以學生為中心的PLC課堂教學模式研究與實踐

劉明 李言武

摘?要：以安徽工貿職業技術學院PLC課堂教學與實踐為例，提出了以學生為中心的創新課堂教學模式改革。通過建設教、學、做合一的教學網絡平臺，突顯學生主體地位，構建“講—練—模—做—評”課堂教學模式一體化，開發、制作課堂教學資源等系列教學改革，以實現課堂教學的主導作用，提高課堂教學實效，為培養高素質機電專業人才和提升教學質量奠定良好基礎。

關鍵詞：課堂教學；教學平臺；教學模式；研究與實踐

中圖分類號：?G71??文獻標志碼：?A??文章編號：1627-1012（2024）01-0112-05

A Study of Student-centered PLC Classroom Teaching Reform?and Its Practice

LIU Ming， LI Yanwu

（Department of Electrical and Electronic engineering， Anhui Polytechnic of Industry & Trade，

Huainan 232007， China）

Abstract：Taking PLC classroom teaching and practice in Anhui Polytechnic of Industry& Trade as an example， the study proposes an innovative model reform for student-centered classroom teaching. Through building an integrated teaching network platform of teaching， learning and practice， constructing an integrated classroom teaching model of “Speak-Practice-Model-Do-Comment” and developing as well as producing classroom teaching resources， the teaching reform has played a major role in ensuring the leadership of classroom teaching， highlighting the central position of the student and improving classroom teaching effectiveness， which is of great significance for cultivating high-quality electromechanical professionals and improving teaching quality.

Key words：classroom teaching; teaching platform; teaching model; study and practice

可編程控制器（PLC）是由早期繼電器邏輯控制系統發展而來，在融合計算機技術后，逐步發展為通用工業自動化裝置，目前在工業自動控制、機電一體化和傳統產業升級改造方面得到廣泛應用。在高職院校機電一體化技術、電氣自動化等專業人才培養方案中，PLC課程作為專業核心課程，在人才培養中具有舉足輕重的作用。為切實提高PLC課程教學質量，國內許多高職院校開展了一系列的課程教學改革。在教學改革中常用的方法有：（1）項目教學法，即將傳統學科體系中的知識內容轉化為若干個“教學項目”，讓學生在教師指導下通過完成一個“項目”而進行學習的教學法；（2）理論實踐一體化教學法，即堅持實用為主、夠用為度的原則，以職業技能訓練為核心，歸納為若干教學模塊，實行理論教學和技能訓練有機結合；（3）“以賽促學，以賽促教”教學法，如通過“機電一體化設備組裝與調試”等全國性職業技能大賽，將課程教學與技能大賽緊密結合，優化實訓項目，完善課程實訓體系，提高理論教學與實訓效果。這些方法在教學中雖取得一定成效，但以學生為中心的教學改革目標未能充分體現。以學生為中心的教學改革目標被公認為是人才培養的最有效教學模式，這種模式是讓學生成為學習、參與的主體，激發學生學習的主動性、積極性以及獨立思考能力，提升學生的認知能力、創新能力、合作能力以及職業能力。因此，在PLC課程中，探討以學生為中心的課堂教學改革模式對于增強教學效果、提升人才培養質量有理論與現實意義。

一、PLC課程特點

（一）知識點多，實踐性強

PLC課程內容涵蓋電氣控制、自動化、計算機以及電子等專業技術知識，學生需要掌握邏輯控制、順序控制、邏輯判斷、定時、計數、記憶、運算、數據處理、聯網通信以及PID路調節等專業知識點，具有可編程性、實時性、擴展性等特點。課程實踐性強，要求專業知識與生產實際緊密結合，注重培養學生軟件編程、電路設計、現場裝接與調試等工程實踐能力。

（二）PLC技術性強，知識更新快

近年來，隨著工業物聯網以及智能制造產業的迅速崛起，PLC作為設備、數據控制中心技術被廣泛應用于企業生產中。在國內，工業4.0和中國制造2025計劃的實施讓傳統工業自動化向智能化轉變，推動PLC需求井噴，新的理論知識與技術隨著生產實踐需要也在快速更新。為適應未來就業市場的需求，課堂教學不僅需要理論更新，實踐教學也要緊跟前沿技術，并在教學中融入新知識、新技術，增強學生實踐技能，實現與企業生產實際需要同頻共振。

