基于專業(yè)認證的“機床電控及PLC”課程改革

石秀敏 鄧三鵬 劉朝華 王鈺

摘要：在職業(yè)技術師范教育認證背景下，對職業(yè)技術師范類專業(yè)的“機床電控及PLC”課程進行深入探究，分析當前課程教學存在的問題，依據(jù)師范教育認證理念設計課程教學改革方案，開展教學實踐活動，力求充分發(fā)揮教學改革對教學質(zhì)量提升的促進作用，為職業(yè)技術師范類專業(yè)的課程改革提供有益借鑒。

中圖分類號：G712 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1672-5727（2022）03-0071-07

為貫徹黨的十九大精神，有效提升職業(yè)教育教師的教學能力，2019年，教育部印發(fā)了《職業(yè)技術師范教育專業(yè)認證標準》（以下簡稱《認證標準》）。《認證標準》指出“以學生為中心、以產(chǎn)出為導向、持續(xù)質(zhì)量改進”為三大認證理念，其中課程設計與教學是專業(yè)認證的重要基礎，能充分體現(xiàn)國家對專業(yè)人才培養(yǎng)體系建設和運行過程中的質(zhì)量要求。同時，課程建設也是專業(yè)建設的核心要素，對畢業(yè)要求具有非常重要的支撐作用。專業(yè)認證過程一是關注課程對畢業(yè)要求的支撐情況，二是關注課程教學對畢業(yè)要求的落實情況，三是關注課程與教學的評價及改進情況?！墩J證標準》的頒布，為職業(yè)技術師范教育專業(yè)課程改革提供了新思路。在諸多職業(yè)技術師范教育專業(yè)課程中，“機床電控及PLC”課程是一門能有效提升學生工程思維能力的重要實踐課程[1-2]，但是，目前“機床電控及PLC”課程教學面臨著教學方式較為單一、教學內(nèi)容設計不夠科學合理等問題[3]，亟需對課程的教學目標、教學內(nèi)容、教學方法及教學評價等進行改革。因此，將教學實踐內(nèi)容與職業(yè)技術師范教育認證理念深度融合，合理安排教學改革各個環(huán)節(jié)，對于提升“機床電控及PLC”課程的教學質(zhì)量意義重大。

一、“機床電控及PLC”課程教學改革思路

三大認證理念是貫通于職業(yè)技術師范類專業(yè)整個教學過程中的行動指南，為“機床電控及PLC”這類機電技術教育專業(yè)課程的改革指明了方向[4-5]。

（一）以學生為主體，設計課程教學模式

《認證標準》指出，“以學生為中心”的認證理念是在教學模式轉變過程中逐步形成的[6]。就本質(zhì)而言，“以學生為中心”教育理念的產(chǎn)生，是“中心點”轉變，也是教師工作重點的轉變[7-10]。因此，在進行“機床電控及PLC”課程改革時，教師需緊緊圍繞“以學生為中心”這一理念推進課程改革。第一，引導學生樹立積極、正面的價值觀。遵循“滿足學生發(fā)展需求為目的”這一原則進行教學模式設計，為“機床電控及PLC”此類實用性課程的學習者樹立價值理念，進而為機電技術教育專業(yè)培養(yǎng)具有較高綜合素質(zhì)的專業(yè)化人才提供“風向標”。第二，挖掘學生學習興趣。教師充分運用“教育者—受教育者”雙主體的教學方式，激發(fā)學生潛能并充分挖掘學生對“機床電控及PLC”課程的學習興趣[11-13]。相關研究發(fā)現(xiàn)，影響學生學習心態(tài)的關鍵因素是學生對課程感興趣的程度以及其對學習目標明確的程度，可見，在教學過程中，教師利用雙主體教學模式與學生形成良好的互動關系極其重要。因此，教師應針對教學內(nèi)容與學生的實際學習情況，與學生積極開展交流與討論，為學生營造一個輕松活躍的學習環(huán)境，使學生的學習效果得到顯著提升。

