張曉丹 葉念渝

摘要：“可編程控制器”作為自動化專業(yè)的核心課程，是獨立學院培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才的重點課程之一。針對目前獨立學院在該課程建設上“軟”、“硬”兩方面脫節(jié)的問題，提出“理論教學”、“實物教學”與“多媒體教學”三位一體的教學內(nèi)容、角色互換的互動討論式教學方式和“基礎+綜合+實戰(zhàn)”三階段的實踐教學方法。實踐結果表明：課程教學改革的實施實現(xiàn)了對“軟”、“硬”兩方面基礎建設的橋接，提升了學生的實踐能力和就業(yè)競爭力。

關鍵詞：獨立學院；可編程控制器；教學改革

作者簡介：張曉丹（1984-），女，河南南陽人，華中科技大學文華學院信息學部副系主任，講師；葉念渝（1946-），女，湖北武漢人，華中科技大學文華學院信息學部系主任，教授。（湖北 武漢 430074）

基金項目：本文系華中科技大學文華學院教改基金項目（項目編號：2011XXYZ01）、華中科技大學文華學院教改基金項目（項目編號：2011XXJY04）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0118-02

獨立學院是指由普通本科高校和社會力量按民辦的機制和模式，利用國家非財政性經(jīng)費舉辦的二級學院，其辦學目標是培養(yǎng)高級應用型人才。這個目標定位與傳統(tǒng)意義上的學術型人才、工程型人才、技術型人才和技能型人才四種人才的分類是有所區(qū)別的，它凸顯了獨立學院區(qū)別于一本和二本學校的特殊性，同時比“高等職業(yè)教育”具有更高的起點。[1]可編程控制器是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當代工業(yè)自動化的三大支柱之一?！翱删幊炭刂破鳌闭n程作為自動化專業(yè)的核心課程，具有知識覆蓋面廣、更新發(fā)展速度快、理論與實踐并重、與生產(chǎn)實際和工業(yè)應用緊密結合等特點，是獨立學院培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才的重點課程之一。

獨立學院“可編程控制器”課程的建設應該在掌握基本理論、知識和方法的基礎上，以培養(yǎng)學生適應崗位需要的綜合素質(zhì)和實踐能力為本位。目前，關于該課程改革的研究主要關注于教學和考試側重理論學習，實驗環(huán)節(jié)薄弱等方面。[2-6]特別地，宋國慶等人依循CDIO理念對該課程進行改革。[7]原霞等人提出強化課堂實驗、大型實驗周和課程設計等實驗環(huán)節(jié)，改進教學方法。[8]趙亞琴等人提出采用工程化教學手段，以加強實踐教學。[9]然而，上述研究大多關注于“可編程控制器”課程本身，提出的思路和方法適用于科研院?；蚋呗毟邔Ｔ盒?，并未直接針對獨立院校。從學校特點、目標定位和辦學方針的角度看，獨立學院和其他類型院校的主要存在兩方面的不同：第一，獨立學院深受母體學校教學方式的輻射和影響；第二，獨立學院往往立足于地方和區(qū)域，更注重結合和發(fā)揮地方和區(qū)域的優(yōu)勢。因此，如何立足獨立學院的特點，改革“可編程控制器”課程，調(diào)動學生學習積極性，培養(yǎng)學生的實踐能力，為地方和區(qū)域的社會和經(jīng)濟發(fā)展輸送人才是值得進一步探討的課題。

一、課程教學改革的現(xiàn)狀及問題

目前，大多數(shù)獨立院校在自動化專業(yè)均開設這一課程，并高度重視其在“軟”、“硬”兩方面的基礎建設?！败洝钡姆矫?，不僅將可編程控制器作為一門主干專業(yè)課程，而且根據(jù)市面上教材組織教師自主編寫適合區(qū)域性就業(yè)背景的教程講義?！坝病钡姆矫?，大多成立了專門的可編程控制器實驗室，并購買相應的硬件設備，為培養(yǎng)學生的實際動手能力提供實驗環(huán)境和平臺。[10]“軟”、“硬”兩方面基礎建設的總體目的是使學生通過理論學習和實際操作訓練，熟練掌握可編程控制器的基本知識和技能，并且具有一定的應用設計能力。然而，經(jīng)過近幾年的實施發(fā)現(xiàn)實際的教學效果不甚理想，究其原因是忽視了起橋梁作用的課程建設未能及時跟上，導致上述兩方面在教學過程中存在一定程度的脫節(jié)。具體存在以下問題：

