王曉瑜

（西安航空學(xué)院 電子工程學(xué)院，陜西 西安）

一 引言

2018年8月，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，提出落實立德樹人根本任務(wù)，形成高水平人才培養(yǎng)體系，是國家“雙一流”教育戰(zhàn)略背景下，一流本科教育的建設(shè)目標。也就是說，地方普通高校人才培養(yǎng)的核心要求轉(zhuǎn)向德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展；轉(zhuǎn)變?nèi)瞬排囵B(yǎng)理念、目標、模式和方法，構(gòu)建起適應(yīng)新時代的一流本科教育體系，實現(xiàn)本科人才培養(yǎng)體系和課程的優(yōu)化[1-2]。

隨著地方應(yīng)用型本科院校一流專業(yè)及一流課程建設(shè)的持續(xù)推進，近年來，不少教育工作者對自動化專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)體系建設(shè)及一流課程建設(shè)也進行了積極的研究。上海工程技術(shù)大學(xué)校長夏建國指出，該校致力于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的、具有國際視野的卓越一線工程師，形成了“依托行業(yè)、服務(wù)企業(yè)，培養(yǎng)一線工程師為主的高層次應(yīng)用技術(shù)人才”的辦學(xué)特色[3]；肖麗仙提出，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，關(guān)鍵在于落實課程教學(xué)的應(yīng)用型改革，她針對“電氣控制與 PLC 技術(shù)”課程，提出教學(xué)內(nèi)容、實驗設(shè)備、教學(xué)組織和考核“四個一體化”的課程教學(xué)改革模式，實現(xiàn)教、學(xué)、做、評的融合[4]；蔡曉敏等人提出了“新工科”背景下，對自動化專業(yè)核心課程“電氣控制與PLC”課程實踐分基礎(chǔ)實驗教學(xué)、項目訓(xùn)練、綜合創(chuàng)新三步走，循序滿足自動化控制系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)實踐的需求的思路[5]；馬昕詳細論述了將“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽學(xué)科競賽融入自動化專業(yè)學(xué)生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方式，得出了學(xué)科競賽能夠顯著提高大學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能、鞏固教學(xué)成果、優(yōu)化工程創(chuàng)新環(huán)境的結(jié)論[6]。

西安航空學(xué)院是2012年升格的地方本科院校，下設(shè)的電子工程學(xué)院是陜西省首批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革試點學(xué)院，遵循教研〔2018〕5號文件對地方本科院校“雙一流”的指導(dǎo)意見，本項目對傳統(tǒng)工科“自動化”專業(yè)人才培養(yǎng)方案的核心專業(yè)課程《PLC原理及應(yīng)用》的課程內(nèi)容等方面進行改革，探索與實踐培養(yǎng)具有“心中愛國，科技報國”，勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型高素質(zhì)技術(shù)人才。

二 課程與教學(xué)改革要解決的重點問題

（一） 課程理論知識的前沿性與專業(yè)基礎(chǔ)知識兼顧問題

PLC技術(shù)是工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，而控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是PLC技術(shù)在自動化領(lǐng)域的前沿技術(shù)，作為面向自動化專業(yè)培養(yǎng)的專業(yè)核心課程，需兼顧學(xué)生的基礎(chǔ)，同時又要體現(xiàn)工控技術(shù)發(fā)展的時代特征，提升課程的高階性和創(chuàng)新性。

（二） 課程教材的特色與人才培養(yǎng)有機融合問題

國內(nèi)PLC課程教材多為雙一流大學(xué)的偏理論輕應(yīng)用和職業(yè)技術(shù)學(xué)校的輕理論偏應(yīng)用維修兩大類。我校為應(yīng)用型本科，因材施教才能滿足高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。

（三） 課程實驗內(nèi)容的探究性與驗證性之間的轉(zhuǎn)型問題

通過實驗驗證課堂所學(xué)理論知識，是掌握知識的一種有效手段，但因?qū)嶒炘O(shè)備受限，實驗內(nèi)容只能通過仿真或傳統(tǒng)的插拔式實驗平臺實現(xiàn)，學(xué)生難以形成PLC系統(tǒng)的硬件電路和程序控制的整體認識，學(xué)生自學(xué)探究能力弱，實驗內(nèi)容挑戰(zhàn)度低。

