PLC可编程控制器课程信息化教学探析

PLC可编程控制器课程信息化教学探析

摘要:针对当前PLC可编程控制器课程的现状及特点,基于西北大学校级精品在线开放课程项目,依托SPOC平台对该课程的信息化教学改革进行了研究与探索,围绕教学模式与方法、教学组织和实施、考核评价体系等方面的内容进行阐述,以建立理论知识与工程实践的连接桥梁,形成以学生为中心的高效知识传递,提升学生的综合能力和专业自信。

关键词:信息化;SPOC;可编程控制器

随着“互联网+”模式在中国的迅猛发展,高等教育的教学理念和教学模式正在发生深刻的变革。2019年政府工作报告中明确提出发展“互联网+”教育,这一举措体现出通过教育信息化推动教育现代化的前瞻性[1]。同年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《加快推进教育现代化实施方案(2018-2022)》,“方案”中提出“大力推进教育信息化”“着力构建基于信息技术的新型教育教学模式、教育服务供给方式以及教育治理新模式”。PLC(ProgrammableLogicController)可编程控制器是将自动控制技术、计算机技术和通信技术集于一体的控制设备,现已成为工业自动化领域的三大支柱产品之一。PLC可编程控制器作为机械类、控制类、化工类等专业重要的一门专业课程,具有理论性强、实践性强的特点[2],既要求学生具备良好的逻辑思维能力和实践应用能力,同时要求教师将课堂知识与工业生产过程有机结合。将信息技术与教学过程深度融合,利用信息技术开展教学模式和方法的改革,对教学产出和人才培养具有重要意义。

1PLC可编程控制器教情学情分析

现阶段,PLC课程普遍采用理论教学与课程实践相结合的教学模式。以西北大学化工学院PLC可编程控制器课程为例,总学分1.5分,合计36学时,其中理论教学20学时,课程实践16学时,理论教学开展地点为教室,实践教学开展地点为自动控制实验室。通过跟踪近三年教师授课和学生学习过程发现,该门课程在教学过程中仍需改进之处表现在:第一,学生在学习该门课程前,已学习电工与电子技术、化工仪表及自动化、过程装备控制技术及应用等先修课程,后期学生还将整合所学专业知识,应用于过程控制专业实验。在教学过程中发现,学生所学知识较为零散,缺乏对于控制相关课程知识的融会贯通。第二,因受教学场地限制,理论讲授与实践环节相对独立。理论教学集中在教室讲授,实践环节穿插进行,虽然已在一定程度上确保学生将所学理论知识进行应用验证,但由于课程理论知识相对抽象,每名学生对于知识的接受程度不同,学生无法在学习理论知识的同时,第一时间进行实践融合。第三,受到课时限制,教师在进行课程讲授时往往只能取其精华,无法进行全面、充分地阐述,学生也无法在有限的课堂时间内消化吸收所有课程内容,需要学生课后进行自我补充与提升,但随着专业改革,学生所学课程门数较多,导致学生无法将课后时间过多地集中在一门课程的学习上,课外投入的时长相对较少,无法深入地理解与应用所学知识。第四,该门课程具有很强的实践性,要求学生具有将理论与实践结合的能力[3],所以考核学生的实践应用能力是一项非常重要的指标,考核范畴应包含逻辑思维、规范编程、硬件操作等内容。目前考核形式构成中的期末闭卷考试占比较高,过程考核占比较低,且过程考核中多数以学生到课率及日常作业完成情况为主,实践应用能力的体现相对较弱,需根据课程实际情况进行一定的调整。

2基于SPOC的课程信息化教学改革

SPOC平台针对高校学生开设,将课堂教学与在线教学模式混合,通过针对性较强的在线教学资源,实现翻转课堂教学。SPOC在线学习的方式已经跳脱复制课堂课程的教学过程,创造出一种灵活有效的教学模式,创新教学模式,提升教学质量[4]。PLC课程依托这一平台,提出了课程改革新的方向。

