“電氣控制與PLC”微課教學設計

李尚榮，張衛平，單文桃，葉　霞

“電氣控制與PLC”微課教學設計

李尚榮，張衛平，單文桃，葉霞

微課是實施翻轉課堂等創新教學模式的重要手段，可有效提升教學效果。分析了“電氣控制與PLC”課程知識體系結構以及微課開發的流程，以三相交流電機正反轉控制知識點為例，進行了該知識點的微課教學設計。從微視頻制作腳本設計、微視頻錄制和微視頻編輯三個方面，詳述了課程的微視頻制作過程。

機械類專業；電氣控制與PLC；教學設計；微視頻制作

“電氣控制與PLC（Programmable Logic Controller，PLC）”是機械類和電氣類相關專業一門重要的專業基礎課程，該課程要求學生既要學好理論知識，又要掌握電氣控制應用技能。常規課堂講授型教學模式存在課時較長、知識點多、學習時間和地點難以自由選擇、不能多次重復進行課堂學習等不足，這些都不同程度地影響了學習成效和教學效果。

在英國納皮爾大學（Napier University）T.P.Kee提倡的一分鐘演講和美國北愛荷華大學（University of Northern Iowa）教授LeRoy A.McGrew所提倡的60秒課程基礎上［1-2］，微課創始人戴維·彭羅斯（David Penrose）根據人類認知規律，提出了微課的概念。［3］微課是針對某個課程知識點或教學環節而精心設計開發的一種以流媒體形式展示的半結構化、情景化、可動態生成與交互的數字資源，一般時間較短（10分鐘左右），結構完整。［4］美國人薩爾曼·可罕通過自錄微視頻輔導異地的表親，無意中啟動了以微課和翻轉課堂為代表的一種全新的教學模式［5］，并創辦了可汗學院。當前，以互聯網技術為支撐的微課和翻轉課堂正在全球范圍內掀起一種全新的教學方式變革。

本文運用微課的相關理念和課程教學方法，簡要分析了“電氣控制與PLC”課程的知識結構，并以三相交流電機正反轉控制知識點為例，分析微課教學設計的思路，概括了微視頻編輯的相關要點。

一、微課教學設計

對一門課程實施微課教學，首先需要對該課程的知識體系結構進行分析，梳理出相對獨立的知識點，這些知識點可以是一個基本概念、重要原理或應用案例等；再圍繞這些知識點，按照課程教學要求，完成微課教學設計和微視頻制作；然后，發布到網絡交流平臺上，供需要的人觀看和學習。為了更好地確定微課的知識點，有必要對“電氣控制與PLC”課程的總體知識體系結構進行簡要分析。

（一）課程知識體系結構

電氣控制主要以工農業生產中各類電機、氣缸、液壓缸、電磁鐵、指示燈和蜂鳴器等為控制對象，根據應用要求，采用相應的控制方法。機械類專業的“電氣控制與PLC”課程主要以上述控制對象，特別是以三相交流電機為主要對象，分析了繼電器接觸器控制和PLC控制這兩種控制方法所涉及的相關概念、硬件電路原理和程序設計。

“電氣控制與PLC”課程的知識體系結構如圖1所示，該課程內容主要包括兩個部分：繼電器接觸器控制和可編程控制器控制。其中，繼電器接觸器控制部分的知識內容和邏輯關系如圖1上部虛線框所示，是以機床中常用的三相交流電機為主要被控對象，以繼電器和接觸器為代表的典型低壓電器構建的硬件電路實現的邏輯控制系統，按照“常用單個器件→基本控制電路單元→典型機床綜合控制電路實例→一般低壓電氣控制系統電路設計”順序，層層遞進、由簡單到復雜的邏輯順序展開；圖1下部的虛線框表示PLC控制部分，以PLC為控制器，各類電機、氣缸、液壓缸、電磁鐵、指示燈和蜂鳴器為PLC輸出控制對象，以各種開關按鈕和接近開關作為PLC輸入，來檢測控制對象的狀態，PLC通過程序等軟件方法，完成了原來低壓電氣控制部分由硬件實現的控制邏輯關系運算。這部分介紹了PLC控制相關的指令、編程等的軟件資源和電路接線相關的硬件資源。PLC控制是對繼電器接觸器控制的技術升級，因此，繼電器接觸器控制是基礎，繼電器接觸器控制系統均可以通過PLC進行技術改造和升級。

圖1　“電氣控制與PLC”課程知識體系結構

（二）微課開發流程

微課的開發過程一般包括選擇知識點、微課教學設計、微視頻錄制腳本設計、微視頻錄制、微視頻編輯和發布等主要步驟［6］，整個開發流程如圖2所示。

圖2　微課開發基本流程

在課程總體知識體系結構分析基礎上，可按章節順序，從問題、案例、原理或應用等不同角度分解梳理出各個知識點，按照圖2的開發流程，實施微課教學設計。本文選擇圖1上部虛線框中“基本控制電路單元”中一個知識點——“三相交流電機正反轉控制”為例，簡述其教學設計。

