唐偉杰 陳婷

摘?要：傳統(tǒng)的實(shí)踐課程教學(xué)模式，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)的積極性不高，教學(xué)效果不佳。以PLC課程為例，該課程是機(jī)械電子工程、機(jī)器人工程、機(jī)械制造設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)重要的核心課程，非常注重實(shí)踐環(huán)節(jié)的培育，文章將IEET工程認(rèn)證的“以結(jié)果為導(dǎo)向、以項(xiàng)目為引領(lǐng)、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以理實(shí)融合為手段、以質(zhì)量評(píng)價(jià)為落腳點(diǎn)”的PBL教學(xué)模式運(yùn)用于PLC課程的實(shí)踐教學(xué)中，以虛實(shí)相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例，最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以達(dá)成核心能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：IEET工程認(rèn)證；PLC課程實(shí)踐教學(xué)；虛實(shí)結(jié)合案例設(shè)計(jì)

Abstract：In the traditional teaching mode of practical courses，students passively accept knowledge，and their learning enthusiasm is not high，so the teaching effect is not good.Take PLC as an example，this course is an important core course of mechanical and electronic engineering，robot engineering，mechanical manufacturing design and automation，automation，and other related majors.The course attaches great importance to the cultivation of practical ability.In this paper，the PBL teaching model of IEET engineering certification "result-oriented，project-led，task-driven，theory and practice integration as means，quality evaluation as the landing point" is applied to the practical teaching of PLC course.The project cases are designed by combining virtual simulation and real debugging to maximize the students' interest in learning to achieve the cultivation of core competence.

Keywords：IEET Engineering certification；practical teaching of PLC course；virtual and real case design

黨的十八大以來(lái)，我國(guó)新型工業(yè)化步伐顯著加快，迎來(lái)了從“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”的歷史性跨越。對(duì)高端人才的需求也是日趨漸長(zhǎng)，對(duì)高校人才培育也提出了新的要求，各高校對(duì)于實(shí)踐教學(xué)越來(lái)越重視。實(shí)踐教學(xué)，能鞏固理論知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)理論的理解，是培養(yǎng)具有高素質(zhì)、創(chuàng)新型的工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)。

以“PLC原理及應(yīng)用”為例，這是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生要學(xué)習(xí)可編程控制器的基本知識(shí)及發(fā)展概況，并熟悉可編程控制器的結(jié)構(gòu)、工作原理和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，掌握各種功能指令的用途和使用方法。通過(guò)對(duì)PLC應(yīng)用實(shí)例的學(xué)習(xí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的實(shí)踐能力;通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生系統(tǒng)掌握可編程序控制器的基本原理、功能、應(yīng)用、程序設(shè)計(jì)方法和編程技巧，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。可編程控制器作為一類重要的工業(yè)控制器裝置，以其優(yōu)秀的特性，在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的工控市場(chǎng)上長(zhǎng)盛不衰，在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的智能制造年代，它仍將扮演著非常重要的角色，對(duì)PLC開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的人才需求，也將大幅度提高［1-2］。

本文以PLC課程的實(shí)踐教學(xué)為對(duì)象，結(jié)合IEET工程認(rèn)證的PBL教學(xué)模式，以虛實(shí)相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例，將傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生由被動(dòng)接受老師的教授轉(zhuǎn)變?yōu)榛陧?xiàng)目的自主探索學(xué)習(xí)，最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷，PLC課程很好地達(dá)成了核心能力的培養(yǎng)。

1 課程建設(shè)需要

由中共中央、國(guó)務(wù)院于2019年2月印發(fā)實(shí)施的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》中指出，增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，大力推進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和優(yōu)化發(fā)展；優(yōu)化制造業(yè)布局，加強(qiáng)大灣區(qū)產(chǎn)業(yè)對(duì)接，提高協(xié)作發(fā)展水平；加快制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)制造業(yè)智能化發(fā)展，以機(jī)器人及其關(guān)鍵零部件、高速高精加工裝備和智能成套裝備為重點(diǎn)，大力發(fā)展智能制造裝備和產(chǎn)品［3］。

為貫徹落實(shí)省委、省政府推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展決策部署，2022年4月24日，珠海召開(kāi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)，出臺(tái)以《關(guān)于堅(jiān)持“產(chǎn)業(yè)第一”加快推動(dòng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》為核心的“1+5+3”系列新政，以前所未有的力度加快構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。由此可以看出，未來(lái)粵港澳大灣區(qū)對(duì)于智能制造領(lǐng)域相關(guān)的工科大學(xué)生人才需求是相當(dāng)大的。對(duì)于地處粵港澳大灣區(qū)核心城市珠海的北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，將迎來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

“PLC原理及應(yīng)用”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的、非常重要的專業(yè)課程，以北京理工大學(xué)珠海學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化學(xué)院為例，該門(mén)課程涵蓋的專業(yè)有機(jī)械電子工程專業(yè)、機(jī)器人工程專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械工程專業(yè)。其中機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化和機(jī)械電子工程為IEET工程認(rèn)證專業(yè)。

