“能力引導+項目驅動”教學模式的構建與實踐

張錦榮,羅彥琦,黎小巨

(東莞城市學院智能制造學院,廣東東莞,523419)

一、引言

傳統教學模式在很大程度上只注重知識的灌輸和考試成績的評判,忽視了學生的實踐操作能力、問題解決能力和創新思維的培養,導致學生在面對實際問題時缺乏應對能力、無法將所學的理論知識應用到實際中。隨著社會經濟的發展和職業需求的變化,傳統的教學模式已無法滿足個人綜合素質和職業能力培養的需求。[1-2]針對傳統教學模式出現的理論知識點與項目實踐交融不充分、學生實際操作能力較弱等關鍵問題,本文提出“能力引導+項目驅動”教學模式。該教學模式是一種以培養學生的能力為核心,通過項目驅動的方式促使學生主動參與學習、提高實踐操作和問題解決能力的教學方法。“能力引導”是教師注重激發學生的學習興趣和自主學習能力,引導學生主動參與學習過程。而“項目驅動”則是通過設計具體的項目任務,引導學生進行實踐操作和解決問題,將理論知識應用到實際情境中。該教學模式強調學生的主體性和實踐性,讓學生成為學習的主角,通過具體項目的設計和實施激發學生的學習興趣和積極性。其優點在于,針對學生的能力和各自的特點,通過實際操作和項目訓練著重實現能力的提升。該教學模式融合了理論和實踐,不僅能夠培養學生的實踐技能,而且能夠深入拓展理論知識,使學生更好地掌握知識與技能,提升其對學習的興趣和動手能力,更好地適應未來的就業需求。該教學模式較好地解決了傳統教學模式的理論知識和實踐能力銜接、學生工程能力較弱等問題。因此,本文以PLC(programmable logic controller,可編程邏輯控制器)原理及應用課程設計為例,基于“能力引導+項目驅動”教學模式,探討該教學模式在PLC原理及應用課程設計中的實踐運用。

二、概述

PLC原理及應用課程設計以培養學生工程應用能力為目標,通過課程的設計和實施,讓學生深入了解和應用PLC原理,并借助“能力引導+項目驅動”的教學模式培養學生的工程應用能力,為學生未來從事工程控制和自動化領域的工作奠定實踐的基礎。“能力引導+項目驅動”教學模式包括以下幾個方面。

能力引導:重視學生的能力培養,針對學生的個性和學業發展需求,通過教學設計和評價,幫助學生樹立正確的學習態度、掌握主動學習策略、增強自我調節能力、提高學習興趣等,從而達到學科知識、實踐技能的高效融會貫通。引導學生自主學習,鼓勵學生積極參與課程學習,提供相關的學習資源和指導材料,以提高他們對PLC原理和應用的理解。問題導向學習,引導學生通過設計以及解決問題學習和應用所學知識,以實際案例或項目為基礎,提出具體的問題和挑戰,進行思考、分析和解決。教師起到指導和輔助的作用,引導學生思考問題的途徑和方法[3],逐漸發展和提高學生的工程應用能力。

項目驅動:項目是學生實踐學習的核心載體,方便學生將所學知識應用到實踐中,同時培養其自主學習、協作和溝通等能力。因此,教學改革應該圍繞項目展開,通過項目的實踐,探索解決問題的多種途徑,幫助學生建立知識和技能的聯系,獲得實際的進步和成長。創建實際場景的模擬項目,讓學生應用PLC技術解決真實的問題。例如,在實驗室中搭建一個模擬的工業生產線,讓學生設計并實施PLC控制系統提高生產效率和質量;鼓勵學生參加與PLC相關的競賽或挑戰項目,讓學生在規定的時間內完成特定任務。[4-5]通過這些項目驅動活動,學生能夠在實踐中運用所學的理論知識,從而提升他們的工程應用能力。