1.枯燥的教學內(nèi)容

可編程控制器是一門理論性很強的課程，其理論教學內(nèi)容包含大量的概念、原理、指令和實際應用方法。獨立學院作為我國高等教育大眾化進程中出現(xiàn)的新生事物，大多創(chuàng)辦不久，深受母體學校教學方式的輻射和影響。很多獨立學院的母體學校為“985”或“211”等研究型院校，由于人才培養(yǎng)的目標不同，其教學內(nèi)容更注重于理論知識的廣度和深度，對于理論基礎相對薄弱的獨立院校學生，如果無法展示指令輸出效果而直接死記硬背，那么將直接打擊其學習的積極性。

2.僵化的教學方式

可編程控制器的教學目的不僅僅是讓學生掌握基本的概念和原理，更重要的是培養(yǎng)學生解決實際應用問題的能力。所謂“條條大路通羅馬”，實際應用問題的求解方式是多種多樣的，不存在唯一的標準答案，因此需要學生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。傳統(tǒng)的教學模式通常都是以教師為中心，一般采用“教師講，學生聽”的“注入式”課堂組織方式，對可編程控制器的概念、原理和案例實現(xiàn)進行講解，學生主要依賴老師的講解，沒有充分發(fā)揮個人的主觀能動性。

3.薄弱的實踐環(huán)節(jié)

可編程控制器是一門實踐性很強的課程，需要培養(yǎng)學生應對實際工程項目的能力和素質(zhì)。目前，大多數(shù)“可編程控制器”的實踐教學仍停留在對課堂講授內(nèi)容的驗證和鞏固階段，往往是學生在實驗室完成基礎實驗即可，缺乏實際的大型綜合型的項目歷練，不利于培養(yǎng)學生的團隊合作素質(zhì)。此外，設置的實驗案例沒有結合地方和區(qū)域的發(fā)展情況，無法直接和社會崗位需求接軌，不利于為地方和區(qū)域的企業(yè)直接輸送人才。

綜上所述，如何根據(jù)獨立學院自身特點和發(fā)展情況，充分發(fā)揮地方和區(qū)域的優(yōu)勢，改革課程教學，橋接和利用“軟”、“硬”兩方面基礎建設的資源，加強學生的動手和實踐能力，培養(yǎng)與社會需要接軌的應用型人才，為地方和區(qū)域的社會和經(jīng)濟發(fā)展服務，值得深入研究和探索。

二、課程教學改革的具體實施方法

可編程控制器課程教學改革的目標是著重改善以上三個方面，使學生在學好基本理論的基礎上，結合生產(chǎn)實際設備情況，牢固掌握PLC控制的基本環(huán)節(jié)，掌握常用可編程控制器的基本結構、基本指令、高級指令以及在各種條件下實際應用方法，掌握可編程控制器工作原理、使用、編程和安裝，同時也培養(yǎng)學生面對生產(chǎn)實際中工程項目的實踐能力和綜合素質(zhì)。根據(jù)該總體目標，提出課程教學改革的具體實施方法如下：

1.整合“理論教學”、“實物教學”與“多媒體教學”三位一體的教學內(nèi)容

充分利用多媒體教學優(yōu)勢，在課件中引用實物（如繼電器、具體型號的可編程控制器的電源配置、CPU配置、I/O系統(tǒng)等）的圖片、視頻等資料，課堂拆解展示可編程控制器相關的硬件實物，甚至帶領學生到工業(yè)現(xiàn)場參觀，使學生對可編程控制器有直觀感性的認識，消除其陌生感和距離感。此外，在講解書本的理論知識（如比較指令、位操作指令、數(shù)據(jù)移動指令、數(shù)據(jù)表格指令、數(shù)據(jù)轉換指令和控制指令等）后，課堂調(diào)試可編程控制器程序，仿真運行結果，對理論結果進行驗證，以激發(fā)學生的興趣，消除對單純理論分析的厭惡感。