將IEET工程認(rèn)證的“以結(jié)果為導(dǎo)向、以項(xiàng)目為引領(lǐng)、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以理實(shí)融合為手段、以質(zhì)量評(píng)價(jià)為落腳點(diǎn)”的PBL教學(xué)模式運(yùn)用于PLC課程的實(shí)踐教學(xué)中，以虛實(shí)相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例，培育具備核心競(jìng)爭(zhēng)能力的創(chuàng)新型人才，對(duì)服務(wù)于粵港澳大灣區(qū)制造業(yè)的快速發(fā)展戰(zhàn)略起著非常重要的推動(dòng)作用。

2 基于IEET工程認(rèn)證的實(shí)踐教學(xué)改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確保畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)。我國(guó)從2006年開(kāi)始探索實(shí)施國(guó)際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證制度，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，現(xiàn)已成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國(guó)，工程教育認(rèn)證質(zhì)量受到了國(guó)際的認(rèn)可［4］。

IEET工程教育認(rèn)證，成立于2003年，并于2007年成功晉升華盛頓協(xié)議正式會(huì)員。主要業(yè)務(wù)為規(guī)劃及執(zhí)行符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工程教育（EAC）、資訊教育（CAC）、技術(shù)教育（TAC）、建筑教育（AAC）認(rèn)證及設(shè)計(jì)教育（DAC）認(rèn)證。通過(guò)IEET認(rèn)證，確認(rèn)一個(gè)專業(yè)具備能夠持續(xù)達(dá)成其教育目標(biāo)及畢業(yè)生具備了專業(yè)所需的核心能力，代表了專業(yè)具備了良好的教育質(zhì)量，其畢業(yè)生的學(xué)歷將受到國(guó)際認(rèn)可。通過(guò)專業(yè)認(rèn)證機(jī)制，IEET認(rèn)證及維持國(guó)際間認(rèn)可的專業(yè)核心能力及倫理規(guī)范，借此維系業(yè)界、政府及整體社會(huì)對(duì)于未來(lái)工程、信息、技術(shù)及建筑領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的基本質(zhì)量擔(dān)保。IEET認(rèn)證中，主要倡導(dǎo)三個(gè)基本理念［5］：（1）學(xué)生中心理念；（2）產(chǎn)出導(dǎo)向理念；（3）持續(xù)改進(jìn)理念。IEET工程認(rèn)證指標(biāo)體系包含9個(gè)方面：教育目標(biāo)、學(xué)生、教學(xué)成效及評(píng)量、課程組成、教師、設(shè)備及空間、行政支持與規(guī)范、領(lǐng)域認(rèn)證規(guī)范、持續(xù)改善成效，全面考察認(rèn)證專業(yè)通過(guò)持續(xù)改善機(jī)制達(dá)成自定義的專業(yè)教育目標(biāo)和畢業(yè)生具備的專業(yè)核心能力。

以北京理工大學(xué)珠海學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)為例，該專業(yè)于2019年加入IEET工程認(rèn)證，制定了四個(gè)教育目標(biāo)和八個(gè)核心能力，其中“PLC原理及應(yīng)用”課程關(guān)聯(lián)八個(gè)核心能力培育中的能力1、能力2、能力3、能力5和能力6，詳見(jiàn)下表。以工程認(rèn)證為契機(jī)，對(duì)PLC課程的傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行全方位改革，將PBL模式運(yùn)用至實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生置身于解決問(wèn)題的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生在探索解決問(wèn)題的過(guò)程中，領(lǐng)會(huì)知識(shí)，加深了對(duì)知識(shí)的掌握。

3 基于PBL的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的目的是為了加深鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性和想象力。在西門(mén)子集成開(kāi)發(fā)軟件博途中設(shè)計(jì)完成特定任務(wù)的PLC程序，同時(shí)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的組態(tài)控制界面，以便進(jìn)行監(jiān)視及調(diào)試，最后將軟、硬件平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)這種方式來(lái)提高學(xué)生的工程實(shí)踐和綜合設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)項(xiàng)目主題為：無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)，以虛實(shí)相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)，模擬實(shí)物如圖1所示，控制器采用西門(mén)子S7-1214C可編程控制器。