二、PLC課程高職教學存在的問題分析PLC課程作為職業技術院校機電一體化技術、電氣自動化等專業的核心課程，重在培養應用型職業人才的思考與動手能力，增強學生的職業發展力。但由于受傳統教學方法、思想與學生自我因素的影響，在教學中還存在重理論、輕實踐與學生主動性不強等問題。

（一）線下教學重理論，輕實踐

國內高職教育多是“以教師為中心”的“灌輸式”授課方式，強調教師教，而忽略了學生“學”的積極性和成效，使學生陷入被動學習和學習目標不明的困境，學習成效不佳。這種學習過程是理論、實踐、理論的循環，學生學習完理論之后再去實踐操作，中間存在知識增強的“空檔”，學生學過即忘過，實踐缺理論、理論缺提升，效果較差。

（二）線上教學師生互動不暢

隨著網絡技術的進步與信息化手段的提高，線上教學作為一種基于互聯網互動學習的模式，已逐步引入到實際教學中。網絡教學突破了時間與空間的限制，通過釘釘直播、騰訊會議等軟件進行現場直播和回放錄播，學生可以自主安排學習時間和內容，方便學生自主學習。但網絡課堂也有不足：一方面是師生互動不足，缺乏現場實踐操作。教師成為單純的“網絡主播”，老師說得津津樂道，而學生聽得昏昏欲睡。另一方面是缺乏有效管控，教學效果差。自制力差的學生存在聽課注意力不集中問題，容易開小差或玩網絡游戲，甚至出現人機分離等現象，使得教學效果不佳。

（三）驗證性實踐教學內容居多

PLC技術是一門工程性很強的學科技術，需要學生在實踐中學習并積累經驗。目前，國內高職院校PLC課堂教學中存在不少驗證性實驗為主的現象。學生根據實訓指導書的步驟去完成實驗項目，驗證實驗結果。實踐教學過程中，學生缺乏對實驗項目從設計、編程、指令運用等整體認知和實踐體會，動手能力、創新能力不能得到很好的訓練，學生很難全面了解PLC技術在工業自動化領域的實際應用。特別是有些實驗項目任務陳舊，與最新前沿知識存在代差，已不適應現代企業一線生產需求，達不到訓練學生勝任未來工作崗位需要的素質、知識、能力目標。

因此，將高職院校PLC課堂教學由“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”，有利于增強學生知識，提升學生綜合能力。

三、課堂教學構成要素與關系分析

課堂是教學活動的主戰場，是學生獲取知識與技能的主渠道。在這個主戰場中，學生、教師、教學平臺、教學資源以及教學模式等一系列要素，共同構成了完整的教學體系。

（一）學生

學生是知識獲取的主體、學習的主導者，直接參與到知識和技能的獲取中。教師應根據教學目標、內容和學生特征，選擇合適的教學方法，提升學生的學習興趣。在課堂教學中，學生能夠實現自身的多方位發展和全面成長。課堂教學過程中，要發揮學生的信息源作用，促進教學質量的提升。

（二）教師

教師是教學活動的主導者，不僅傳授知識，而且能推動學生自我學習。首先，師生需要構建起平等和諧、互動共生、探究創新的關系，當學生在自主觀察或討論時，教師應耐心傾聽學生的心聲，感受他們的行為和思考，掌握課堂動態，根據學生學習中的不同類型錯誤及時調整教學方法，引導學生思考和學習，增強學生自信。其次，教師應作為學生心理上的支持者，為他們提供心理上的撫慰和精神上的激勵，給他們營造一個良好的學習環境，進而激發他們的思維活力和探索熱情。再次，教師應當注重培養學生自我約束能力，引導學生自覺遵守紀律，與他人建立友好關系，以及培養協作精神?？傊?，在教學過程中，教師應充分發揮主導作用，調動一切積極因素為學生創造和諧融洽、輕松愉快的學習氛圍，激發其學習興趣，實現既“授之以魚”，又能“授之以漁”。

（三）教學平臺

教學平臺是教學內容的載體，既能通過共享網絡資源進行線上教學，又能開展課程實驗實訓線下教學。當線上教學時，平臺不僅能夠管理知識庫資源、學習進度、在線考試等方面，而且具備可視化多維數據統計功能，通過精準分析學情數據，有利于教師掌握學生學習情況，為教學改革提供支撐。