三 課程教學(xué)改革研究路徑

我校“自動化”本科學(xué)生生源多來自陜西，結(jié)合學(xué)校“行業(yè)性、地方性、應(yīng)用型”的辦學(xué)定位和“雙一流”的教育戰(zhàn)略路線，針對上述問題，對《PLC原理及應(yīng)用》課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源建設(shè)、課程教學(xué)內(nèi)容及組織實施、教學(xué)模式與手段、課程成績評定方式等方面展開。

（一） 課程內(nèi)容改革

1. 針對課程理論知識的前沿性與專業(yè)基礎(chǔ)知識兼顧問題，根據(jù)自動化領(lǐng)域應(yīng)用型本科生的學(xué)科基礎(chǔ)，以工控過程中信號流為主線，從信號的傳感、采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理，到信號數(shù)模轉(zhuǎn)換和執(zhí)行輸出，編排PLC相關(guān)的基礎(chǔ)知識和技術(shù)原理，并在相關(guān)節(jié)點引入工控領(lǐng)域?qū)嵱冒咐颓把丶夹g(shù)，實現(xiàn)兩者的有機融合，提升課程的高階性和創(chuàng)新性。

2. 針對課程教材的特色與人才培養(yǎng)有機融合問題，筆者編著新形態(tài)應(yīng)用型本科教材——《電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)》，根據(jù)課程核心職業(yè)能力重構(gòu)并模塊化教材內(nèi)容，共分為六大模塊：PLC硬件、基本指令及程序設(shè)計、模擬量與PID控制、PLC網(wǎng)絡(luò)通信、PLC變頻調(diào)速、PLC工程設(shè)計應(yīng)用實例，自制與知識點配套的仿真和實操一體化微課案例視頻34個（在教材知識點有二維碼，掃碼即可實時觀看），將實驗室搬到課堂，教學(xué)情景直觀生動，有效達成高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目的。

3.針對課程實驗內(nèi)容的探究性與驗證性之間的轉(zhuǎn)型問題，筆者基于探索性實驗設(shè)計，自主研發(fā)了“基于PLC、VVVF和HMI的多功能實訓(xùn)平臺”，引入“PLC控制參數(shù)整定”“三臺PLC實現(xiàn)PPI通信”等探索性實驗環(huán)節(jié)，提升了學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。

（二） 教學(xué)資源建設(shè)及應(yīng)用

1.課程團隊5名成員雙師雙能年輕化，平均年齡36歲；職稱和學(xué)歷分配合理，團隊有2名教授，工程師1名，講師2名；3名博士，2名碩士。團隊成員具有深厚理論功底，豐富的教學(xué)和科研實踐經(jīng)驗，多人曾獲教學(xué)相關(guān)省級和校級獎項，為課程教學(xué)提供有力支持。

2.編著新形態(tài)教材，輔以其他優(yōu)秀教材；自制教學(xué)案例微課視頻、電子教案、PPT課件、習(xí)題庫等教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)通、中國大學(xué)慕課和數(shù)字化圖書館資源，了解學(xué)科發(fā)展動態(tài)和前沿技術(shù)，提升知識學(xué)習(xí)的深度和廣度。

3.基于探索性實驗設(shè)計，自主研發(fā)了課程群實驗平臺，可以滿足“電氣控制技術(shù)”“PLC原理及應(yīng)用”“組態(tài)技術(shù)”“控制系統(tǒng)計算機仿真”“變頻調(diào)速技術(shù)”“自動控制原理”等專業(yè)課程的基礎(chǔ)驗證實驗、綜合設(shè)計實驗和自主創(chuàng)新設(shè)計三個不同層次的實驗?zāi)K，通過小組化實驗，滿足學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)需求。

4.依托團隊所在科研平臺，梳理出典型學(xué)科交叉項目，如“PROFIBUS-DP遠程智能從站技術(shù)在高爐爐頂上料控制系統(tǒng)的改造與實現(xiàn)”“多工位組合機床控制系統(tǒng)的PLC改造與實現(xiàn)”等，作為課堂教學(xué)案例分析，啟迪學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新意識。

