu)造有趣的“問(wèn)題”上，以激發(fā)學(xué)生更強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，推動(dòng)主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，更深刻的掌握所學(xué)習(xí)的知識(shí)，學(xué)會(huì)分析和解決問(wèn)題的方式，培養(yǎng)、提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究自然的興趣，進(jìn)而熱愛(ài)科學(xué)、熱愛(ài)研究。

在PLC原理與應(yīng)用的教學(xué)過(guò)程中，始終把解決實(shí)際問(wèn)題放在首位，所有教學(xué)內(nèi)容均圍繞實(shí)際問(wèn)題的解決來(lái)展開(kāi)，避免了傳統(tǒng)PLC教學(xué)過(guò)程中以介紹PLC功能為主的教學(xué)模式。如果單純以控制器功能講解為主，必然會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生只會(huì)是被動(dòng)的死記硬背、應(yīng)付考試，更不用說(shuō)能靈活地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，更談不上創(chuàng)新。

(三)探究式與項(xiàng)目案例相結(jié)合的研究性課程教學(xué)方式

為了讓同學(xué)們最大限度地參與教學(xué)過(guò)程，進(jìn)一步提高教學(xué)效果，我們?cè)赑LC原理與應(yīng)用的教學(xué)過(guò)程中嘗試了探究式與項(xiàng)目案例相結(jié)合的教學(xué)方式。在課程教學(xué)之前，我們根據(jù)學(xué)生人數(shù)，將全班同學(xué)分成幾個(gè)小組，為每個(gè)小組確定1個(gè)組長(zhǎng)。教師把相關(guān)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及要求發(fā)給學(xué)生，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)將教師布置的項(xiàng)目按要求進(jìn)行分解，安排小組內(nèi)每個(gè)同學(xué)的任務(wù)，教師在課堂講授中，除了講授相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)外，還就項(xiàng)目的有關(guān)背景及應(yīng)用情況進(jìn)行講解，之后要求各小組組長(zhǎng)按限定時(shí)間將每位同學(xué)完成的結(jié)果集中，組織全組同學(xué)進(jìn)行討論，最后完成總結(jié)報(bào)告。

PLC的教學(xué)主要目的就是為了使學(xué)生掌握利用PLC對(duì)對(duì)象系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法。PLC的功能是有限的，但如果能夠靈活應(yīng)用，就能夠解決許多實(shí)際問(wèn)題。因此，有必要讓學(xué)生掌握利用PLC解決問(wèn)題的基本思路和基本方法。在課堂教學(xué)中，首先簡(jiǎn)要介紹PLC的某項(xiàng)功能，然后馬上提出一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，以書(shū)面形式發(fā)給學(xué)生，或以視頻形式展示給學(xué)生，講解項(xiàng)目的有關(guān)應(yīng)用背景，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，然后組織學(xué)生進(jìn)行討論。讓學(xué)生思考解決方案，通過(guò)學(xué)生的課堂上小組討論解決實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)PLC功能的同時(shí)掌握如何應(yīng)用這些功能。這樣做可以避免枯燥地講解控制器的各種功能和指標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生在課堂的專(zhuān)注度，從而獲得更好的講授效果。

(四)教學(xué)內(nèi)容與相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合

從總體上看，PLC就是一個(gè)控制核心，通過(guò)這個(gè)控制核心可以完成各種信號(hào)處理方面的應(yīng)用以及控制方面的應(yīng)用，控制核心是通過(guò)外圍設(shè)備起作用的，所以要與其他專(zhuān)業(yè)內(nèi)容相結(jié)合才能最大程度發(fā)揮 PLC的核心控制功能，同時(shí)也只有與相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合才能夠更好地理解PLC功能實(shí)現(xiàn)的實(shí)質(zhì)。

例如 PLC中的高速脈沖輸出功能有PTO(脈沖串)/ PWM(脈寬調(diào)制)兩個(gè)或三個(gè)發(fā)出器，就與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)控制及直流電機(jī)的脈寬可逆調(diào)速控制技術(shù)相關(guān)。在講授該模塊工作原理時(shí)如果不結(jié)合其他相應(yīng)課程知識(shí)，那么學(xué)生很難了解“占空比”及“死區(qū)效應(yīng)”的實(shí)質(zhì)，也就無(wú)法對(duì)此項(xiàng)功能進(jìn)行靈活應(yīng)用。通過(guò)將 PLC的功能與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及電力電子技術(shù)知識(shí)相結(jié)合，不但使學(xué)生了解了電力電子變換器是如何被控制的，而且使學(xué)生了解了PLC中的高速脈沖輸出的工作原理。[5]

通過(guò)PLC的教學(xué)可以將其他專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)串聯(lián)在一起，提高了學(xué)生對(duì)其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握能力，不僅拓寬了知識(shí)面，也為學(xué)生參加各種創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(五)組織學(xué)生自己開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置

