李尚榮，張衛(wèi)平，單文桃，葉　霞

“電氣控制與PLC”微課教學(xué)設(shè)計(jì)

李尚榮，張衛(wèi)平，單文桃，葉霞

微課是實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂等創(chuàng)新教學(xué)模式的重要手段，可有效提升教學(xué)效果。分析了“電氣控制與PLC”課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)以及微課開(kāi)發(fā)的流程，以三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制知識(shí)點(diǎn)為例，進(jìn)行了該知識(shí)點(diǎn)的微課教學(xué)設(shè)計(jì)。從微視頻制作腳本設(shè)計(jì)、微視頻錄制和微視頻編輯三個(gè)方面，詳述了課程的微視頻制作過(guò)程。

機(jī)械類專業(yè)；電氣控制與PLC；教學(xué)設(shè)計(jì)；微視頻制作

“電氣控制與PLC（Programmable Logic Controller，PLC）”是機(jī)械類和電氣類相關(guān)專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程要求學(xué)生既要學(xué)好理論知識(shí)，又要掌握電氣控制應(yīng)用技能。常規(guī)課堂講授型教學(xué)模式存在課時(shí)較長(zhǎng)、知識(shí)點(diǎn)多、學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)難以自由選擇、不能多次重復(fù)進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)等不足，這些都不同程度地影響了學(xué)習(xí)成效和教學(xué)效果。

在英國(guó)納皮爾大學(xué)（Napier University）T.P.Kee提倡的一分鐘演講和美國(guó)北愛(ài)荷華大學(xué)（University of Northern Iowa）教授LeRoy A.McGrew所提倡的60秒課程基礎(chǔ)上［1-2］，微課創(chuàng)始人戴維·彭羅斯（David Penrose）根據(jù)人類認(rèn)知規(guī)律，提出了微課的概念。［3］微課是針對(duì)某個(gè)課程知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而精心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種以流媒體形式展示的半結(jié)構(gòu)化、情景化、可動(dòng)態(tài)生成與交互的數(shù)字資源，一般時(shí)間較短（10分鐘左右），結(jié)構(gòu)完整。［4］美國(guó)人薩爾曼·可罕通過(guò)自錄微視頻輔導(dǎo)異地的表親，無(wú)意中啟動(dòng)了以微課和翻轉(zhuǎn)課堂為代表的一種全新的教學(xué)模式［5］，并創(chuàng)辦了可汗學(xué)院。當(dāng)前，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的微課和翻轉(zhuǎn)課堂正在全球范圍內(nèi)掀起一種全新的教學(xué)方式變革。

本文運(yùn)用微課的相關(guān)理念和課程教學(xué)方法，簡(jiǎn)要分析了“電氣控制與PLC”課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并以三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制知識(shí)點(diǎn)為例，分析微課教學(xué)設(shè)計(jì)的思路，概括了微視頻編輯的相關(guān)要點(diǎn)。

一、微課教學(xué)設(shè)計(jì)

對(duì)一門(mén)課程實(shí)施微課教學(xué)，首先需要對(duì)該課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，梳理出相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，這些知識(shí)點(diǎn)可以是一個(gè)基本概念、重要原理或應(yīng)用案例等；再圍繞這些知識(shí)點(diǎn)，按照課程教學(xué)要求，完成微課教學(xué)設(shè)計(jì)和微視頻制作；然后，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)上，供需要的人觀看和學(xué)習(xí)。為了更好地確定微課的知識(shí)點(diǎn)，有必要對(duì)“電氣控制與PLC”課程的總體知識(shí)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

（一）課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)

電氣控制主要以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各類電機(jī)、氣缸、液壓缸、電磁鐵、指示燈和蜂鳴器等為控制對(duì)象，根據(jù)應(yīng)用要求，采用相應(yīng)的控制方法。機(jī)械類專業(yè)的“電氣控制與PLC”課程主要以上述控制對(duì)象，特別是以三相交流電機(jī)為主要對(duì)象，分析了繼電器接觸器控制和PLC控制這兩種控制方法所涉及的相關(guān)概念、硬件電路原理和程序設(shè)計(jì)。