（二）以產(chǎn)出為導向，設定課程教學目標

“產(chǎn)出導向”是將重心放到學生畢業(yè)后“能做什么”的問題上。具體而言，從目標制定應遵循的原則方面來看，“產(chǎn)出導向”強調(diào)以逆向思維推演的方式制定目標，使不同層級目標間呈逐層遞進關系，并形成相互支撐的目標體系[14]。從目標設計的具體要求方面來看，所設計的目標能足以支撐機電技術教育專業(yè)人才培養(yǎng)目標，并能夠達到師范生畢業(yè)要求，具體表現(xiàn)在以下幾方面：第一，明確人才培養(yǎng)目標和資源配置。課程教學目標設計應在本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標以及資源配置基礎上進行。人才培養(yǎng)目標為資源配置提供方向，課程資源配置為課程目標的完成提供保障，二者相互依存、相互聯(lián)系?？梢?，只有通過本專業(yè)人才培養(yǎng)目標以及資源配置的合力支撐，才能促使課程目標得以實現(xiàn)。第二，開展深入調(diào)研。調(diào)研是制定課程目標的前提基礎，教研組應對機電技術教育專業(yè)的教師教學和學生學習方面的需求進行深入調(diào)研，結合“機床電控及PLC”課程教學目標，明確學生在畢業(yè)后需具備的專業(yè)素養(yǎng)和能力，有效支持目標“產(chǎn)出導向”。第三，保證目標可測量性和可操作性。教師應設計實踐性、操作性較強的“機床電控及PLC”課程教學目標。如運用“了解”“掌握”“運用”等可視化動詞，將學生應獲取的能力充分體現(xiàn)在課程教學目標表述中，便于教師更加客觀且準確地評價學生學習效果，并及時有效地解決學生面臨的學習困境。

（三）以持續(xù)改進為宗旨，優(yōu)化課程教學評價

“持續(xù)改進”這一認證理念強調(diào)教學評價在教學改革中的重要地位，形成“開展評價—及時反饋—持續(xù)改進”的閉環(huán)教學改進流程[15]。第一，開展評價。在課后，教師應針對學生整體學習效果進行全面且客觀地評價，將過程性評價方式與終結性評價方式相結合，從多方面客觀地認識自身在教學方面存在的優(yōu)勢與不足。第二，及時反饋。及時反饋是“機床電控及PLC”課程教學評價體系構建和改進的連接主線。課前、課中和課后階段，教師應進一步明確學校和學生等反饋主體的作用，全方位地了解自身教學能力強弱、學生是否獲得既定知識與技能、學生學習任務完成情況等重要反饋信息。第三，持續(xù)改進。在已獲取評價和反饋信息基礎上，教師應從多方面剖析學生項目完成情況，進而掌握學生的學習效果。同時，需要對教學過程中出現(xiàn)的各類問題進行歸納、整合并提出解決方案，及時解決學生的學習問題，并給出課程開展的具體規(guī)劃方案。

二、“機床電控及PLC”課程教學改革內(nèi)容

（一）教學目標和內(nèi)容設計

1.教學目標設計

以立式四方刀架學習任務為例。該任務的學習目標分為四個部分：一是初步認識刀架機械結構;二是描述刀架機械運作的規(guī)律;三是掌握刀架電氣控制電路的具體連接方式;四是分組探究刀架部分的CNC參數(shù)配置方式。

2.教學內(nèi)容設計

為了將“機床電控及PLC”課程的“機床電控”環(huán)節(jié)及“PLC”環(huán)節(jié)兩部分內(nèi)容實現(xiàn)前后關聯(lián)，分別用電氣控制情境、PLC情境以及機床電氣情境進行控制。因此，將“機床電控及PLC”劃分為電氣控制情境、PLC控制情境以及機床電氣控制情境三部分，具體項目設計應盡量貼近數(shù)控機床的實際控制過程，并將各個項目與零散的知識點相融合。課程教學項目如圖1所示。

