李尚榮，張衛(wèi)平，單文桃，葉　霞

“電氣控制與PLC”微課教學(xué)設(shè)計

李尚榮，張衛(wèi)平，單文桃，葉霞

微課是實施翻轉(zhuǎn)課堂等創(chuàng)新教學(xué)模式的重要手段，可有效提升教學(xué)效果。分析了“電氣控制與PLC”課程知識體系結(jié)構(gòu)以及微課開發(fā)的流程，以三相交流電機正反轉(zhuǎn)控制知識點為例，進行了該知識點的微課教學(xué)設(shè)計。從微視頻制作腳本設(shè)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(yè)；電氣控制與PLC；教學(xué)設(shè)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(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程要求學(xué)生既要學(xué)好理論知識，又要掌握電氣控制應(yīng)用技能。常規(guī)課堂講授型教學(xué)模式存在課時較長、知識點多、學(xué)習(xí)時間和地點難以自由選擇、不能多次重復(fù)進行課堂學(xué)習(xí)等不足，這些都不同程度地影響了學(xué)習(xí)成效和教學(xué)效果。

在英國納皮爾大學(xué)（Napier University）T.P.Kee提倡的一分鐘演講和美國北愛荷華大學(xué)（University of Northern Iowa）教授LeRoy A.McGrew所提倡的60秒課程基礎(chǔ)上［1-2］，微課創(chuàng)始人戴維·彭羅斯（David Penrose）根據(jù)人類認知規(guī)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(xué)環(huán)節(jié)而精心設(shè)計開發(fā)的一種以流媒體形式展示的半結(jié)構(gòu)化、情景化、可動態(tài)生成與交互的數(shù)字資源，一般時間較短（10分鐘左右），結(jié)構(gòu)完整。［4］美國人薩爾曼·可罕通過自錄微視頻輔導(dǎo)異地的表親，無意中啟動了以微課和翻轉(zhuǎn)課堂為代表的一種全新的教學(xué)模式［5］，并創(chuàng)辦了可汗學(xué)院。當(dāng)前，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的微課和翻轉(zhuǎn)課堂正在全球范圍內(nèi)掀起一種全新的教學(xué)方式變革。

本文運用微課的相關(guān)理念和課程教學(xué)方法，簡要分析了“電氣控制與PLC”課程的知識結(jié)構(gòu)，并以三相交流電機正反轉(zhuǎn)控制知識點為例，分析微課教學(xué)設(shè)計的思路，概括了微視頻編輯的相關(guān)要點。

一、微課教學(xué)設(shè)計

對一門課程實施微課教學(xué)，首先需要對該課程的知識體系結(jié)構(gòu)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(yīng)用案例等；再圍繞這些知識點，按照課程教學(xué)要求，完成微課教學(xué)設(shè)計和微視頻制作；然后，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)交流平臺上，供需要的人觀看和學(xué)習(xí)。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(jié)構(gòu)進行簡要分析。

（一）課程知識體系結(jié)構(gòu)

電氣控制主要以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(jù)應(yīng)用要求，采用相應(yīng)的控制方法。機械類專業(yè)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(guān)概念、硬件電路原理和程序設(shè)計。

“電氣控制與PLC”課程的知識體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，該課程內(nèi)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(nèi)容和邏輯關(guān)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(gòu)建的硬件電路實現(xiàn)的邏輯控制系統(tǒng)，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(tǒng)電路設(shè)計”順序，層層遞進、由簡單到復(fù)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(guān)按鈕和接近開關(guān)作為PLC輸入，來檢測控制對象的狀態(tài)，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(xiàn)的控制邏輯關(guān)系運算。這部分介紹了PLC控制相關(guān)的指令、編程等的軟件資源和電路接線相關(guān)的硬件資源。PLC控制是對繼電器接觸器控制的技術(shù)升級，因此，繼電器接觸器控制是基礎(chǔ)，繼電器接觸器控制系統(tǒng)均可以通過PLC進行技術(shù)改造和升級。

圖1　“電氣控制與PLC”課程知識體系結(jié)構(gòu)