功能要求：M1、M2、M3三個(gè)按鈕表示投入售貨機(jī)的人民幣面值，F(xiàn)G為貨幣值顯示，機(jī)內(nèi)有汽水（3元/瓶）和咖啡（5元/瓶）；當(dāng)貨幣指示燈F所顯示的值大于或等于汽水的價(jià)格時(shí)，可買(mǎi)指示燈A點(diǎn)亮，按下汽水購(gòu)買(mǎi)按鈕表示購(gòu)買(mǎi)，此時(shí)出貨指示C會(huì)點(diǎn)亮；當(dāng)貨幣指示燈G所顯示的值大于或等于汽水的價(jià)格時(shí)，可買(mǎi)指示燈A和B點(diǎn)亮，按下汽水或咖啡購(gòu)買(mǎi)按鈕表示購(gòu)買(mǎi)，此時(shí)出貨指示C或D會(huì)點(diǎn)亮；按下找零按鈕ZL，F(xiàn)和G清零，找零出口燈E點(diǎn)亮。按照設(shè)計(jì)的要求，繪制流程圖，在博途軟件中設(shè)計(jì)梯形圖程序，進(jìn)行模擬仿真調(diào)試。然后利用博途wincc搭建出自動(dòng)售貨機(jī)的人機(jī)界面，建立與變量之間的聯(lián)結(jié)，設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)及事件，將運(yùn)行系統(tǒng)與仿真器進(jìn)行聯(lián)調(diào)。最后連接硬件電路以部署控制程序。

相比于之前傳統(tǒng)的做法，學(xué)生們對(duì)于此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)表現(xiàn)出了濃厚的興趣。學(xué)生不像之前那樣，將設(shè)計(jì)好的程序下載至可編程控制器后，就只剩下連線了，設(shè)計(jì)的過(guò)程比較枯燥，學(xué)生們表現(xiàn)出來(lái)的積極性不高，大多數(shù)是抱著應(yīng)付，實(shí)現(xiàn)基本功能就可以了。而采用這種虛實(shí)結(jié)合的方式，學(xué)生們不光要完成功能程序的編寫(xiě)，還需要自主進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生可以加入很多創(chuàng)意的元素，設(shè)計(jì)出的界面呈現(xiàn)出各種各樣精美的畫(huà)面和動(dòng)畫(huà)，如圖2所示。

通過(guò)這種方式學(xué)生既可以很好地掌握程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法、步驟、技巧，又熟悉了組態(tài)界面設(shè)計(jì)的能力，這也為即將走向工作崗位的畢業(yè)生在就業(yè)中提供幫助。除此之外，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)不能集中線下授課的情況時(shí)，采用這種方式，可以保障線上實(shí)踐教學(xué)的正常運(yùn)行。

實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核采用綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，具體做法是對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤、設(shè)計(jì)報(bào)告、項(xiàng)目演示和答辯，這樣可以全方位地對(duì)學(xué)生的實(shí)踐設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。課程完成后，對(duì)學(xué)生開(kāi)展了問(wèn)卷調(diào)查，以評(píng)價(jià)課程實(shí)際執(zhí)行的效果和收集學(xué)生們的反饋建議。其中核心能力培育的達(dá)成度調(diào)查如圖3所示，對(duì)標(biāo)課程關(guān)聯(lián)的5個(gè)核心能力培養(yǎng)，學(xué)生評(píng)價(jià)滿意及非常滿意在90%以上，說(shuō)明學(xué)生們對(duì)課程是很認(rèn)可的，成效也是很不錯(cuò)的。

結(jié)語(yǔ)

以IEET工程認(rèn)證來(lái)規(guī)范和提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，并細(xì)化、深入推進(jìn)課程教育教學(xué)改革以達(dá)成核心能力的培養(yǎng)。本文將PBL教學(xué)模式運(yùn)用于PLC課程的實(shí)踐教學(xué)中，運(yùn)用虛擬仿真和實(shí)物調(diào)試相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)出實(shí)踐設(shè)計(jì)的項(xiàng)目案例，這種方式極大地提高了學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的主動(dòng)性，增強(qiáng)了課程學(xué)習(xí)的趣味性，并從多維度全面對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果也說(shuō)明了這種方式的成效顯著。在總結(jié)課程改革的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)后，進(jìn)一步研究并將這種方式逐步推廣至諸如“單片機(jī)原理及接口技術(shù)”“電工與電子技術(shù)”“控制工程基礎(chǔ)”等課程教學(xué)中去。

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基金項(xiàng)目：2019年北京理工大學(xué)珠海學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于IEET認(rèn)證的《PLC原理及應(yīng)用》實(shí)踐教學(xué)的研究與探索”（編號(hào)：2019036JXGG）；2019年度廣東省校企合作協(xié)同育人項(xiàng)目“嵌入式、人工智能課程的實(shí)踐教學(xué)改革項(xiàng)目”（編號(hào)：PROJ1178609437968044032）；2021年廣東高校省級(jí)重點(diǎn)平臺(tái)及重大科研項(xiàng)目高等教育研究專項(xiàng)“基于‘IEET工程認(rèn)證’和‘課程思政’的《控制工程基礎(chǔ)》課程改革與提升的探索”（編號(hào)：2021GXJK179）

作者簡(jiǎn)介：唐偉杰（1982—?），男，湖南衡陽(yáng)人，碩士，北京理工大學(xué)珠海學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化學(xué)院副教授，主要從事控制理論及故障診斷領(lǐng)域的研究。