“電氣控制與PLC”課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，該課程內(nèi)容主要包括兩個(gè)部分：繼電器接觸器控制和可編程控制器控制。其中，繼電器接觸器控制部分的知識(shí)內(nèi)容和邏輯關(guān)系如圖1上部虛線框所示，是以機(jī)床中常用的三相交流電機(jī)為主要被控對(duì)象，以繼電器和接觸器為代表的典型低壓電器構(gòu)建的硬件電路實(shí)現(xiàn)的邏輯控制系統(tǒng)，按照“常用單個(gè)器件→基本控制電路單元→典型機(jī)床綜合控制電路實(shí)例→一般低壓電氣控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)”順序，層層遞進(jìn)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的邏輯順序展開(kāi)；圖1下部的虛線框表示PLC控制部分，以PLC為控制器，各類電機(jī)、氣缸、液壓缸、電磁鐵、指示燈和蜂鳴器為PLC輸出控制對(duì)象，以各種開(kāi)關(guān)按鈕和接近開(kāi)關(guān)作為PLC輸入，來(lái)檢測(cè)控制對(duì)象的狀態(tài)，PLC通過(guò)程序等軟件方法，完成了原來(lái)低壓電氣控制部分由硬件實(shí)現(xiàn)的控制邏輯關(guān)系運(yùn)算。這部分介紹了PLC控制相關(guān)的指令、編程等的軟件資源和電路接線相關(guān)的硬件資源。PLC控制是對(duì)繼電器接觸器控制的技術(shù)升級(jí)，因此，繼電器接觸器控制是基礎(chǔ)，繼電器接觸器控制系統(tǒng)均可以通過(guò)PLC進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)。

圖1　“電氣控制與PLC”課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)

（二）微課開(kāi)發(fā)流程

微課的開(kāi)發(fā)過(guò)程一般包括選擇知識(shí)點(diǎn)、微課教學(xué)設(shè)計(jì)、微視頻錄制腳本設(shè)計(jì)、微視頻錄制、微視頻編輯和發(fā)布等主要步驟［6］，整個(gè)開(kāi)發(fā)流程如圖2所示。

圖2　微課開(kāi)發(fā)基本流程

在課程總體知識(shí)體系結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，可按章節(jié)順序，從問(wèn)題、案例、原理或應(yīng)用等不同角度分解梳理出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，按照?qǐng)D2的開(kāi)發(fā)流程，實(shí)施微課教學(xué)設(shè)計(jì)。本文選擇圖1上部虛線框中“基本控制電路單元”中一個(gè)知識(shí)點(diǎn)——“三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制”為例，簡(jiǎn)述其教學(xué)設(shè)計(jì)。

（三）微課教學(xué)設(shè)計(jì)

微課教學(xué)設(shè)計(jì)主要針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，因此，仍需具備課程教學(xué)設(shè)計(jì)的一般要素，即教學(xué)思路、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)和教學(xué)反饋等內(nèi)容。三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制微課設(shè)計(jì)的總體思路是以問(wèn)題為導(dǎo)向，分析其原理和電路設(shè)計(jì)演變過(guò)程，最后，給出該知識(shí)點(diǎn)的延伸以及與后續(xù)知識(shí)的聯(lián)系。

1.教學(xué)思路。本知識(shí)點(diǎn)采用基于問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)模式，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)生產(chǎn)或生活中的實(shí)例，采用“提出問(wèn)題→分析問(wèn)題→解決問(wèn)題”的教學(xué)思路。如圖3所示，首先，通過(guò)生產(chǎn)和生活中的實(shí)例引出問(wèn)題“三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)如何控制？”然后，分析問(wèn)題，借助動(dòng)畫(huà)，演示三相交流電機(jī)定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向與電源相序的關(guān)系，得出換向方法：換接三相電源中的任意兩相，即可實(shí)現(xiàn)換向?？刂品椒▌t是運(yùn)用兩個(gè)交流接觸器分別控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的相序電源；運(yùn)用手動(dòng)或自動(dòng)兩種控制模式，引出主電路和控制電路的產(chǎn)生與設(shè)計(jì)原理。最后，通過(guò)制作的三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路板的演示以及動(dòng)畫(huà)模擬，展示電路設(shè)計(jì)結(jié)果。圖3中的虛線框“應(yīng)用能力訓(xùn)練和考核”則圍繞電路接線圖繪制、電路接線和電氣故障排查等展開(kāi)，可作為下一個(gè)待學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。