（二）微課開發(fā)流程

微課的開發(fā)過程一般包括選擇知識點、微課教學(xué)設(shè)計、微視頻錄制腳本設(shè)計、微視頻錄制、微視頻編輯和發(fā)布等主要步驟［6］，整個開發(fā)流程如圖2所示。

圖2　微課開發(fā)基本流程

在課程總體知識體系結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，可按章節(jié)順序，從問題、案例、原理或應(yīng)用等不同角度分解梳理出各個知識點，按照圖2的開發(fā)流程，實施微課教學(xué)設(shè)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(zhuǎn)控制”為例，簡述其教學(xué)設(shè)計。

（三）微課教學(xué)設(shè)計

微課教學(xué)設(shè)計主要針對某個知識點，因此，仍需具備課程教學(xué)設(shè)計的一般要素，即教學(xué)思路、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點與難點、教學(xué)過程設(shè)計和教學(xué)反饋等內(nèi)容。三相交流電機正反轉(zhuǎn)控制微課設(shè)計的總體思路是以問題為導(dǎo)向，分析其原理和電路設(shè)計演變過程，最后，給出該知識點的延伸以及與后續(xù)知識的聯(lián)系。

1.教學(xué)思路。本知識點采用基于問題導(dǎo)向的教學(xué)模式，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過生產(chǎn)或生活中的實例，采用“提出問題→分析問題→解決問題”的教學(xué)思路。如圖3所示，首先，通過生產(chǎn)和生活中的實例引出問題“三相交流電機正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方向與電源相序的關(guān)系，得出換向方法：換接三相電源中的任意兩相，即可實現(xiàn)換向?？刂品椒▌t是運用兩個交流接觸器分別控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)對應(yīng)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(chǎn)生與設(shè)計原理。最后，通過制作的三相交流電機正反轉(zhuǎn)電路板的演示以及動畫模擬，展示電路設(shè)計結(jié)果。圖3中的虛線框“應(yīng)用能力訓(xùn)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(xué)習(xí)的知識點。

圖3　基于問題的教學(xué)設(shè)計思路

2.教學(xué)設(shè)計。本知識點完整的教學(xué)設(shè)計如表1所示。

表1　三相交流電機正反轉(zhuǎn)控制教學(xué)設(shè)計

二、微視頻制作

（一）微視頻制作腳本設(shè)計

微視頻是針對特定的知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)，在精心教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)上，以微視頻錄制腳本為依據(jù)，搜集相關(guān)素材，利用不同的錄制設(shè)備與軟件制作的具有情景化、趣味性、可視化的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源包。它是微課的核心，持續(xù)時間一般在10分鐘左右，文件占用存儲空間小，并發(fā)布在合適的網(wǎng)絡(luò)平臺上，以供學(xué)習(xí)者在線或下載學(xué)習(xí)。在完成了三相交流電機正反轉(zhuǎn)控制的教學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)上，再設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yè)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(yōu)先使用的視頻錄制軟件。錄制中，安靜的環(huán)境、具有降噪功能的麥克風(fēng)、較詳細的講稿、合適的語音與語調(diào)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(biāo)題、字幕或旁白、添加畫中畫、給視頻配音、視頻之間添加轉(zhuǎn)場動畫、設(shè)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(xù)完整的微視頻，輸出適用于網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)控制知識點為對象，分析了該課程的知識體系結(jié)構(gòu)、微課教學(xué)設(shè)計和微視頻錄制腳本設(shè)計及后期編輯要點，未來將在微課教學(xué)實踐方面繼續(xù)進行探索。

［1］宋瓊，宋楠.關(guān)于微課程支持下的翻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式設(shè)計和實踐［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2014，24（5）：26-32.

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

［4］薩爾曼·可汗.翻轉(zhuǎn)課堂的可汗學(xué)院：互聯(lián)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(zhuǎn)課堂”的實質(zhì)及其應(yīng)用［J］.上海教育科研，2014（8）：15-18

［6］陳玉琨，田愛麗.慕課與翻轉(zhuǎn)課堂導(dǎo)論［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2014.

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

［責(zé)任編輯盛艷］

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

李尚榮，男，江蘇理工學(xué)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(xué)院。

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