張宏偉，王新環(huán)，荊鵬輝

（河南理工大學 電氣工程與自動化學院，河南 焦作454003）

0 引言

非全日制研究生教育是我國研究生教育的重要組成部分。發(fā)展非全日制研究生教育，是促進我國學習型社會建設、構(gòu)建服務全民終身學習教育體系的重要舉措，有利于加快培養(yǎng)高層次創(chuàng)新型、復合型、應用型人才［1～2］。為推進全日制和非全日制研究生教育協(xié)調(diào)發(fā)展，加強規(guī)范管理，2016年教育部辦公廳印發(fā)《關(guān)于統(tǒng)籌全日制和非全日制研究生管理工作的通知》，明確自2017年起，全日制和非全日制研究生由國家統(tǒng)一下達招生計劃，考試招生執(zhí)行相同的政策和標準，培養(yǎng)質(zhì)量堅持同一要求，學歷學位證書具有同等法律地位和相同效力。

盡管考研競爭日趨激烈，但非全日制專業(yè)研究生卻面臨生源不足的問題。究其原因，主要是擔心畢業(yè)后非全日制文憑不被就業(yè)單位認可。目前，非全日制研究生就業(yè)歧視問題確實存在，不少用人單位仍將非全日制研究生拒之門外［2～3］。2020年2月教育部辦公廳等五部門發(fā)布《關(guān)于進一步做好非全日制研究生就業(yè)工作的通知》，明確要求各級公務員招錄、事業(yè)單位及國有企業(yè)公開招聘要根據(jù)崗位需求合理制定招聘條件，對不同教育形式的研究生提供平等就業(yè)機會。

非全日制研究生遭歧視并非沒有緣由。目前非全日制研究生收費普遍高于全日制，受早期在職研究生的影響，非全日制研究生無形中被打上質(zhì)量低的標簽，甚至不乏掏錢就能拿學位的說法［3］。要改變這種現(xiàn)狀，除了改變公眾刻板印象之外，也需要正視當下非全日制研究生教育中存在的問題［4～5］。

（1）部分院校的非全日制研究生培養(yǎng)方案基本上是參照全日制培養(yǎng)方案來制訂的，缺少針對非全日制研究生特點的課程，大多數(shù)非全日制研究生教育仍以理論講解為主，缺少實踐性環(huán)節(jié)。培養(yǎng)質(zhì)量難以保障。

（2）工作和學習時間難以統(tǒng)籌兼顧。由于非全日制研究生大多有工作，工作與學習時間不好協(xié)調(diào)，大多數(shù)高校采取集中授課學方式。集中授課學生一周要學完6、7門課程學習，一天要上10多個小時的課程。教師為了趕進度，壓縮學時；學生課程多，沒法及時消化吸收，教學質(zhì)量難以保證。

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”對教育產(chǎn)生的影響

隨著網(wǎng)絡技術(shù)和移動通信的迅速發(fā)展，高等教育正面臨著新的問題和挑戰(zhàn)?！笆濉睂ξ覈逃畔⒒M行了明確的規(guī)劃，要求在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景下深化高等教育領域的綜合改革，創(chuàng)新教育教學方式?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”是以移動通信、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的新一代網(wǎng)絡信息技術(shù)與教育領域相結(jié)合的新型教育模式，以新形態(tài)的互聯(lián)網(wǎng)來推動傳統(tǒng)教育行業(yè)的改革和發(fā)展。“互聯(lián)網(wǎng)+”對教育產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面［6～9］：

1）知識獲取方式發(fā)生了深刻變化

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時代的到來，人們獲取知識的方式發(fā)生了根本性變化，越來越多的學生習慣利用電腦、平板、智能手機等移動終端設備從互聯(lián)網(wǎng)搜索自己喜歡的文章和視頻學習，網(wǎng)絡信息化的普及使得知識的獲取不再受時間和空間的制約，知識獲取方式更加多樣，途徑更加便捷。在線學習成為一種新的學習方式，以慕課MOOC（Massive Open Online Courses）為代表的在線教育模式是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物，它打破了傳統(tǒng)教育的時空界限，顛覆了傳統(tǒng)大學課堂教與學的方式，對高等教育產(chǎn)生了深刻影響。

2）課堂教學形式發(fā)生變化

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，以“雨課堂”、“藍墨云班課”為代表移動環(huán)境下智慧教學平臺越來越多地被用于課堂教學，通過智慧教學工具的應用，可以實現(xiàn)在線考勤、課程討論、課堂測驗、作業(yè)提交，可以增加課堂教學的師生互動，及時了解學生成效，使教師更關(guān)注于教學，有助于提升課堂效率。