教師授課形式:講授、引導、互動等多種形式相結合,注重引導和激勵學生學習,幫助學生克服困難。教師講授基本的PLC原理、編程語言和常用指令等理論知識,為學生的工程實踐奠定理論基礎;引導學生分析和討論實際案例,將所學理論知識與實際應用結合起來[6];進行PLC編程和實驗操作的示范,讓學生直觀地了解PLC的工作過程和參數設置。通過多種形式的教學手段,結合理論講授、案例分析、實驗演示和小組合作學習等環節,激發學生的學習興趣,促進他們在PLC原理及應用方面的能力提升。

評價體系:評價標準更關注學生的綜合能力和實踐能力,評估學生在項目實踐過程中的表現及獲取的知識和技能。以答題、測試、作業等方式考核學生掌握PLC原理和應用理論知識的情況。以提交報告的方式,考查學生設計的PLC控制系統的功能完整性、穩定性和解決實際問題的效果。以同組成員的互評、教師的觀察和記錄等方式評估學生在小組合作學習中的表現。完善的評價體系可以綜合考慮學生的項目成果、團隊合作、個人表現和理論知識掌握情況,能從多個角度全面評估學生的能力提升和學習成果。同時,教師的及時反饋和指導,以及學生的自我評價和反思,能夠幫助學生不斷調整和完善自己的學習策略,并持續提高PLC原理及應用方面的能力水平。

三、實踐應用

“能力引導+項目驅動”教學模式旨在提高學生的學科素養和實踐能力,讓學生從學科學習到實踐活動,全方位提高自己的能力水平和實踐素質。該教學模式采用以點帶面的方式,具體實施方法如下。

(一)培養目標設計

以“改革+創新”教育理念為指導,以PLC原理及應用課程設計為研究對象,基于企業對機械類學生能力的需求,采用“能力引導+項目驅動”的新型教學模式,設計理論知識體系模塊和工程能力體系模塊,如圖1所示。通過完成項目選題、設計、實施、評估四個環節的教學任務,重點強調學生的知識培養和能力訓練,保障理論知識點與項目實踐充分交融,提高學生的實踐能力,拓寬學生的知識面,夯實學生專業知識,最終實現復合型創新人才的培養目標。

(二)實施流程

本著“改革+創新”的教學理念,教師按照制定項目選題、項目設計、項目實施和項目評估的步驟開展課程案例教學:以“智能分揀裝置控制系統設計”為題,以提高學生的實踐能力為目標,引導學生分析分揀功能、設計電路系統和控制系統、優化仿真系統。具體如圖2所示。

項目選題環節主要包括三個內容:第一,根據PLC原理及應用課程設計的知識點,結合實驗教學平臺功能特點,遴選包含課程所有知識點的項目,讓學生在每個環節都能得到充分的鍛煉;第二,在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上,制定合理的項目任務及目標,讓學生知道需要完成的任務及訓練后要達到的技術層次;第三,項目應具備經濟效益,成果應具有應用價值。“智能分揀裝置控制系統設計”項目是為了解決物流企業分揀過程中出現的漏揀、錯揀、貨物破損臟污、貨品串貨等問題而產生的。

項目設計環節以項目小組為單位,通過小組成員互相討論,明確項目任務的具體內容,依據課程知識點分解項目任務。[7]學生在教師的指導下整理、討論有關智能分揀裝置的文獻資料,確定項目的技術目標,研究物料的形狀、材質、顏色的變化對智能分揀裝置的運行影響,為優化控制系統提供技術支持。以智能分揀裝置為研究對象,制定4個子項目:第一,分析現有裝置的物料分揀功能;第二,根據分揀裝置的實際情況,設計電路控制系統模型;第三,搭建分揀裝置的控制系統,將設計結果與裝置實際運行數據進行比較,研究系統參數的變化對分揀功能產生的影響;第四,為了縮短運行調試周期,提高系統設計效率,通過仿真軟件進行系統模擬仿真,快速獲取系統參數、物料形態、材質和顏色的變化對分揀功能產生的影響,進一步優化控制系統各項性能指標,最終獲得最佳的控制方案。