（二）教學環(huán)節(jié)設計

“機床電控及PLC”屬于實操性很強的課程，要求學生具備一定的抽象思維能力和動手操作能力。當前，部分機電技術教育專業(yè)教師還是運用傳統(tǒng)教學思維方式設計課程教學環(huán)節(jié)，導致課程實踐環(huán)節(jié)只是流于形式。具體而言，傳統(tǒng)課程教學中的課內(nèi)實踐部分只是例子的簡單驗證，學生不需要動手操作連接電路，僅需完成實驗報告即可。忽略了職業(yè)教育中“以學生為中心”的教學理念，不利于實現(xiàn)機電技術教育專業(yè)的人才培養(yǎng)目標。因此，“機床電控及PLC”課程專業(yè)教師，應將項目實施作為貫穿課程內(nèi)容的主線，設計并實施“教學做”一體化教學環(huán)節(jié)。第一，教師應擔任學生的引導者這一角色，將學生以5人為一組進行學習小組劃分，由小組長帶領組內(nèi)成員有序地開展項目研究。與此同時，在項目開展過程中教師還應將教學內(nèi)容引入項目中，使教學內(nèi)容與課程實踐充分結合。第二，以“教育者引導—學習者主體”的教學模式開展實驗實訓環(huán)節(jié)，使學生分析和解決問題的能力得到顯著提升。另外，在實踐教學過程中，教師應依據(jù)循序漸進的原則，安排實訓課程內(nèi)容，并基于學生已有能力，有序推進教學進程。第三，以任務驅動式教學法為主要教學模式。首先，教師應借助機電技術教育實訓室，為開展項目式課程教學提供適合的教學環(huán)境。其次，創(chuàng)設企業(yè)職業(yè)模擬情境類學習氛圍，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。最后，每個學習小組都應嚴格按照任務的“導入—承接—籌劃與決策—實施—評價”的實施環(huán)節(jié)展開。具體而言，教師需為學生布置任務，待學生承接任務后，以小組為單位展開資料查閱和討論環(huán)節(jié)，逐步推進項目任務，直至學生完成工作任務后，以報告或討論的形式進行個人和小組總結，最終由教師進行任務總結與任務評價。

（三）教學評價設計

傳統(tǒng)的“機床電控及PLC”課程評價方式是以筆試考試為主，實踐考試及平時表現(xiàn)考核為輔。這導致學生只是單純地掌握了PLC指令、電氣線路控制模塊等相關理論知識，而未形成電路故障排除等相關實操能力，因此，改革“機床電控及PLC”課程的考核評價方式勢在必行?！皺C床電控及PLC”課程的成績評價應由單項考核和綜合考核組成。單項考核占總成績的70%，且每項考核內(nèi)容與課程內(nèi)容及教學培養(yǎng)目標一一對應。此外，教師應采用學生個人評價和小組評價相結合的評價方式，對學生的協(xié)作能力、實踐操作能力和創(chuàng)新能力進行過程性評價考核。課后，進行綜合測評，具體考核內(nèi)容主要由實踐考核、提交報告和答辯三部分組成。考核完成后再由教師給出總結性評價意見。

三、“機床電控及PLC”課程教學改革實踐

（一）制定教學目標

根據(jù)機電技術教育專業(yè)畢業(yè)要求，從知識獲取能力角度出發(fā)，對“機床電控及PLC”課程教學大綱進行修訂。在新修訂大綱基礎上確定5個課程目標，分別為：課程目標1是了解低壓電氣元件的構造、運行規(guī)律及特性;課程目標2是把握繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的研究和設計方式;課程目標3是把握PLC的運作結構與原理，掌握系統(tǒng)硬件配置及基本指令含義;課程目標4是掌握PLC控制系統(tǒng)的基本分析方法及用PLC指令進行程序設計方法;課程目標5是熟練把握STEP7—Micro/WIN編程軟件的應用及設計方法，可依據(jù)電氣控制系統(tǒng)運作機理及PLC基礎知識對控制系統(tǒng)進行簡單地連接與調(diào)試。在此基礎上進一步分解出機電技術教育專業(yè)知識和能力畢業(yè)要求的5個指標點。課程達成目標與畢業(yè)要求達成指標點的對應關系如表1所示。

（二）修訂教學內(nèi)容

“機床電控及PLC”課程應從以下幾方面對整體內(nèi)容進行修訂：一是課程目標方面。明確課程作用定位，更新課程標準。二是教材內(nèi)容方面。與工學結合單位合作，編制偏向于運用情景教學模式的教材內(nèi)容，使教材內(nèi)容設計與職業(yè)院校機電技術教育專業(yè)學生的學習需求相匹配。三是教學資源方面?；跈C電技術教育專業(yè)課程特點及學校實訓環(huán)境，開發(fā)科學的教材、教案和課件。四是教學模式方面。教師應利用“線上課程+線下講座”相結合的學習模式，設置教學內(nèi)容和安排教學環(huán)節(jié)。

