OBE視角下的PLC縱向課程群建設

劉　彬, 周　敏, 佟春生

(1. 太原工業學院 工程訓練中心, 山西 太原　030008；2. 太原工業學院 自動化系, 山西 太原　030008)

?

OBE視角下的PLC縱向課程群建設

劉彬1, 周敏2, 佟春生2

(1. 太原工業學院 工程訓練中心, 山西 太原030008；2. 太原工業學院 自動化系, 山西 太原030008)

成效為本(OBE)的教學法是通過結果的考核來反推教學方法和內容的新型教學法。在研究成效為本教學法的基本原理基礎上,通過對企業和學生的調研獲取了自動化專業學生的核心能力需求,結合3P模型,建立了基于PLC控制器的縱向課程群體系,提出了課程結構、課程間的內在聯系、預期成果及考核方式等內容。該課程群體系以統一的控制器平臺、由淺入深的漸進內容、多樣的成果考核方式為特點,為自動化專業的專業課程體系提出了新的模式,可操作性較強。

成效為本教學法； 縱向課程群； 專業課程體系改革

從20世紀90年代開始,“成效為本”教學法(outcome-based education,簡稱OBE)在包括澳大利亞、新西蘭、英國、中國香港等國家和地區實施并取得了較好的效果。其創始人斯派蒂(B.Spady)提出:“基于結果的教育明確地意味著關注和組織教育系統中的每件事物圍繞著一個根本的目標,讓所有的學生在完成他們的學習經歷后都能獲得成功。”[1-2]即OBE教學法強調學習成果為教學過程的焦點,課程教學設計以“學生”和“成果”為核心進行設計。OBE教學法為我們提供了有益的指導。本文以OBE為總體視角,結合應用型本科院校改革的需要,為學生打造有體系、重應用的課程體系,同時結合成效為本的理念,建立以學生學習成果為主要考核目標的PLC控制系統課程群。

1　目前控制類課程體系存在的主要問題

國內院校自動化專業課程群建設大多以主干課程為核心建立橫向課程群體系[3-5],例如劃分電工電子技術課程群、微處理器應用技術課程群、自動控制課程群、信息技術課程群等,或包括了自動控制理論、現代控制理論、過程控制、智能控制等同類課程的控制類課程群。該種劃分方式不能充分適應企業需求,課程體系存在著如下問題:

(1) 某些內容在多門課程中出現,但某些先進技術卻并未出現在課程體系當中；

(2) 前后看似相關課程之間并未建立在同一控制系統體系之上,各門課程的實驗相對獨立,缺乏多門課程之間綜合應用的實驗,實驗資源浪費嚴重；

(3) 部分教學內容離實際應用有較大差距, 使學生失去了不少在控制領域發展的機會；

(4) 在實踐教學上,實驗內容以驗證理論為主,難度較低,指導書過于詳盡,學生過分依賴教師,缺乏獨立分析問題、解決問題能力的培養；

(5) 在教學評測機制上,閉卷考試仍是主要的評測方式,這種評測機制既不能準確反映教學效果和教學質量,也無法準確測試出學生的真實能力和素質。

關于控制系統課程內容,通過對幾所應用型高校培養方案進行對比,其培養方案中都涵蓋了信息的獲取(傳感器)、執行系統(電動機及其驅動系統)、控制系統(PLC、DCS)、上位機監控系統(組態)以及控制理論的應用等方面的內容,課程門數較多,均超過了8門課,最多達到11門,總學時最多的達到448學時,但仍有一些關鍵控制課程沒有納入教學體系中。以我校自動化專業課程為例,可總結出圖1所示課程內容。

圖1　現代工業控制需求與現有課程體系關系

2　基于OBE的PLC課程群整體構架

OBE教學法強調以能力目標為核心建立課程體系,所以如圖2所示,PLC控制系統課程群的建立以實際調研的PLC能力目標為基礎建立。在該目標的基礎上,參考John Biggs在1989年建立的3P模型對課程群的前提(presage)、過程(process)、產品(product)進行分析和建設[6]。同時建立考核方法,對課程群的教學成果進行檢驗,以對預期效果進行比較,同時對能力目標進行修正。

3　PLC課程群能力目標的確定

OBE教學方法一般從核心能力入手探索達到核心能力所需的知識和教育方法[7],所以首先通過對企業、學生的調研,總結自動化專業學生所需核心能力。

通過對9家自動化相關企業的調研,如表1所示。企業對自動化專業學生的需求首先是專業能力，有7個企業提出該項能力,其次是自主學習能力和實踐動手能力,分別有5個企業提出。其他能力還包括溝通能力、適應能力、自律能力和團隊協作能力等,可以看出主要以適應企業對技術人員的現實要求為核心。在針對500余名學生的調研中,排名前3位的能力分別為:專業能力,務實應用和主動學習能力,團隊協作能力。