項目實施環節,任課教師根據項目的要求,調整教學計劃和內容,力求做到讓學生提前掌握關聯知識、解決項目實施過程中缺乏關聯理論知識的問題。項目由教師按照“動作分析—搭建電路—軟件設計—運行測試”的思路開展實施環節,讓學生在開展項目的過程中運用課程知識解決實際的工程問題。該環節的主要內容為:教師布置項目任務、研究內容和考核要求,對每個環節進行全程指導,設計該項目的關聯問題,包括氣缸、電機、機構的運動特性對控制系統產生的影響,主電路和控制電路的設計準則,控制系統的程序調試及優化方法,物料的各種參數變化對控制系統的影響。根據項目任務要求,學生以小組為學習單元,對裝置動作原理進行分析,對氣缸、電機、機構之間的關聯性進行深入研究。學生在實驗平臺上動手搭建一個基于PLC控制的智能分揀裝置。該項目可以幫助學生熟悉PLC的功能和應用,加深其對機構、電機動作的理解。小組成員對控制電路編寫裝置各單元的信號采集、數據分析和輸出處理等指令,通過上位機與設備連接,現場調試控制系統,使執行結果和任務要求一致。通過這些實踐環節,學生能夠將所學的理論知識轉化為實踐能力,培養他們的工程應用能力和解決問題的能力。[8]同時,實踐環節也為學生提供了與真實工作情境接觸的機會,使他們更好地適應將來的職業需求。

圖1 基于“能力引導+項目驅動”的課程培養目標

圖2 教學案例實施流程

項目評估環節是檢測課程教學成效的重要環節,是科學、客觀評定學生成績,理性總結課程教學的有效過程。學生在實驗平臺上展示自己的項目成果,并接受教師評價。采用各子項目評定(30%)、項目總結報告(30%)和現場答辯(40%)相結合的方式,綜合評定學生提交的作品、PPT匯報情況和書面報告。[9]評定指標主要考慮以下三個主要因素:第一,學生能力評定,評估學生在課程中展示的技術能力、在實際項目中的工作表現,包括設計、安裝、編程和調試PLC系統的能力;第二,教學效果評定,評估學生在課程結束時掌握理論知識、PLC技術的程度,在實際應用中的表現和應用能力的提升程度;第三,學生素質評定,主要考查學生的獨立思考、創造性思維能力,在項目中的主動參與程度、團隊合作能力及解決問題的能力。根據項目評估過程中出現的問題,教師需要深入研究,不斷完善課程教學方法,進而增強“能力引導+項目驅動”教學模式在PLC原理及應用課程設計中的實際效果。

(三)教學總結

“能力引導+項目驅動”的教學模式以培養學生的能力為核心,注重激發學生的學習興趣和提高其自主學習能力,引導學生進行深入思考和探索,將理論學習與實際項目結合起來,提高他們的工程應用能力。教師通過多種評價方式,全面了解學生的學習成果和能力提升情況,為學生提供及時的反饋和指導。教師在這種教學模式下不再是傳統的知識灌輸者,而是引導者和指導者,及時反饋和評估學生的學習情況可幫助學生培養問題解決能力和創新思維能力。這種教學模式不僅培養了學生的能力,而且為其提供了與真實工作環境接軌的機會,為學生成為具有實際應用能力的工程專業人才奠定了基礎。

四、結語

傳統教育模式忽視了學生的實踐操作能力、問題解決能力和創新思維的培養,導致學生缺乏有效應對實際問題的能力。“能力引導+項目驅動”教學模式從能力引導、項目驅動、教師授課形式、評價體系四個方面培養學生的實踐操作能力,是一種有效的教學模式創新。PLC原理及應用課程設計的實踐證明,該教學模式提供了與真實工作環境接軌的機會,培養了學生的工程應用能力。