針對“機床電控及PLC”課程的部分內(nèi)容，應從以下兩方面進行修訂：一是完善學習任務體系。首先，將使用與維修電控設備的崗位實體作為教學內(nèi)容的承載主體;其次，將原電氣控制基礎知識融入到多種載體中;最后，增設電氣控制電路零部件故障排查方式新內(nèi)容。二是優(yōu)化教材內(nèi)容。首先，電氣控制及PLC編程內(nèi)容的編排遵循自上而下的復雜程度遞增規(guī)律;其次，在多種學習情境中，各工作任務所涵蓋的知識點和實踐技能難度呈遞增趨勢;最后，將常用電器、機床電器、S7-200系列作為課程內(nèi)容載體，依據(jù)由易到難的教學原則，開發(fā)3個學習情境。這些學習情境包括9個典型工作任務，每個工作任務與圖1中課程各部分內(nèi)容情境的項目劃分相對應，如表2所示。

（三）融入課程思政

為實現(xiàn)全方位人才培養(yǎng)目標，高職院校教師應將課程思政元素融入專業(yè)課程教學中，幫助學生在學習過程中樹立正確的三觀。因此，深入挖掘“機床電控及PLC”課程中的思政元素，找尋課程思政元素切入點，設計“機床電控及PLC”課程思政，對于提高課程思政的時效性以及思想引領作用具有重要意義。

1.挖掘課程思政元素

結合習近平新時代“五位一體”總體布局思想，挖掘“機床電控及PLC”課程思政元素，如圖2所示。

2.設計課程思政元素的切入點

結合圖2中的課程思政元素，以“機床電控及PLC”課程中的常用低壓電器章節(jié)為例，將課程思政元素融入到具體的課程教學中。具體思政元素切入點以及融入路徑說明如表3所示。

（四）改革教學方法

教師應采用基于“任務驅動式+翻轉課堂”一體化教學方法，開展“機床電控及PLC”課程改革。課前，教師應利用任務頁及線上資源，引導學生完成課前預習。課中，教師應通過提問式教學法，充分激發(fā)學生的學習積極性，不斷培養(yǎng)學生的思考能力與溝通交流能力。課后，教師應引導學生進行自我反思，促使其不斷總結學習經(jīng)驗。另外，教師還應給予學生一定的反饋，使學生及時意識并改正自身存在的問題。基于上述改革措施最終形成“課前—課中—課后”的閉環(huán)教學活動流程，如表4所示。

（五）改革考核方式

“機床電控及PLC”課程注重過程性考核，重點在于考核學生運用工程思維解決問題的能力。這一課程的考核成績分為兩部分：一部分為平時考核、實驗考核以及任務完成情況的考核成績，占總成績的30%;另一部分為期末考試成績，占總成績的70%。此種考核方式雖可反映出學生的基礎知識掌握情況，但對于提高學生實踐創(chuàng)新能力方面的作用并不顯著。為解決這一問題，教師應將課程考核總評成績設置為線上學習成績（20%）、課堂表現(xiàn)（30%）以及考核成績（50%）的總和。

第一，線上學習成績。包括視頻學習進度、知識測試以及作業(yè)三項內(nèi)容的考核之和。教師通過各種方式激勵學生積極主動地進行線上學習，實現(xiàn)提前了解課程基本內(nèi)容的目的。該項考核的完成難度較低，且不確定性因素較多。如雖然教師可通過學習后臺對學生線上學習情況進行實時監(jiān)管，但學生線上學習真實情況難以進行客觀評判，因此該項成績僅占總評成績的20%。

第二，課堂表現(xiàn)。包括學生線上學習的知識掌握程度（占此部分的30%）、課堂提問及分享成績（占此部分的30%）、實驗成績（占此部分的40%）三部分內(nèi)容。其一，實現(xiàn)線上課程知識掌握程度的考查，應先對學生線上學習內(nèi)容、教師提問的基本知識點幾方面進行考查。具體核算方式為：每名學生每學期須自主提出或分享問題講解三次以上，取平均分作為該項最終得分。其二，課堂提問及分享成績是由學生回答課堂擴展性問題、分享實驗過程和結果兩部分內(nèi)容組成，該成績按小組給定。核算方法為每個小組每學期至少回答和分享5次，將5次分數(shù)的平均值作為最終考核成績。其三，實驗成績由小組給定，根據(jù)每節(jié)課實驗結果和擴展性實驗完成度進行打分，課程結束后的實驗總成績的平均分做為實驗成績。