四 課程教學(xué)內(nèi)容及組織實施

（一） 課程思政進課堂

以我國智能制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀為點，以自動化專業(yè)知識為線，以重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容為面，課程思政元素融入教學(xué)目標；通過教學(xué)大綱把立德樹人內(nèi)化到課程內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評價中，促使知識傳授與情感價值觀教育同頻共振，培養(yǎng)特色鮮明的“心中愛國，科技報國”的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

（二） 構(gòu)建以“學(xué)生”為中心的閉環(huán)教學(xué)法

1.課程貫穿硬件—系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力全局觀。精選部分程序設(shè)計案例為PBL（Problem-Based Learning 問題式學(xué)習(xí)）小組討論課，如“多種方法實現(xiàn)階梯燈定時點亮控制程序設(shè)計的PBL的教學(xué)”，增加學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和參與度，培養(yǎng)學(xué)生的多途徑程序設(shè)計能力。

2. 課程實驗環(huán)節(jié)增加探究型內(nèi)容，將校級開放實驗室“西門子PLC科技創(chuàng)新訓(xùn)練”項目改為RBL（Research-Based Learning探究式學(xué)習(xí)）開放實驗，如“PID參數(shù)整定的RBL教學(xué)”，加強操作實訓(xùn)，讓學(xué)生體驗“跳一跳才能夠得著”的學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)。

3.課堂教學(xué)內(nèi)容則由項目驅(qū)動，通過類比法和案例法導(dǎo)入、啟發(fā)學(xué)生，使學(xué)生參與教學(xué)，借助理實一體化微課視頻閉環(huán)實現(xiàn)。

五 課程成績評定方式

課程成績評定方式共由平時成績、實驗成績和閉卷考試成績?nèi)糠纸M成。占比分別為：平時成績15%（個人作業(yè)、參與課堂分組討論和個人現(xiàn)場仿真展演），實驗成績15%（分組實驗操作與答辯、實驗報告）和閉卷考試成績70%（理論知識測試、程序設(shè)計）。

六 課程評價及改革成效

（一） 課程評價

1. 學(xué)生評教和教師互評近滿分

2019-2020學(xué)年學(xué)院排名第1，學(xué)校排名第14名（為前2.8%）。

2. 良好的示范和引領(lǐng)效應(yīng)

行業(yè)專家和校督導(dǎo)專家認為，該課程創(chuàng)新重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，編著新形態(tài)教材，輔以其他優(yōu)秀教材和教學(xué)資源，借助校級優(yōu)秀教學(xué)成果，通過PBL和RBL教學(xué)法開展教學(xué)，集知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育為一體，通過用人單位反饋，應(yīng)用效果顯著。

課程組創(chuàng)新性制作的微信掃碼的仿真+實驗一體化案例視頻，引實驗進課堂，真實直觀反映實驗過程及結(jié)果，便于學(xué)生在線學(xué)習(xí)，對高校同類課程的改革和建設(shè)具有良好的示范和引領(lǐng)效應(yīng)。

（二） 改革成效

1. 學(xué)生學(xué)科競賽獲獎多

2015-2018級自動化專業(yè)學(xué)生參加“西門子杯中國智能挑戰(zhàn)賽”共獲獎30項，其中國家級獎項10項、西部賽區(qū)獎項20項；獲批與該課程相關(guān)的省級大創(chuàng)項目4項。

2.優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計數(shù)量多

課程負責(zé)人指導(dǎo)五屆PLC類畢業(yè)設(shè)計共獲“校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計”11人次，并獲得西安航空學(xué)院2018-2020屆“校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師”榮譽稱號。

3. 課程團隊成員獲獎多

課程團隊成員在2017、2019年“陜西省高校教師實踐技能競賽”獲省級三等獎5人次；2018-2020年獲“校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)優(yōu)秀指導(dǎo)教師”3人次，2019、2020年獲校“教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀獎”和“青年教師教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀獎”3人次，2018-2020屆“校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師”1人次，均獲獎2.4次。