3）實驗教學模式發(fā)生變化

傳統(tǒng)的實驗教學需要學生到實驗室，利用實驗設備開展實驗，現(xiàn)有實驗設備體積大、功能單一，無法滿足多樣化教學需求。虛擬仿真技術(shù)具有投資少、安全性高、拓展性強等優(yōu)點，不受時間空間限制。通過虛擬仿真技術(shù)開展實驗教學，不僅可以延伸實驗教學時間和空間，還可以拓展實驗教學內(nèi)容廣度和深度、節(jié)省實驗成本，是提升實驗教學質(zhì)量和水平的重要舉措。

2 線上線下混合式教學方法

2.1 在線教學的特點

在信息技術(shù)和移動通信普及的互聯(lián)網(wǎng)時代，人們對個性化、多樣化、終身化學習需求日益增加，在線學習成為一種新的學習方式，在線教學具有以下優(yōu)點［6～9］：

（1）打破了學習的時空界限。非全日制專業(yè)碩士采取非脫產(chǎn)方式學習，由于工作單位不同，工作性質(zhì)不同，學生層次復雜多樣，在線課程教學模式打破了傳統(tǒng)學習的時空界限，可以讓學生更加自由的接受教育，組織學習。

（2）教學資源豐富，學習形式多樣。相比傳統(tǒng)課堂教學，在線教學可以充分發(fā)揮教師和學生的自主性，教學內(nèi)容、教學資源更加豐富，學習形式更加多樣，更能充分體現(xiàn)學生作為學習主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性，滿足個性化學習需求。

為更好地推進工程類專業(yè)學位研究生教育在線課程建設項目和混合式教學模式的實施，在教育部在線教育研究中心的支持下，全國工程專業(yè)學位研究生教育指導委員會與北京慕華信息科技有限公司（學堂在線）結(jié)成在線教育合作伙伴，在“學堂在線”平臺上為教指委免費提供“全國工程類專業(yè)學位研究生在線課程公共平臺”，包括在線課程、在線講座和教輔資源三類。2019年，我校四門課程獲得在線課程和教輔資源立項建設。

2.2 在線教學存在的問題

優(yōu)質(zhì)的學習資源并不等同于有效的學習。學習資源需要與教學內(nèi)容和教學目標密切關(guān)聯(lián)，需要與學習者的身心特征相匹配，才能夠有效促進學習［6］。在線課程建設周期長，成本高、難度大。完全網(wǎng)上在線學習模式缺乏教師的主導與監(jiān)管，缺少教師與學生之間的互動，無法感受到教師現(xiàn)場教學的“氣場”，教學效果不如線下傳統(tǒng)課堂授課或者網(wǎng)絡直播授課。直播授課能夠與學生直接交流，更接近傳統(tǒng)教學，老師更容易發(fā)揮出水平，學生更能集中注意力。

2.3 線上線下混合式教學途徑

針對非全日制專業(yè)碩士研究生的特點，我們提出了“線上”（網(wǎng)絡直播、錄播）+“線下”（實驗、輔導）+“線上線下”深度討論的混合式教學模式。

通過對“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)”教學的實踐，我們以為線上線下混合式教學模式優(yōu)于在線開放課程教學模式。線上線下混合式教學（Blended teaching）是一種新型教學模式，它結(jié)合了在線教學和課堂教學的優(yōu)點［8～9］。

開展混合教學的最終目的不是僅僅建設幾門數(shù)字化的在線課程，也不是去開展花樣翻新的教學活動，而是提升學生的學習成效。“線上+線下”混合式教學模式既不是完全讓教師把課堂教學轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡上，也不是“線上”與“線下”的簡單機械相加，而是通過任務驅(qū)動、線上自主學習、項目協(xié)作、重難點任務解決、線上線下深度討論、過程性考核等方式，將傳統(tǒng)的以“教師課堂講授為主”的模式向以“學生自主學習為主”模式的轉(zhuǎn)變，提高學生自主學習的能力和興趣，鍛煉學生獨立思考的能力，使其養(yǎng)成良好的學習習慣，從而取得最優(yōu)的學習成效。

線上的資源是開展混合式教學的前提，線上的資源要豐富多樣，追求實效。不僅包含課程錄像，還應結(jié)合專業(yè)碩士研究生的特點，增加設備手冊、工程案例、等數(shù)字化資源。在線課程錄像建設不要盲目追求高大上。專業(yè)化的課堂錄播制作周期長、投資大、技術(shù)難度高，可以借助“錄屏軟件”或“騰訊課堂”錄播功能，在直播授課的同時實現(xiàn)錄屏錄像，既簡單有方便。后期還可以利用編輯軟件對視頻進行編輯調(diào)整，基本上能夠滿足在線課程的錄制和編輯的需求。