圖2　基于OBE的PLC課程群建設總體構架

核心能力選項適應能力專業能力學以致用能力自主學習能力選擇的企業數量4725核心能力選項團隊合作能力溝通能力自律能力實踐動手能力選擇的企業數量1115

從調研的結果分析,企業與學生對于應具有的能力認識比較一致,都以專業能力為首要能力,其次是自主學習的能力。排名第3的能力中企業更需要實踐動手能力,而學生對于團隊協作能力有更大的需求。綜合兩項調查,可得到自動化專業學生的核心能力，即專業能力、自主學習、實踐動手能力和團隊協作能力。

4　以PLC為核心的一體化課程群建設

4.1引入3P模型

在成效為本的教育體系中,John Biggs 提出了3P(presage,process；product)模型,主要提出在學習的過程中,學生要成為學習的主體,教學過程的設計更多應該考慮如何吸引和促進學生主動參與到課堂教學活動中[8]。在一體化課程群的建立過程中,引入3P模型,提出課程群建立的基礎知識、課程體系和最終成果。一體化課程群將打破橫向劃分課程群的傳統思路,建立以系統概念為核心的、前后課程銜接的縱向課程群體系,其包括如下特點:

(1) 統一的控制平臺。課程之間以某控制平臺作為主線,對相關知識進行學習,避免因平臺不同造成學習的重復和混亂。

(2) 漸進的課程體系。首先在某控制平臺基礎上,對控制過程的信息采集、信息處理和執行系統進行初步學習,其次通過項目教學法和實驗實踐一體化課程加深和拓寬對各部分知識的學習和掌握[9]。

(3) 先進技術的引入。在課程體系中,增加伺服和變頻控制技術,同時重點引入信息技術的應用,將網絡知識貫穿在課程群體系中。

(4) 成效為本的評價體系。所有課程的評價避免依賴考試完成,引入設計報告、實踐操作等考核方式,以學生完成任務為主要目標。

4.2PLC為核心的控制系統構成

PLC控制技術在實踐中主要包含了信息采集、系統控制、驅動執行等功能,在信息技術的引領下,通過工業網絡實現上位機監控和控制系統遠程擴展也成為核心內容[10-11]。在圖3所示的系統結構中,由PLC控制器、傳感器、執行機構即可構成基本的控制系統,適合于小規模的控制對象。通過總線可擴展觸摸屏或者安裝組態軟件的上位機控制,構成監控一體的控制系統,適用于中小規模的控制對象。為適應復雜系統和大系統的使用,可通過總線系統擴展更多的控制器或遠程I/O,構成冗余控制、遠程控制和智能控制等復雜系統。

圖3　以PLC為核心的控制系統結構

4.3課程群建設內容

由于原有課程體系比較混亂,雖然課程包含了幾乎所有控制系統中的重要內容,但平臺多樣、體系不明確的缺點依然存在。一體化縱向課程群的建立，較好地解決了這個問題。以PLC為例,一體化縱向課程群將圖3中所示課程按照平臺與體系進行劃分,精心選擇內容、合理銜接知識點,爭取在較短的課時中讓學生能夠掌握控制系統的構架和知識體系。

如圖4所示,一體化縱向課程群在4門前續基礎課程的的支撐下,首先完成一門核心課程“可編程控制器系統設計”,該門課程中以某一種PLC為核心,學習傳感器、低壓電器、電機控制以及簡單的通訊和上位機系統,從一開始就建立控制系統總體概念。在此基礎上,通過“傳感系統和變頻/伺服控制系統設計”和“工業總線系統設計”兩個設計專用周強化信息獲取、驅動系統和總線通信的知識內容。以上設計專用周采用授課、實踐一體化教學模式,在同一PLC基礎上進行項目實踐。最后開設“DCS與系統組態”課程,完善控制系統概念,建立監控一體的控制系統思想。設計專用周按照40學時計算,課程群總學時為172學時。

圖4　一體化縱向課程群

4.4教學成果形式

根據圖4所示課程群系統,結合圖1所示控制技術與課程的關系可以看出,雖然只有4門課程,但涵蓋了所有主要控制技術,且通過統一平臺、由淺入深、實踐為主的方式,在短時間內即可使學生掌握比較系統的、符合企業需求的知識體系。表2中詳細提出了各門課程的預期成果,全部以能夠完成實際功能為主要目標。

表2　各門課程所涵蓋技術及預期成果

5　課程群考核辦法

本課程群需要在較短的學時中完成課程內容,并能夠實現預期成果,對于教師來說是一項嚴峻的考驗。所以為得到較好的教學效果,該課程群考核的方式必須超越原有卷面考試的模式,以多種考核方式推進教學的深入[12]。