4. 優(yōu)秀教學(xué)成果作支撐

課程團隊研發(fā)的“基于PLC、VVVF和HMI的多功能實訓(xùn)平臺”助力實踐教學(xué)及學(xué)科競賽，滿足本課程探究式學(xué)習(xí)需求，獲2019年“校級優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎”。

5. 教學(xué)助力科研

課程負責(zé)人在2016-2021年間共發(fā)表PLC類核心科研論文13篇，獲批主持省級科研項目“基于PLC、人機界面及變頻器的錨桿鉆機智能可視化控制系統(tǒng)應(yīng)用研究”和校級科研項目“混合型拓撲結(jié)構(gòu)在高爐爐頂監(jiān)控系統(tǒng)PROFIBUS-DP總線技術(shù)中的改造與實現(xiàn)”各1項，助力科研，實現(xiàn)課程內(nèi)容的前沿性與專業(yè)基礎(chǔ)知識有機融合。

6. 學(xué)生受益面廣

我校自動化、機械電子、機械設(shè)計、測控技術(shù)等本科專業(yè)的《PLC原理及應(yīng)用》《機床電氣控制與PLC》《電氣控制與PLC技術(shù)》課程《可編程控制器及應(yīng)用》課程均使用本課程組編著教材和立體化案例視頻，應(yīng)用范圍大；通過校級開放實驗室“西門子PLC科技創(chuàng)新訓(xùn)練”項目研究性和綜合性知識學(xué)習(xí)，加強操作實訓(xùn)，接受學(xué)科競賽訓(xùn)練，受益面廣。

7.用人單位評價高

杭州和利時自動化有限西安分公司、南京科遠智慧科技集團股份有限西安分公司公司、西安華訊微芯科技有限責(zé)任公司等認為我校自動化專業(yè)學(xué)生通過該課程學(xué)習(xí)后，具有強烈的社會責(zé)任感、較高的創(chuàng)新精神和突出的實踐能力，在各自單位的生產(chǎn)和研發(fā)過程發(fā)揮了高素質(zhì)應(yīng)用型人才的積極作用。

七 結(jié)語

以國家對應(yīng)用型本科院校“一流專業(yè)”和“一流課程”的建設(shè)目標為指引，對標目前應(yīng)用型本科院校自動化專業(yè)的核心課程“PLC原理及應(yīng)用”課程與教學(xué)改革要解決的重點問題，首先根據(jù)課程核心職業(yè)能力重構(gòu)并模塊化教材內(nèi)容，選用自編新形態(tài)應(yīng)用型本科教材，課程思政元素融入教學(xué)目標；通過教學(xué)大綱把立德樹人內(nèi)化到課程內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評價中。其次，創(chuàng)新形成以“學(xué)生”為中心的動態(tài)閉環(huán)教學(xué)法，項目驅(qū)動課堂教學(xué)內(nèi)容，通過類比法和案例法導(dǎo)入，借助自制微信掃碼的理實一體化微課視頻，啟發(fā)學(xué)生，使學(xué)生參與PBL小組討論教學(xué)，最終借助個人仿真展演方式，動態(tài)閉環(huán)體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和參與度；最后，在課程實驗環(huán)節(jié)，引入多個探索性實驗設(shè)計和“西門子PLC科技創(chuàng)新訓(xùn)練”項目教學(xué)，助力課程的實踐教學(xué)和“西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽”，進一步體現(xiàn)課程的高階性和創(chuàng)新性。學(xué)生受益面廣，多方教學(xué)評教優(yōu)秀，用人單位評價高，有效培養(yǎng)了學(xué)生解決自動化專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力，課程教學(xué)目標和人才培養(yǎng)目標達成程度高，該課程已經(jīng)被評為2021年省級線下一流課程，對西安航空學(xué)院建設(shè)陜西省一流學(xué)院有著重要的連帶推動作用，也將對今后的若干年西安航空學(xué)院建設(shè)高水平的應(yīng)用型高等學(xué)校有著不可或缺的貢獻。