（三）微課教學設計

微課教學設計主要針對某個知識點，因此，仍需具備課程教學設計的一般要素，即教學思路、教學目標、教學重點與難點、教學過程設計和教學反饋等內容。三相交流電機正反轉控制微課設計的總體思路是以問題為導向，分析其原理和電路設計演變過程，最后，給出該知識點的延伸以及與后續知識的聯系。

1.教學思路。本知識點采用基于問題導向的教學模式，為激發學生的學習興趣，通過生產或生活中的實例，采用“提出問題→分析問題→解決問題”的教學思路。如圖3所示，首先，通過生產和生活中的實例引出問題“三相交流電機正反轉如何控制？”然后，分析問題，借助動畫，演示三相交流電機定子磁場旋轉方向與電源相序的關系，得出換向方法：換接三相電源中的任意兩相，即可實現換向。控制方法則是運用兩個交流接觸器分別控制正轉和反轉對應的相序電源；運用手動或自動兩種控制模式，引出主電路和控制電路的產生與設計原理。最后，通過制作的三相交流電機正反轉電路板的演示以及動畫模擬，展示電路設計結果。圖3中的虛線框“應用能力訓練和考核”則圍繞電路接線圖繪制、電路接線和電氣故障排查等展開，可作為下一個待學習的知識點。

圖3　基于問題的教學設計思路

2.教學設計。本知識點完整的教學設計如表1所示。

表1　三相交流電機正反轉控制教學設計

二、微視頻制作

（一）微視頻制作腳本設計

微視頻是針對特定的知識點或教學環節，在精心教學設計的基礎上，以微視頻錄制腳本為依據，搜集相關素材，利用不同的錄制設備與軟件制作的具有情景化、趣味性、可視化的數字化學習資源包。它是微課的核心，持續時間一般在10分鐘左右，文件占用存儲空間小，并發布在合適的網絡平臺上，以供學習者在線或下載學習。在完成了三相交流電機正反轉控制的教學設計基礎上，再設計微視頻錄制腳本，具體如表2所示。

表2　三相交流電機正反轉控制錄制腳本

（二）微視頻錄制

微視頻制作手段主要有三類［7］：（1）軟件生成類，使用Powerpoint 2010及以上版本，可利用軟件自身的轉化視頻功能，生成視頻；（2）錄屏式，常用的軟件有Camtasia Studio，Screen cast，屏幕錄像專家等；（3）拍攝式，采用專業攝像機、DV、ipad或手機等工具拍攝視頻。因錄制簡單、后期編輯功能強大等原因，Camtasia Studio成為被廣大教師所優先使用的視頻錄制軟件。錄制中，安靜的環境、具有降噪功能的麥克風、較詳細的講稿、合適的語音與語調等通常必不可少，利用Camtasia Studio錄制完成后，可得到*.trec格式的文件，或進一步輸出*·mp4格式的視頻文件。

（三）微視頻編輯

視頻編輯主要包括插入片頭和片尾、視頻分割、刪除有錯誤的視頻段、插入外部視頻段、添加標題、字幕或旁白、添加畫中畫、給視頻配音、視頻之間添加轉場動畫、設置視頻動畫效果、降低視頻背景噪音、添加測驗等交互功能等，最后，將這些素材連接成一個連續完整的微視頻，輸出適用于網絡在線流播放格式的視頻。

本文以“電氣控制與PLC”課程為例，以三相交流電機正反轉控制知識點為對象，分析了該課程的知識體系結構、微課教學設計和微視頻錄制腳本設計及后期編輯要點，未來將在微課教學實踐方面繼續進行探索。

［1］宋瓊，宋楠.關于微課程支持下的翻轉課堂研究綜述［J］.科教文匯，2014（18）：28-29.

［2］劉銳，王海燕.基于微課的“翻轉課堂”教學模式設計和實踐［J］.現代教育技術，2014，24（5）：26-32.

［3］陳菁，王忠，范青剛.基于微課的翻轉課堂教學實踐［J］.計算機工程與科學，2014，36（A2）：290-292

［4］薩爾曼·可汗.翻轉課堂的可汗學院：互聯時代的教育革命［M］.劉婧，譯.杭州：浙江人民出版社，2014.

［5］王秋月.“慕課”“微課”與“翻轉課堂”的實質及其應用［J］.上海教育科研，2014（8）：15-18

［6］陳玉琨，田愛麗.慕課與翻轉課堂導論［M］.上海：華東師范大學出版社，2014.

［7］相方莉.“微課”翻轉課堂在高職C語言教學中的應用研究［J］.中國教育信息化，2014（10）：8-10.

［責任編輯盛艷］

江蘇理工學院重點課程建設項目“電氣控制與PLC”（項目編號：KC13007）；機械電子工程特色專業建設項目（項目編號：TS12003）

李尚榮，男，江蘇理工學院講師，主要研究方向為機器人、機電控制；本文其他作者單位均為江蘇理工學院。

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1674-7747（2016）21-0011-04