第三，考核成績。包含兩部分，分別為理論考核（占此部分的40%）與實踐考核（占此部分的60%）成績。理論考核方式以開卷考試為主，且這一考核方式將擴展性內(nèi)容作為重點考核內(nèi)容。實踐考核是教師設定15個不同的PLC項目，學生通過隨機抽取題目的方式，在要求期限內(nèi)完成項目任務，包括外部電路繪制、I/O分配、程序編輯與調(diào)試?？傮w而言，此種考核方式能夠有效提升學生的實踐能力。

（六）課程評價與持續(xù)改進

為了使課程改革方案更加具備可行性，需對改革后的“機床電控及PLC”課程進行評價。評價方法包括兩種，分別為直接評價法和間接評價法。直接評價法即通過課程教學大綱確定考核方式的成績分析法，根據(jù)校內(nèi)課程達成度計算文件核算出課程目標達成度值，及畢業(yè)要求的達成度值。間接評價法即采用問卷調(diào)查法，重點針對課程評價值偏低的課程目標進行分析，并給出持續(xù)改進措施。對于直接目標值和間接目標折合值相差較大的課程目標，給出詳細分析及改進措施。以某職業(yè)學院機電技術教育專業(yè)18級學生達成度評價為例進行分析，見表5所示。

職業(yè)技術師范教育認證理念為機電技術教育專業(yè)的“機床電控及PLC”課程改革提供了新思路。基于這一教學理念，機電技術教育專業(yè)教師通過明確改革方向、設計改革內(nèi)容、落地改革措施三方面推進課程改革。從改革方向方面來說，教師將以學生為主體、以產(chǎn)出為導向、以持續(xù)改進為宗旨作為課程改革方向;從改革內(nèi)容方面來說，教師將教學目標和內(nèi)容、教學環(huán)節(jié)、教學評價作為改革主要內(nèi)容;從改革措施方面來說，教師通過制定教學目標、修訂教學內(nèi)容、改革教學方法、建設課程思政等多方面進行改革。綜合而言，系統(tǒng)化地推進“機床電控及PLC”課程改革，對于培養(yǎng)學生運用工程思維解決問題的能力、提升學生的思想水平及綜合素養(yǎng)具有重要作用。

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（責任編輯：張宇平）

The Course Reform of Electrical Control of Machine Tool and PLC

under the Professional Certification

SHI Xiu-min， DENG San-peng， LIU Zhao-hua， WANG Yu

（Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222， China）

Abstract： Under the background of "Teacher professional Certification of Vocation and Technological Education"， the article deeply explored the courses of "Electrical Control of Machine Tool and PLC" of the major of vocation and technological education and analyzed the problems existing in current course. According to the concept of teacher education certification， the teaching reform plan is designed and the teaching practice is carried out， so as to give full play to the role of teaching reform in promoting teaching quality and provide useful reference for the course reform of the major of vocation and technological education.

Key words： teacher certification; Electrical Control of Machine Tool and PLC; course education; teaching model

作者簡介：石秀敏（1977—），女，碩士，天津職業(yè)技術師范大學機器人及智能裝備研究院副教授，研究方向為機器人技術與應用、數(shù)控技術;鄧三鵬（1978—），男，博士，天津職業(yè)技術師范大學機器人及智能裝備研究院教授，研究方向為智能機器人技術及應用;劉朝華（1977—）男，博士，天津職業(yè)技術師范大學機械工程學院教授，研究方向為機器人技術與應用;王鈺（1986—）男，碩士，天津職業(yè)技術師范大學機械工程學院實驗師，研究方向為機器人技術與應用。

基金項目：天津市普通高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革研究計劃一般項目“基于‘1+X’證書制度的機器人工程專業(yè)教學改革與實踐”（項目編號：B201006603）;天津市普通高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革研究計劃重點項目“基于師范專業(yè)認證的‘四方協(xié)同、四維一體’職教師資培養(yǎng)模式的改革與實踐——以本科機電技術教育專業(yè)為例”（項目編號：A201006602）