2.4 線上線下混合式教學互動方法

線上線下混合式教學過程中，師生互動至關(guān)重要，積極有效的師生互動不僅可以了解學生動態(tài)，提高學習成效，也有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和能力［8～9］。

線上線下混合式教學的互動可以采用視頻直播、網(wǎng)絡會議、課下討論交流等多種方式。在直播授課過程中，采取啟發(fā)式教學，引導學生利用熟悉的知識得出新知識、新方法。通過隨堂提問、即時練習，可以及時掌握學生對知識的理解程度，提高學生的注意力，減少學生的視聽疲勞，鞏固、深化學生對新知識點的理解。

2.5 項目驅(qū)動案例教學法

項目驅(qū)動法案例教學法是基于探究性學習和協(xié)作學習的一種模式，它要求師生改變傳統(tǒng)的觀念和角色，充分發(fā)揮學生在學習中的主體作用和教師在教學中的組織、引導、促進、控制、咨詢作用，將學生認為枯燥的知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦拥膶W習內(nèi)容［10］。

將項目驅(qū)動法應用于研究生課程教學，就是要結(jié)合實際工程案例項目，把所要講授的基礎知識和基本技能設計成多層次、多目標工程案例，引導學生掌握提出問題、分析問題和解決問題的方法，最終讓學生通過自己的努力和教師的指導，完成設計任務，掌握基本原理及設計方法。

任務設計是項目驅(qū)動教學法的關(guān)鍵，首先應該確定項目設計案例。在案例的設計和順序安排上，必須注意循序漸進，按照教學進度，關(guān)鍵環(huán)節(jié)要設計對應的課題任務。針對控制工程專業(yè)碩士研究生的特點，在“現(xiàn)代電氣控制技術(shù)”教學過程中我們選取帶式輸送機控制系統(tǒng)、物料混合控制系統(tǒng)、通風機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)等典型工程案例，采用項目驅(qū)動教學法，減少集中講解的時間，增加學生自主學習及在線交流環(huán)節(jié)，加強自學能力、自律能力和工程設計能力的訓練。

3 基于虛擬仿真技術(shù)的實驗教學

3.1 虛擬仿真實驗教學的特點

專業(yè)學位研究生教育以專業(yè)實踐為導向，重視實踐和應用。教學內(nèi)容要強調(diào)理論性與應用性課程的有機結(jié)合，突出案例分析和實踐研究。目前專業(yè)碩士研究生的實踐教學主要存在以下問題［10］：

（1）由于工礦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、成本高，在實驗建立真實被控對象的實驗裝置難度較大。

（2）現(xiàn)有實驗設備體積大，價格高，功能單一，無法滿足多樣化教學需求。

（3）學生無法充分掌握現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)的設計方法，不能解決工程中的實際問題；教學與實際應用嚴重脫節(jié)，無法滿足企業(yè)對高層次應用型人才的需求。

基于虛擬仿真技術(shù)的實驗教學方法具有投資少、安全性高、拓展性強等優(yōu)點，可以有效克服實體實驗設備存在的局限，非常適合非全日制專業(yè)碩士研究生線下實驗、實訓，具有以下優(yōu)勢：

（1）節(jié)省實驗成本。由于工礦控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、成本高，在實驗建立真實的被控對象實驗裝置難度較大。利用虛擬仿真技術(shù)，可以模擬現(xiàn)場工況，仿真PLC工作過程，節(jié)省實驗成本。

（2）延伸實驗教學時間和空間。企業(yè)出于效益、安全生產(chǎn)等因素考慮，學生難以參與真實項目的設計、調(diào)試。通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)，學生可以不依賴實驗室，自由安排實驗，完成程序設計、系統(tǒng)仿真，可以延伸實驗教學時間和空間，提升課堂效率。

（3）拓展實驗教學內(nèi)容廣度和深度。由于虛擬仿真實驗不受真實系統(tǒng)的影響，可以解決特殊工況難以展現(xiàn)的實驗，消除隱患，避免操作失誤造成的損失，拓展實驗教學的廣度和深度。

3.2 電氣控制虛擬仿真實驗平臺構(gòu)建

PLC電氣控制系統(tǒng)虛擬仿真平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由編程軟件、仿真軟件、和組態(tài)監(jiān)控軟件組成。