（四）教學資源與教學模式

教學資源是對課堂教學內容進行碎化、重構，以滿足教師課堂教學所需的素材集合，包括教案、案例、視頻、圖片、課件等。教師要充分利用一切可以利用的教學資源，為學生創造一個更完善的環境。

教學模式以學生為中心，依據知識遞進和認知規律將課堂教學過程劃分為若干個環節，并通過教學方法與手段，實現教學要素與教學資源的一體化方式。

四、教學改革方法分析

教學改革的目的是增強學習效果、提升學生綜合能力與素質。PLC課程實踐性強、技術性強，需要學生主動參與、積極思考。因此，根據課程與學生的特點，借助多媒體技術，將課程知識通過PPT、動畫、視頻等形式呈現，并運用小組學習法培養學生的洞察力、創新力、協調力，以實現課程學習的人才培養目標。

（一）課堂教學案例內容

將PLC課堂教學內容（以S7-200PLC為例）整合為五個模塊，包括識讀與使用模塊、應用軟件的安裝與使用模塊、指令功能及編程模塊、編程技術模塊、典型控制系統設計模塊，每個模塊下再分若干個訓練任務，任務中包括PLC指令、PLC程序編制的基本原則與基礎知識、程序設計等知識點。

（二）課堂教學改革內容與方法

1.教學平臺網絡化

通過“互聯網+多媒體技術”構建PLC課程課堂教學的“教、學、做合一的一體化網絡教學平臺”^［1-4］。教學平臺包括教師機、交換機、學生機，這樣既能通過共享網絡資源進行線上教學，又能現場開展課程實驗實訓的線下教學。其中，教師機須安裝PLC課程教學所需要的軟件、技術文檔、課件、視頻等，用于充當一體化網絡教學平臺的服務器，可實現對學生機進行教學、培訓、交流、討論、監控、管理等實時操作^［5-6］。另外，教師機還可以共享網絡資源與設備。交換機用于實現局域網內學生機之間的數據交換和通信。學生機作為一體化網絡教學平臺的客戶端，系統安裝軟件與教師機相同，采用PC/PPI專用編程及通信電纜直接接入PLC，具備對綜合實訓模塊的監控功能。學生機之間可獨自或分小組地完成教學訓練任務，并與教師機實現實時教學互動，教師第一時間指導學生完成任務。

2.教學模式一體化

教師主導教學活動，以學生為中心，依托教學平臺及教學資源，采取“講—練—?！觥u”一體化課堂教學模式^［7-10］，即根據課程整合的五個模塊分若干個訓練任務，按照任務講解、指令練習、任務實施、案例拓展、教學評價實施教學工作。

（1）任務講解。教師分析講解各任務中用到的基本指令功能，分析程序工作原理，提出任務要求。

（2）指令練習。學生使用學生機訓練指令使用，通過練習PLC課程中諸如基本位操作、計數器、定時器等相關指令并掌握其功能和應用。

（3）實施任務。學生自行分組并推選組長。組長負責組內分工協作，協調配合。分工合作內容包括查閱資料、討論方案、編寫PLC程序，獨立完成PLC控制任務。教學實施中，根據實驗設備數量，將學生劃分為若干小組，確保每個學生使用實訓設備和儀器。組長根據教師的演示去自主實施任務。編寫完成后，在老師的現場監護下進行通電調試檢修，驗證是否符合設計要求。同時，考查學生獨立檢修調試的能力。

（4）案例拓展。在原有項目內容基礎上，自主拓展新任務。在設計任務時，一方面，應充分兼顧任務的多樣性和選擇性。如，在電動機運行時間調整、通斷電均延時定時器、方波信號產生、十字路口交通燈等任務中均涉及定時器指令，該指令應用的程序多種多樣，在實際任務實施中，教師應鼓勵學生不必拘泥統一樣式的定時器指令程序，自主設計適合任務的程序。通過這樣課堂教學實施，旨在提高學生的思維能力和靈活應變能力。另一方面，緊密結合企業生產實際。如，在電動機星三角降壓啟動PLC控制任務中，運用經驗法和梯形圖法設計任務程序，除了具備星三角切換功能，還應具備星形接觸器動作確認功能、報警功能及系統上電復位等功能。通過如此任務設計，提高學生綜合利用PLC指令應用于未來工作場景的能力^［11］。

