基于成果導(dǎo)向的“可編程控制”實訓(xùn)課程的研究

王杏進，何 瑩

（韶關(guān)學(xué)院 物理與機電工程學(xué)院，廣東 韶關(guān)512005）

成果導(dǎo)向教育作為教育改革的先進理念，在美、英等國歷經(jīng)20多年的理論研究和實踐探索，形成了較為完備的理論體系，在各國的教育改革實踐中不斷豐富完善［1］。隨著我國正式成為工程教育認證專業(yè)協(xié)議“華盛頓協(xié)議”的成員國，成果導(dǎo)向教育的教育理念也逐漸被國內(nèi)的工科院校所認同，工程認證也成為工科專業(yè)實現(xiàn)國際互通的一個有效途徑［2］。以自動化專業(yè)“可編程序控制”實訓(xùn)課程為例，采用基于成果導(dǎo)向的理念進行教學(xué)改革，取得良好的效果。

一、傳統(tǒng)可編程控制器及實訓(xùn)課程教學(xué)存在的問題

在工業(yè)現(xiàn)場的大型控制系統(tǒng)中，PLC是被廣泛選擇的控制方式，為此自動化專業(yè)將可編程控制及實訓(xùn)課程設(shè)置為專業(yè)必修課，并安排了充足的課時：理論課52學(xué)時，實訓(xùn)課48學(xué)時。實訓(xùn)課的教學(xué)目的是要求學(xué)生將理論應(yīng)用于實踐，培養(yǎng)學(xué)生用PLC控制器控制實際工業(yè)對象，完成設(shè)計調(diào)試流程。

傳統(tǒng)的實訓(xùn)課開設(shè)流程是：先給出確定的設(shè)計對象和要求，再指導(dǎo)學(xué)生完成程序設(shè)計和仿真，最后在實驗箱上完成效果驗證。這種方式存在以下幾方面問題：

首先，實驗設(shè)備簡單，可擴展的選題有限，無法滿足不同層次設(shè)計和實驗。實驗箱只能提供基本的控制功能調(diào)試和驗證，無法讓學(xué)生面向一個完整工業(yè)控制系統(tǒng)，形成系統(tǒng)級設(shè)計思想，實現(xiàn)從工程建立、設(shè)計、調(diào)試、運行和維護過程的訓(xùn)練。

其次，教學(xué)方法單一。實訓(xùn)執(zhí)行中，教師分階段填鴨式地指導(dǎo)，學(xué)生按部就班設(shè)計，完全依賴課堂時間。不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生被一視同仁，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

最后，評價體系簡單，效果不理想。課程結(jié)束時，學(xué)生只需要在實驗箱完成設(shè)計效果驗證，并完成實訓(xùn)設(shè)計報告，即可以通過考核。這種評價方式已經(jīng)不適合新工科環(huán)境下的要求。

針對以上存在的問題，提出基于面向成果導(dǎo)向的課程教學(xué)改革。

二、成果導(dǎo)向的理論依據(jù)

成果導(dǎo)向教育由美國社會學(xué)家和教育家斯派蒂提出，其前提是“所有的學(xué)生均能學(xué)習(xí)并獲得成功”［3］，以學(xué)生為本的教育理念強調(diào)教學(xué)設(shè)計、教學(xué)活動等教學(xué)實踐都聚焦于學(xué)生接受教育后獲得的學(xué)習(xí)成果；教學(xué)實施應(yīng)以學(xué)生為中心，制定多元的個性化學(xué)習(xí)需求和教學(xué)策略；根據(jù)學(xué)生的特質(zhì)和個體差異，制定個性化的評價等級，適時評價和反饋，準確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時修正教學(xué)設(shè)計與內(nèi)容，幫助學(xué)生獲取良好的學(xué)習(xí)體驗，在成功的學(xué)習(xí)中獲得成功，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性［2］。

成果導(dǎo)向教育的核心要素包括以學(xué)生為中心，其關(guān)鍵步驟為：確立可以清楚表達和測評的學(xué)習(xí)成果；構(gòu)建教學(xué)的課程體系；規(guī)劃教學(xué)策略；建立自我評價參考體系；目標達成的檢驗［3］。