2.1总体改革原则及方案

针对前述教学过程中仍需改进之处,依托西北大学精品在线开放课程项目“PLC可编程控制器”,通过SPOC平台对课程模式、教学组织、课程评价等方面进行信息化教学改革,创新教学模式和方法,进一步帮助学生建立完备的知识体系,提升学生实践能力和专业自信。总体改革方案如图1所示。利用SPOC平台建立理论与实践连接的桥梁。依托“西北大学校级精品在线课程建设项目”,构建PLC可编程控制器课程SPOC平台。前中后期三个阶段建设,突出课程重点,实现课程资源开放共享,串联理论知识和实践操作。学生可通过SPOC平台对所学课程进行重复学习,强化巩固对知识点的记忆,更好地掌握课程知识。以学生为中心实现知识的高效传递。充分利用SPOC平台为学生提供充足的学习资料,强化学生的主观能动性。学生在自主学习的过程中发现问题,并向教师和同学交流反馈,教师根据学生反馈情况进行有针对性的强化讲解和训练。同时,由学生自发或邀请行业系友共享学习资料,实现知识高效传递[5]。先后修内容贯通,有效串联知识点。利用SPOC平台引入先修知识,帮助学生夯实理论基础,缩小学生之间基础知识掌握的差异,在有限的理论学时内帮助学生快速进入专业状态。同时,适当引入后修知识以及工程案例,让学生了解本门课程与后修课程之间的关系,综合运用以解决实际工程问题,从而激发学生的积极性。利用大数据分析强化过程考核占比。通过学习平台的大数据统计功能将随堂测试、课堂签到、学习完成度、作业完成度、话题讨论等形式和环节进行量化,作为考核与评价标准,全程跟踪学生的学习状况。同时,根据数据反馈信息为不同层次的学生制定差异化学习方案。

2.2方案的组织和实施

基于前述原则和方案,将信息化教学与课堂教学优势相结合,利用“线上+线下”混合教学模式,通过“课前+课中+课后”三个阶段开展教学改革,以学生为主体开展各项教学工作[6],激发学生学习热情及自主性,更好地将理论与实践相结合,从而改善教学效果,提升教学质量。如图2所示,具体如下:课前阶段,制定课程任务、课程资源。课前由教师在SPOC平台课程任务、授课课件、课程视频以及辅助学习资源。学生与学生、学生与教师间进行讨论,提前预习,学生在具有交互性、共享性、开放性、协作性和自主性的优良环境下进行自主学习,提高学习效果。课中阶段,讲解重点知识,串联理论实践。教师根据课前的线上反馈,在线下的教学过程中提供重点知识讲解。学生基于线上的知识点学习和线下教师的重点讲解,自由讨论,梳理编程逻辑,规范编写程序。教师提供规范操作视频,学生确认程序逻辑和规则无误后,在实验台进行验证。教师根据学生课堂反馈,一方面对本堂课的重难点进行强化讲解,另一方面对学生普遍存在的问题和典型问题分别总结并进行讨论。通过翻转课堂的形式,提高学生的学习兴趣与教学质量。课后阶段,习题提交解答,知识强化巩固。学生在完成学习任务后,教师根据后台数据统计和学生作业情况,发现存在的问题,了解学生对知识点的掌握情况。对习题完成情况进行总结并在线反馈给学生,增加学生在学习过程中的参与程度,提高互动性。学生在课后可借助课程SPOC平台对所学知识进行重复学习及巩固,强化理解,加深记忆。此外,通过在线设计任务实例,学生将所学知识进行设计,更好地培养理论与实践相结合的能力。

2.3考核评价体系的改革

伴随着前述PLC课程改革的组织实施,考核评价体系需配合进行一定的调整[7]。原有的考核评价体系和改革后的考核评价体系分别如表1和表2所示。如表1所示,原有的考核体系主要以期末闭卷笔试为主,一定程度上不能充分反映出学生对知识运用的能力[8]。使用如表2所示的改革后考核评价体系进行考核,一方面通过加大过程考核环节的形式和占比,全方面跟踪学生的学习情况;另一方面通过加大实操过程考核,更好地帮助学生将课堂所学和实践应用相结合。

3结语

通过基于SPOC平台的PLC课程的信息化教学改革,能够更好地提升该门课程的教学质量,培养学生的专业能力,使该门课程具有“四个一”的特点。第一,打造一个SPOC课程信息化平台。依托西北大学校级精品在线课程建设项目,打造“PLC可编程控制器”SPOC平台,为本课程的教学改革奠定良好的基础,提供有力的保障,建立理论和实践连接的桥梁。第二,形成一个“线上+线下”的混合教学模式。通过网络信息化方式,将线下课堂教学与线上网络资源充分结合,实现在课前、课中、课后全方位的交流互动,为学生提供充足的学习资源,培养学生自主学习的能力,提高学生的学习兴趣,将有限的课堂空间和时间充分延伸,全面提高教学质量。第三,实现一个共享开放、交互自主的教学目标。利用互联网信息时代的特点,为学生提供了一个共享开放的学习空间,学生可以根据自身学习特点及学习情况进行有重点的学习。师生的互动不再局限于课堂教学,可以借助网络教学平台进行实时交流,使学习中遇到的问题得到及时解决。第四,培养符合工业生产自动化要求的学生。借助于信息化教学平台,学生通过动态演示、现场实践、互动讨论、在线测试等线上和线下学习方式,利用所学知识进行一些实际案例的设计,将理论运用于实践,为今后从事相关行业打下良好的基础。

作者:杨阳 滕海鹏 裴梦琛 王怡 单位:西北大学化工学院