圖1 PLC虛擬仿真平臺結(jié)構(gòu)

利用組態(tài)軟件建立被控對象模型，以動畫、曲線、圖表等方式在線模擬實際的工業(yè)生產(chǎn)過程；利用編程軟件學生可以完成PLC控制程序設計，結(jié)合PLCSIM仿真軟件，可以模擬CPU工作，實現(xiàn)序下載、運行，完成PLC控制系統(tǒng)仿真調(diào)試。由于PLCSIM軟件不支持OPC通信，利用NetToPLCsim網(wǎng)絡接口軟件，可以將本機網(wǎng)卡的IP地址102端口映射到PLCSIM，通過虛擬的計算機網(wǎng)絡接口實現(xiàn)PLCSIM與組態(tài)王監(jiān)控軟件的網(wǎng)絡通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫［10］。

通過這種方法，不需要真實的PLC，僅利用一臺電腦即可搭建一套PLC控制系統(tǒng)虛擬仿真實驗平臺，延伸實驗教學時間和空間、拓展教學內(nèi)容廣度和深度、節(jié)省實驗成本，滿足學生隨時隨地學習需求。

（1）教學案例設計?！艾F(xiàn)代電氣控制技術(shù)”課程教學案例體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，由基礎案例、綜合案例、創(chuàng)新案例組成。

圖2 “現(xiàn)代電氣控制技術(shù)”課程案例體系

基礎案例主要是本科課程相關(guān)知識，考慮學生專業(yè)背景、學校背景差異較大，有的沒有學過PLC技術(shù)，因此，設計了部分基礎案例，供學生課下自學完成。

創(chuàng)新案例要有一定的深度和綜合性，要來源于生產(chǎn)建設、研究設計等工程實際，要注重理論與實踐緊密結(jié)合，能使專業(yè)學位研究生通過案例的學習，理解和掌握課程涉及的知識原理并能在實際工作中正確應用。案例設計要結(jié)合學生認知規(guī)律，逐漸提升設計難度和復雜度。

（2）綜合案例設計。以“工業(yè)以太網(wǎng)PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計”為例，介紹綜合案例設計方法。任務要求如下：利用西門子PLC采集溫度、流量數(shù)據(jù)，通過TCP/IP與遠程監(jiān)控計算機通信，在遠程計算機上以曲線、動畫的方式顯示實時數(shù)據(jù)，并可以控制閥門開度，調(diào)節(jié)流量，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 遠程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

涉及的知識點：PLC模擬量處理、工業(yè)網(wǎng)絡通信、數(shù)字濾波、傳感器信號檢測、組態(tài)監(jiān)控軟件。

PLC采用西門子CPU 1214C，AI/AO采用6ES7234-4HE32-0XB0模擬輸入/輸出模塊，該模塊含有4×13位AI、2×14位AQ，支持4-20 mA電流、0-10 V電壓信號。Pt100溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，測量范圍-150～420℃，經(jīng)信號變送器輸出4-20 mA，溫度模塊與PLC的接口電路如圖4所示。

圖4 模擬量模塊接口電路原理圖

通過標準化指令和縮放指令將將模擬量通道采樣值轉(zhuǎn)化為工程量溫度數(shù)據(jù)，如圖5，使用組態(tài)王設計人機界面，如圖6所示。

圖5 PLC溫度采集程序

圖6 組態(tài)王監(jiān)控軟件界面

（3）創(chuàng)新案例設計。以“煤礦主通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)設計”為例，介紹創(chuàng)新案例設計方法。主扇風機是煤礦的四大固定設備之一，擔負著向井下輸送新鮮空氣，排出粉塵和污濁氣流的重任?；谥悄軅鞲衅?、PLC、工業(yè)網(wǎng)絡的通風機的遠程無人監(jiān)控系統(tǒng)是目前智能礦山建設的重要內(nèi)容之一，基于PLC的煤礦主通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖7所示，監(jiān)控界面如圖8所示。

圖7 通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖8 通風機監(jiān)控系統(tǒng)界面

4 結(jié)語

本文根據(jù)非全日制研究生特點，積極應對現(xiàn)有培養(yǎng)過程中面臨的問題，對提升非全日制研究生培養(yǎng)質(zhì)量，提升社會聲譽至關(guān)重要。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建交互式學習教育環(huán)境，建立以學生為中心、以能力為導向、以教師為輔助的新型教育模式，借助“虛擬仿真技術(shù)”延伸實驗教學時間和空間、拓展教學內(nèi)容廣度和深度，滿足學生個性化、多樣化、終身化學習需求。