三、基于成果導(dǎo)向教育理念的可編程實訓(xùn)課程教學(xué)改革的具體實施

成果導(dǎo)向教育是一個結(jié)構(gòu)模型，用于組織、實施和評估以預(yù)期學(xué)習(xí)成果為中心的教育。實施成果導(dǎo)向教育教育模式主要有四個步驟：確定學(xué)習(xí)成果、實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果、評估學(xué)習(xí)成果和使用學(xué)習(xí)成果，涵蓋了規(guī)劃、實施、檢查和行動的四個要素［4］。為此對PLC實訓(xùn)課程提出五步走的教學(xué)實施流程，如圖1所示。

圖1 基于成果導(dǎo)向教育理念的“PLC”實訓(xùn)課教學(xué)流程

第一步是設(shè)定預(yù)期學(xué)習(xí)成果。學(xué)生在學(xué)習(xí)“電氣及可編程控制器”課程時，就表現(xiàn)出強烈的學(xué)習(xí)興趣，但是因為PLC實訓(xùn)課的選題面廣泛，對實驗設(shè)備要求度高，因而在基于成果導(dǎo)向教育模式下確定教學(xué)目標，突出學(xué)生為主、教師為輔，培養(yǎng)學(xué)生建立起面向工業(yè)現(xiàn)場的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和能力。為此在2017級課程標準上就明確有：（1）知識與能力培養(yǎng)。《可編程控制器》的基本理論和編程知識能在實訓(xùn)中靈活掌握；實訓(xùn)能夠?qū)⒄n程理論與工業(yè)實際相結(jié)合，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。（2）改進教學(xué)方法。教學(xué)過程可選面向工業(yè)實際的系統(tǒng)分析和設(shè)計，采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，以學(xué)生作為實訓(xùn)設(shè)計的主體，以實現(xiàn)教學(xué)目標，完成系統(tǒng)分析設(shè)計為指導(dǎo)原則，培養(yǎng)學(xué)生建立團隊合作的精神，自主學(xué)習(xí)，互相探究，完成實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計要求。

第二步是合理地構(gòu)建教學(xué)體系。為達成教學(xué)目標，在新課程標準中對實訓(xùn)前沿課程進行合理的調(diào)整和增減：比如“模擬電路”，“數(shù)字電路”公共基礎(chǔ)課程課安排在一年級；“電機拖動”，“自動控制”專業(yè)基礎(chǔ)課程安排在二年級；“可編程序控制器”課程安排在三年級上學(xué)期，讓學(xué)生熟悉PLC的基本工作原理和設(shè)計方法，并在實驗箱上完成簡單的電路和功能設(shè)計。為實現(xiàn)教學(xué)目標，實驗室還購置了模擬工業(yè)現(xiàn)場的機械手自動分揀系統(tǒng)、器件分類自動倉儲控制系統(tǒng)、自動恒壓供水系統(tǒng)、自動乒乓球控制系統(tǒng)作為實訓(xùn)選題。讓學(xué)生全面熟悉和了解系統(tǒng)的完整設(shè)計，從硬件平臺構(gòu)成，到系統(tǒng)運行的基本設(shè)計要求，到系統(tǒng)功能的設(shè)計、實現(xiàn)、調(diào)試和維護。而在大四的專業(yè)實習(xí)中，安排學(xué)生去企業(yè)現(xiàn)場學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)的運行和維護，在工業(yè)現(xiàn)場進一步學(xué)習(xí)和提升。有了這樣的教學(xué)體系，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握這門課程。