5.1核心能力與課程相關性模型

鑒于一體化課程群的建立基礎是核心能力,所以首先必須明確各門課程能夠給予學生在核心能力方面的鍛煉。如表3所示,各門課程的授課過程必須給予核心能力以鍛煉和支撐。

表3　核心能力與課程相關性模型

5.2考核方式

在卷面考試之外,常用的考核方式還包括課堂問答,書面設計報告,實踐操作、調試,故障排查等方式。針對課程對核心能力的要求,我們針對不同課程也要設計不同的考核方式。

表4　各門課程考核方式

根據不同的考核方式,不同課程可以制定各類考核的權重關系,以形成學生的最終成績。另外還需注意以下幾點:

(1) 考核需更注重學生在平時學習過程中的表現；

(2) 鑒于成效為本的教學方法更加注重學生最終所獲得的能力,所以考核時間應以全學期為準；

(3) 考核結果需認真對待、及時總結,以便對教學內容和方法進行有效調整。

6　結語

學習成效應包括學生應該知道或理解的、學生應該能做的、學生應該具備的素質，所以在成效為本的基礎上,工業控制專業學生必須掌握專業知識,提高實踐能力,鍛煉解決問題和主動思考問題的能力,形成團隊思想。基于OBE的控制技術課程群的建立,能夠在統一的平臺進行授課,避免了學生在學習同類課程時的混亂情況,能夠得到較為清晰的控制系統結構,有效減少了雷同內容的重復學習時間,縮減了學時。

References)

[1] Spady W G. Outcome - based education: Critical issues and answers[M]. Arlington: American Association of School Administrators, 1994.

[2] Cohen A. Strategies in Learning a Second Language [M]. New York: Addison Wesley Longman Inc, 1998.

[3] 馬麗,趙晴,曹永紅,等.獨立學院自動化專業課程教學體系改革實踐與研究[J].中國教育技術裝備,2014(6):80-82.

[4] 徐小玲,劉美.基于“三位一體”的測控專業CDIO工程培養模式研究[J].牡丹江教育學院學報,2014 (5):99-100.

[5] 黃江平,楊靜,楊輝.自動化專業控制類課程群建設與實踐[J].電氣電子教學學報, 2009,31(9): 8-11.

[6] 劉旸,劉紅.成效為本教學方法的理論與實踐[J].現代教育管理,2009(8):57-60.

[7] 任曉莉,佟春生,趙金安,等.基于OBE的發酵工程實驗教學改革探索[J].化工高等教育,2014(2):65-67.

[8] 海鶯. 基于OBE模式的地方工科院校課程改革探析[J]. 當代教育理論與實踐, 2015,7(4): 37-39.

[9] 吳宏岐,李曉斌,王亞云.《電氣控制及PLC》課程工程案例教學方法研究與實踐[J]. 大學教育,2013(10):70-71.

[10] 陳維剛,費敏銳.工業控制系統的網絡化發展[J].工業儀表與自動化裝置,2004(1): 10-13.

[11] 陳孟元,郎朗.工業控制網絡與組態技術在可編程控制器教學中的交互應用研究[J]. 實驗技術與管理,2013,30(6):129-131.

[12] 周敏,劉彬,佟春生.成效為本的“PLC 控制技術”課程教學改革[J].電氣電子教學學報,2014,36(1):68-69.

Construction of PLC longitudinal curriculum group from OBE perspective

Liu Bin1, Zhou Min2, Tong Chunsheng2

(1. Engineering training center, Taiyuan 030008, China;2. Department of Automation, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China)

The object based education (OBE) teaching method is a new teaching method which inspects the results for improving the teaching method and content of the education. This paper studies the basic principle of OBE teaching method, getting the core ability through the research to the enterprise and the students. Combined with the 3P model, the longitudinal curriculum group system based on PLC controller has been established which puts forward the curriculum structure, the inner link between expected results and evaluation method, etc. The curriculum group system has the following three characteristic: an unified controller platform, the gradual content and the diverse achievements appraisal way , which puts forward a new mode with a strong operability for automation professional curriculum system.

oject based education (OBE) teaching methods; longitudinal curriculum group; professional curriculum system reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.050

2015- 09- 02修改日期:2015- 11- 03

山西省高等學校教學改革項目“成效為本的工業控制課程群整合優化研究” (J2014116)

劉彬(1975—),男,山西五臺,碩士,副教授,主要研究方向為控制理論與控制工程、機電液智能控制、機電傳動.

E-mail:453502500@qq.com

TP38；G642.0

A

1002-4956(2016)3- 0197- 05