（5）教學評價。用多元化評價方式對學生的學習成果進行評價，重點對學生進行過程性考核評價。依照任務完成結果，由教師進行評分，各組學生之間互評分。教師應特別重視“過程性評價”，關注教學過程中學生智能的發展、能力的提升，及時對學生學業水平做出判斷，找出當前存在的問題，促使他們對自己的學習過程及習慣進行反思和總結，幫助學生不斷改善與提高。

3.教學資源課堂化

為便于課堂教學，將教學內容按照“講—練—模—做—評”五個教學環節進行碎化，制作授課PPT、微視頻等課堂化教學資源^［12-14］。

（1）“講”。通過微視頻或圖片的形式，展現搶答場景，引入和分析PLC控制教學任務，根據任務要求設計出簡單合理的設計方案，演示方案的整體運行情況。

（2）“練”。通過微視頻或PowerPoint展示結構化程序的功能及應用，指導學生自主練習教學任務相關指令的操作要領和關鍵知識點。

（3）“?！?。通過PowerPoint演示給定PLC控制梯形圖，并講解接線方法和安全注意事項。學生以小組為單位開始接線，要求通過小組自查方式后，教師進行檢查。確定無誤后，再通電調試程序。學生自主實施程序調試方法，培養其分析與解決問題的能力，激發其探索創新的能力。通過這樣的模擬，使學生能切實掌握相關技術操作要領和關鍵知識點。

（4）“做”。通過PowerPoint展示拓展教學任務，引導學生分組完成自主設計、調試實驗，實驗完成后，學生按要求完成實訓報告，提升“做”的能力。

（5）“評”。即教學評價，是對整個教學過程中的每個步驟做出分析并給出最終評分。整個評價機制包括過程性考核和項目綜合考核兩部分。前者由職業素養、學習過程、理論素養三部分組成，占比40%；后者由學生自評、小組互評、教師評價三部分組成，占比60%?？梢酝ㄟ^微視頻或圖片的形式，展現教學任務完成情況，進行總結評定。教師實施過程考核，指出缺點、肯定優點，增強學生成就感，提高其學習的積極性。

五、教學改革實踐總結與思考

職業教育的本質是能力本位的教育。職業教育必須給學生傳授職業發展的技能，讓學生畢業后能夠成為生產一線的實用型人才和高素質勞動者。PLC課堂教學模式研究與實踐中，突出“以學生為中心”的教學設計與實施，核心體現以下三個觀念：

（1）從理性角度，學生通過現場開展課程實驗實訓的線下教學，以小組自主為主完成項目任務，過程中實現了追蹤學習路徑，探索不同類型學生的需求和培養規律，讓學生找到適合自己學習課程方法，使學習事半功倍。

（2）從情境角度，教師以引導身份為主，調整學習氛圍，精心設計教學任務與拓展項目，結合課堂小組討論，實時關注學生的反饋，調整教學方法與進度，激發學生積極思考，培養其探索習慣。讓學生既能分享自身思考與創新成果，也能學習別人的思考成果。

（3）從成長角度，教學過程從項目任務到拓展任務，通過“講—練—?！觥u”課堂教學模式，以及開發課堂化教學資源，切實使學生提升認知，拓寬邊界，實現學生個性化發展。

同時，在教學改革實踐過程中，也實現了三個轉變：教師中心轉變為學生中心、教材中心轉變為培養目標中心、課堂中心轉變為實驗實訓中心。整個教學過程重視理論與實踐相結合、理論指導實踐，學生所學理論知識通過實踐得到了鞏固和提高，知識呈階梯遞進；課堂教學融入實踐場景教育，進一步提高了學生自學能力和創新意識^［15］。正是通過這樣一系列的PLC課堂教學改革，安徽工貿職業技術學院電氣與電子工程系構建與崗位需求相結合的教、學、做合一的一體化網絡教學平臺，讓以學生為中心的課堂教學模式落地生根，實現了既能通過共享網絡資源進行線上教學，又能現場開展課程實驗實訓的線下教學，突出了學生的主體地位，增強了課堂教學的主導作用及效果，實現了人才培養質量的提升。

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收稿日期：?2023－08－18

基金項目：安徽省教育廳重點質量工程項目（2021jyxm0134）

作者簡介：劉明，女，安徽工貿職業技術學院電氣與電子工程系副教授。

李言武，男，安徽工貿職業技術學院電氣與電子工程系教授。