第三步是規(guī)劃教學(xué)策略上，以學(xué)生為核心，以自學(xué)，同學(xué)間互相探討，教師監(jiān)督輔導(dǎo)為教學(xué)策略。在實訓(xùn)課程開展之初，將學(xué)生分成若干小組，選擇不同控制系統(tǒng)作為實訓(xùn)選題，確定系統(tǒng)運行基本設(shè)計要求。接下來課程重點則轉(zhuǎn)向?qū)W生：學(xué)生自主查詢資料，小組成員互相討論，組建的團隊成員分工合作，定方案，寫程序，做仿真，現(xiàn)場調(diào)試，按部就班開展實訓(xùn)設(shè)計。有了具體設(shè)計對象，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性空前高漲，為方便全體學(xué)生，實驗室面向?qū)W生開放，方便學(xué)生在不同設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力。整個實訓(xùn)過程教師的職責(zé)則只是提點思路，安排進度，監(jiān)督安全。

第四步是評價體系的建立。面向成果導(dǎo)向的評價工作，應(yīng)該關(guān)注學(xué)生實訓(xùn)過程，關(guān)注學(xué)生的成長，必須要有一個規(guī)范合理的評價體系來做評判。為此以培養(yǎng)學(xué)生的能力，關(guān)注學(xué)生成長的評價體系分三方面進行考核評價：（1）學(xué)生必須完成并提交實訓(xùn)報告，實訓(xùn)報告的完成情況可以考核學(xué)生的態(tài)度和思路，以及總結(jié)和收獲；（2）實訓(xùn)的不同階段，都有分階段的檢測和考核報告，教師也會不定期的抽查設(shè)計進度，評定出平時成績；（3）最后還提出了一個模擬工程師的考核環(huán)節(jié)來檢驗設(shè)計成果。具體方法是：規(guī)定考核時間兩個小時，教師給出不同設(shè)計選題，題目涵蓋PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、維護、調(diào)試、檢測等不同環(huán)節(jié)的相關(guān)問題。學(xué)生現(xiàn)場抽取一個，在規(guī)定時間內(nèi)完成系統(tǒng)程序設(shè)計，硬件電路的調(diào)試和運行結(jié)果的分析和說明。按照學(xué)生在現(xiàn)場設(shè)計完成的效果給出最終考核成績。將這三方面成績加權(quán)求和才最終確定這門課程的得分，客觀公正而全面。關(guān)鍵是真正做到了以培養(yǎng)學(xué)生能力為目的，關(guān)注的是學(xué)生的成長。

第五步是檢驗實訓(xùn)效果。實踐是檢驗真理的唯一標準。所以將學(xué)生投身到工業(yè)現(xiàn)場去檢驗，才可以判別整個實訓(xùn)教學(xué)是否達到了預(yù)期的目標。為此利用假期和學(xué)生的專業(yè)實習(xí)期，推薦學(xué)生到工礦企業(yè)，讓他們在工業(yè)現(xiàn)場去豐富和檢驗自己所學(xué)知識。從企業(yè)反饋的實習(xí)鑒定表可以看出，學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力普遍不錯，而且上線時間快，頗受用人單位歡迎。

四、結(jié)語

從教學(xué)改革后的學(xué)生完成考核效果來看，指標比率在提升。這個學(xué)期課程的考核方式是給出8個面向?qū)嶋H控制系統(tǒng)的設(shè)計選題，分別涵蓋了PLC設(shè)計的各個方面：基本控制程序的設(shè)計，PLC之間的相互通訊實現(xiàn)；PLC與變頻器，PLC與觸摸屏之間的通訊，PLC的工程實現(xiàn)和維護。學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)按照要求完成設(shè)計并調(diào)試系統(tǒng)完成規(guī)定操作，有30%的同學(xué)可以非常熟練地完成任務(wù)，全班有80%的同學(xué)在規(guī)定時間內(nèi)能完成設(shè)計要求，只有不到20%的同學(xué)需要延長時間才能完成任務(wù)。全班同學(xué)都具備了PLC基本的設(shè)計和調(diào)試能力，效果明顯。

基于成果導(dǎo)向教育理念的可編程控制實訓(xùn)課程的教學(xué)方法，以學(xué)生實現(xiàn)目標達成為指導(dǎo)，采用以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體開展實訓(xùn)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)討論，并引入合理的考核體系，實現(xiàn)人人都必須動手進行，個個必須達到目標。此方法在今后的教學(xué)中還可以不斷進行完善。