2.角色互換及互動討論式的理論教學方式

改變傳統(tǒng)的“老師機械講，學生被動聽”的教學方式，合理安排45分鐘的課堂時間。前10鐘讓學生當“老師”回顧過往課程的內(nèi)容，老師在旁聆聽并糾正。接下來20分鐘由老師講解本節(jié)課中理論知識的基礎、重點和難點，夯實理論基礎。最后的15分鐘，老師設置案例或習題，并引導學生相互討論，主動思考，運用前面講述的原理對案例進行剖析，對習題進行求解，從而實現(xiàn)理論知識的“現(xiàn)學現(xiàn)用，靈活運用”。使用該方法，既可以調(diào)動學生學習的積極性，又可以提高學生的思辨能力，還可以鍛煉學生的表達能力，從而增強學生的綜合素質(zhì)。例如，在講解自動倉儲自動控制的程序時，首先讓學生回顧自動倉儲的原理和基本組成，以及電氣接線方法和傳感器的使用方法，然后老師講解自動倉儲的基本工作流程、控制程序的模塊劃分及總體思路，最后學生討論梯形圖程序的具體實現(xiàn)。

3.基礎+綜合+實戰(zhàn)”三階段層次遞進型的實踐教學方式

“基礎+綜合+實戰(zhàn)”三階段的課題設置如表1所示。在“基礎”階段，通過布置大量知識單一、功能獨立且具有代表性的基礎性實驗案例，使學生全面熟悉GE實驗室中現(xiàn)有實驗設備的硬件結構，深刻理解PLC程序的分析、設計、實現(xiàn)的方法，并掌握將程序?qū)懭胗布羞M行調(diào)試運行的流程。一方面有助于學生理解授課內(nèi)容，另一方面使學生具備基本的動手能力。在“綜合”階段，設置知識復合、功能集成且具有工業(yè)應用價值的綜合性課程設計項目，讓學生自由分組并選擇其中一個感興趣的項目實施。自行選定題目后，根據(jù)已學過的知識和參考相關教材，設計方案，選擇儀器設備，編制程序。通過小組的分工合作、團隊配合，提升學生綜合運用理論知識分析、解決實際問題的能力。在“實戰(zhàn)”階段，一方面通過與地區(qū)和區(qū)域的企業(yè)合作建立實訓基地，輸送學生直接參與企業(yè)的生產(chǎn)實際項目，從而積累項目經(jīng)驗，實現(xiàn)學生畢業(yè)后在可編程控制器技術的相關應用領域“零距離上崗”的目標；另一方面，鼓勵和組織學生參與可編程控制器的相關競賽，通過這種與其他院校的學生在知識和能力上的直接碰撞，使學生開闊眼界，認識差距，激發(fā)學生深入學習和研究的動力，實現(xiàn)“以賽促學”的目標。

表1 “基礎+綜合+實戰(zhàn)”三階段的課題設置

階段 課題題目 能力與目標

基礎 數(shù)值與邏輯控制 掌握數(shù)值類型以及邏輯控制基本概念

PLC梯形圖 掌握梯形圖編程語言

PLC接口電路 了解常用的電氣開關符號，會讀接口電路

現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡通信 了解工業(yè)現(xiàn)場總線和通信協(xié)議