圖3　基于問(wèn)題的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

2.教學(xué)設(shè)計(jì)。本知識(shí)點(diǎn)完整的教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1　三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制教學(xué)設(shè)計(jì)

二、微視頻制作

（一）微視頻制作腳本設(shè)計(jì)

微視頻是針對(duì)特定的知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)，在精心教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以微視頻錄制腳本為依據(jù)，搜集相關(guān)素材，利用不同的錄制設(shè)備與軟件制作的具有情景化、趣味性、可視化的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源包。它是微課的核心，持續(xù)時(shí)間一般在10分鐘左右，文件占用存儲(chǔ)空間小，并發(fā)布在合適的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，以供學(xué)習(xí)者在線或下載學(xué)習(xí)。在完成了三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的教學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，再設(shè)計(jì)微視頻錄制腳本，具體如表2所示。

表2　三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制錄制腳本

（二）微視頻錄制

微視頻制作手段主要有三類［7］：（1）軟件生成類，使用Powerpoint 2010及以上版本，可利用軟件自身的轉(zhuǎn)化視頻功能，生成視頻；（2）錄屏式，常用的軟件有Camtasia Studio，Screen cast，屏幕錄像專家等；（3）拍攝式，采用專業(yè)攝像機(jī)、DV、ipad或手機(jī)等工具拍攝視頻。因錄制簡(jiǎn)單、后期編輯功能強(qiáng)大等原因，Camtasia Studio成為被廣大教師所優(yōu)先使用的視頻錄制軟件。錄制中，安靜的環(huán)境、具有降噪功能的麥克風(fēng)、較詳細(xì)的講稿、合適的語(yǔ)音與語(yǔ)調(diào)等通常必不可少，利用Camtasia Studio錄制完成后，可得到*.trec格式的文件，或進(jìn)一步輸出*·mp4格式的視頻文件。

（三）微視頻編輯

視頻編輯主要包括插入片頭和片尾、視頻分割、刪除有錯(cuò)誤的視頻段、插入外部視頻段、添加標(biāo)題、字幕或旁白、添加畫(huà)中畫(huà)、給視頻配音、視頻之間添加轉(zhuǎn)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)、設(shè)置視頻動(dòng)畫(huà)效果、降低視頻背景噪音、添加測(cè)驗(yàn)等交互功能等，最后，將這些素材連接成一個(gè)連續(xù)完整的微視頻，輸出適用于網(wǎng)絡(luò)在線流播放格式的視頻。

本文以“電氣控制與PLC”課程為例，以三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制知識(shí)點(diǎn)為對(duì)象，分析了該課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)、微課教學(xué)設(shè)計(jì)和微視頻錄制腳本設(shè)計(jì)及后期編輯要點(diǎn)，未來(lái)將在微課教學(xué)實(shí)踐方面繼續(xù)進(jìn)行探索。

［1］宋瓊，宋楠.關(guān)于微課程支持下的翻轉(zhuǎn)課堂研究綜述［J］.科教文匯，2014（18）：28-29.

［2］劉銳，王海燕.基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式設(shè)計(jì)和實(shí)踐［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2014，24（5）：26-32.

［3］陳菁，王忠，范青剛.基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，36（A2）：290-292

［4］薩爾曼·可汗.翻轉(zhuǎn)課堂的可汗學(xué)院：互聯(lián)時(shí)代的教育革命［M］.劉婧，譯.杭州：浙江人民出版社，2014.

［5］王秋月.“慕課”“微課”與“翻轉(zhuǎn)課堂”的實(shí)質(zhì)及其應(yīng)用［J］.上海教育科研，2014（8）：15-18

［6］陳玉琨，田愛(ài)麗.慕課與翻轉(zhuǎn)課堂導(dǎo)論［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2014.

［7］相方莉.“微課”翻轉(zhuǎn)課堂在高職C語(yǔ)言教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)教育信息化，2014（10）：8-10.

［責(zé)任編輯盛艷］

江蘇理工學(xué)院重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目“電氣控制與PLC”（項(xiàng)目編號(hào)：KC13007）；機(jī)械電子工程特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：TS12003）

李尚榮，男，江蘇理工學(xué)院講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人、機(jī)電控制；本文其他作者單位均為江蘇理工學(xué)院。

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