PLC的教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)，以往的實(shí)驗(yàn)都是購(gòu)買(mǎi)商品化的實(shí)驗(yàn)裝置，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式限制了學(xué)生的創(chuàng)新思維，效果顯然不夠理想。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，打好創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的基礎(chǔ)，針對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用需求，在做好教學(xué)工作的基礎(chǔ)上組織感興趣的同學(xué)自己開(kāi)發(fā)出經(jīng)濟(jì)適用的實(shí)驗(yàn)裝置。隨著學(xué)生所使用的電腦逐步從臺(tái)式機(jī)變成了便攜式筆記本，不再具有并口和串口，以往的實(shí)驗(yàn)裝置顯得不夠?qū)嵱?，為此課程組又組織學(xué)生開(kāi)發(fā)出了部分實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置用USB接口下載器代替了并口下載器，并且省去了外接電源，直接利用USB口提供電力。所有這些實(shí)驗(yàn)裝置均由班級(jí)部分同學(xué)在任課老師的指導(dǎo)下利用課余時(shí)間完成，這更加證明了該課程的教學(xué)新模式對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果是顯著的，使學(xué)生真正做到了學(xué)以致用。

三 教學(xué)改革的實(shí)踐效果

通過(guò)以學(xué)生為中心的《PLC原理與應(yīng)用》課程教學(xué)模式的創(chuàng)新和改革激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，顯著提高了課堂教學(xué)效果。學(xué)生的到課率平均達(dá)到93%以上。課堂氣氛活躍，學(xué)生參與程度可達(dá)85%。課程結(jié)束時(shí)學(xué)生給本課程的總評(píng)分高達(dá)97分，并對(duì)本課程的教學(xué)給予了充分的肯定。使學(xué)生掌握了基本的創(chuàng)新技能和方法，通過(guò)課堂案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)演示、技能比賽等環(huán)節(jié)，在輕松的環(huán)境中，既讓學(xué)生增加了學(xué)習(xí)的興趣，又使學(xué)生有了主動(dòng)參與創(chuàng)新活動(dòng)的動(dòng)力。另外，引導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習(xí)和借鑒各種創(chuàng)新思路，學(xué)習(xí)創(chuàng)新的技能方法，提高了他們的創(chuàng)造力，對(duì)學(xué)生們今后的就業(yè)和發(fā)展有很大的幫助。通過(guò)本課程的訓(xùn)練使學(xué)生增加了從事技術(shù)工作的經(jīng)驗(yàn)和信心，有學(xué)生在就業(yè)招聘時(shí)把所參加的PLC競(jìng)賽經(jīng)歷作為簡(jiǎn)歷的一個(gè)亮點(diǎn)體現(xiàn)出來(lái)，還有些同學(xué)把作品帶到面試現(xiàn)場(chǎng)，這提高了就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

四 結(jié) 語(yǔ)

采用的基于“探究”的項(xiàng)目案例式教學(xué)改革強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考、積極探索、深入挖掘的能力及與團(tuán)隊(duì)合作能力；在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力的方面取得了極好的效果。該教學(xué)改革實(shí)踐不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，對(duì)教師也是一種激勵(lì)和促進(jìn)，有助于教師的成長(zhǎng)和進(jìn)步，不斷提高教學(xué)水平和教學(xué)能力。另外，大學(xué)小班化教學(xué)有利于增加學(xué)生和老師的交流、研討機(jī)會(huì)，增強(qiáng)課程教學(xué)的互動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[1] 于庚蒲. 關(guān)于高等教育理念與教學(xué)改革的若干思考[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)(社科版),2001(3):29-32．

[2] 教育部關(guān)于實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的若干意見(jiàn)[Z].教高[2011]1號(hào)，2011．

[3] 林 健.面向卓越工程師培養(yǎng)的研究性學(xué)習(xí)[J].高等工程教育研究，2011(6): 5-10．

[4] 姚利民.高校教學(xué)方法研究述評(píng)[J].大學(xué)教育科學(xué)，2010(1):20-26．

[5] 劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2011．

Study on the Teaching Reform of “PLC Principle and Application” Course

LIU Xingping

(College of Electrical and Information Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411101, China)

“Education and Training Program of Outstanding Engineers” asks us to achieve the goal that engineers have the high level and the spirit of innovation.This means that we should pay more attention to the “students-centered” teaching idea,make full use of various modern teaching resources and teaching methods,and fully mobilize the initiative,independence,the enthusiasm of the students.Therefore,taking the teaching reform practice of PLC Principle and Application course as an example,this paper analyzes the traditional teaching methods and their limitations,and then discusses the relationship between teaching and learning,puts forward the “research” project case teaching with its basic characteristics and requirements for teachers so as to provide a reference for the teaching practice of college teachers involved in the program of ontstanding engineers.

inquiry teaching；project case；teaching organization；teaching methods

2015-04-07

湖南工程學(xué)院教改項(xiàng)目“《PLC原理與應(yīng)用》課程教學(xué)方法創(chuàng)新的研究與實(shí)踐”(校教字[2012]33號(hào))。

劉星平 (1966-)，男，湖南湘鄉(xiāng)人，副教授，研究方向：自動(dòng)化。

G642.0

A

1671-1181(2015)03-0106-04