綜合 交通信號燈的控制 掌握十字路口交通燈的程序設計方法，熟悉PLC指令的應用

多種液體自動混合裝置的控制 掌握PLC與外圍控制電路的實際接線，掌握延時指令

LED數(shù)字電子鐘的控制 學會用PLC控制LED數(shù)碼管，掌握移位指令

基于觸摸屏的電機轉速測量控制設計 熟悉觸摸屏的使用方法，掌握數(shù)據(jù)傳送指令

三相異步電動機的變頻調(diào)速控制 掌握通過模擬量給定實現(xiàn)變頻器速度控制的設計方法

汽車制造機械手控制 掌握順序編程指令，實現(xiàn)簡單的觸摸屏人機界面編程應用

自動倉儲自動控制設計 了解接近傳感器、光電傳感器的使用方法；掌握PAC編程控制倉儲設備

MPS模塊化生產(chǎn)線控制設計 了解模塊化生產(chǎn)線的結構與設備，掌握用PAC編程控制模塊化生產(chǎn)線

實戰(zhàn) 鋼鐵生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng) 熟悉各種工業(yè)生產(chǎn)實際過程（如鋼鐵生產(chǎn)、汽車制造、自動倉儲和污水處理等），分析和抽取過程中涉及的控制點，了解團隊的組織成員及各成員承擔的角色，明確自己的職責和范圍以及溝通渠道和方式，完成自己承擔的子模塊開發(fā)任務，并協(xié)助團隊實現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)

汽車制造流水線控制系統(tǒng)

自動倉儲雙軸位置控制系統(tǒng)

基于IFIX的污水處理系統(tǒng)

三、課程教學改革實踐效果

華中科技大學文華學院對可編程控制器課程建設十分重視，于2009年與GE Fanuc公司合作共建了可編程控制器的實踐平臺——GE實驗室，包括可編程控制器基礎實驗室和實訓裝置實驗室。其中，基礎實驗室由10套標準北美PAC培訓系統(tǒng)控制器、10臺PLC模擬試驗臺和10臺電源構成，實訓裝置實驗室由過程控制綜合實驗裝置、MPS模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)、三周運動機構、立體倉庫實訓裝置構成。同時，作者結合GE實驗室的實際設備，編寫了《GE可編程控制器原理》校內(nèi)講義，考慮到為本地區(qū)的武漢鋼鐵公司、神龍汽車有限公司和九州通醫(yī)藥集團等龍頭企業(yè)輸送人才，在教程講義編寫上選擇性地加重了可編程控制器在鋼鐵生產(chǎn)、汽車制造和醫(yī)藥倉儲等應用領域的內(nèi)容。

在此基礎上，于2010年進一步對課程教學進行改革，目前已經(jīng)實踐了三屆學生，取得一定成效：組織學生參加2011年和2012年“GE平臺大學生自動化控制設計大賽”，針對武漢暴雨后的“看?！爆F(xiàn)象，設計了基于IFIX的污水處理系統(tǒng)，并獲得優(yōu)秀獎；根據(jù)專業(yè)學生就業(yè)去向統(tǒng)計，在可編程控制器技術的相關領域?qū)W生就業(yè)數(shù)量從2010年的12人提升到2012年的19人。

四、結束語

針對獨立學院的特點和畢業(yè)生的就業(yè)需求，結合自身的教學經(jīng)驗，提出了“擺脫母體學校教學方式的輻射和影響，充分發(fā)揮地方和區(qū)域優(yōu)勢”的獨立學院“可編程控制器”課程教學改革的總體思路。具體實施方法包括：整合“理論教學”、“實物教學”與“多媒體教學”三位一體的教學內(nèi)容；角色互換及互動討論式的理論教學方式；“基礎+綜合+實戰(zhàn)”三階段層次遞進型的實踐教學方式。此外，自主編寫適合本校學生的實驗教材，安排學生工廠實習，在實習中培養(yǎng)和提高學生的團隊合作素質(zhì)，從而達到為地方和區(qū)域的社會和經(jīng)濟發(fā)展輸送人才的目的。從就業(yè)形勢看，課程教學改革取得了較為滿意的效果。下一步，將深化與地方和區(qū)域相關企業(yè)的合作，建立長期穩(wěn)定的實踐基地，同時獲取母體學校在實驗平臺方面的優(yōu)質(zhì)資源，彌補獨立學院在硬件建設方面的不足。

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（責任編輯：王意琴）