OBE工程教育模式下“可編程控制器原理”課程改革探究

OBE工程教育形式下“可編程控制器原理〞課程改革探究〔〕:

摘要：在學(xué)校"工程教育專業(yè)認(rèn)證";背景下，采用"OBE";工程教育形式，針對(duì)"可編程控制器原理";課程"重操作、強(qiáng)理論";的特點(diǎn)，對(duì)本課程認(rèn)真梳理定位，從"系統(tǒng)觀";出發(fā)，精簡(jiǎn)理論教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生課堂上"發(fā)現(xiàn)問題、提出解決方案、優(yōu)化方案、研討解決問題";的"主動(dòng)式";學(xué)習(xí)才能；培養(yǎng)學(xué)生課后獨(dú)立完成工程的前期調(diào)研、硬件設(shè)置、軟件編程、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、工程說明、工程匯報(bào)等工程所需的理論才能，真正到達(dá)"OBE";工程教育目的，對(duì)其他相關(guān)課程的教學(xué)具有一定的借鑒參考作用。

關(guān)鍵詞：編程控制器；OBE；課程改革；才能培養(yǎng)

本文引用格式：薛銳,等.OBE工程教育形式下"可編程控制器原理";課程改革探究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(97):80-82,87.

ResearchontheCurriculumReformofProgrammableLogicControllerunderOBEEngineeringEducationMode

XUERui,CUIYan-feng,WANGLiang

(SchoolofEnergyandPowerEngineering,NanjingInstituteofTechnology,NanjingJiangsu)

Abstract:Underthebackgroundof"engineeringeducationprofessionalcertification";,the"OBE";engineeringeducationmodeisadopted.Inviewofthecharacteristicsof"emphasizingoperationandstrengtheningpractice";,thecourse"ProgrammableControllerPrinciples";iscarefullysortedoutandpositioned.Startingfromthe"systemview";,thetheoreticalteachingpartisstreamlinedandstudentsaretrainedtohavetheactivestudyabilityof"discoverproblems,proposesolutions,optimizeplans,discussandsolvetheproblems";inclass.Tocultivatethestudents'practicalabilitytopletetheprojectindependentlyafterclass,suchaspreliminaryinvestigation,hardwaresettings,softwareprogramming,on-sitedebugging,projectdescription,projectreportandsoon,soastotrulyachievethe"OBE";projecteducationgoal,whichhasacertainreferenceforotherrelatedcourses.

Keywords:ProgrammableLogicController;OBE;CurriculumReform;Abilitytraining

為了適應(yīng)現(xiàn)代國(guó)際化教育的開展，"工程教育專業(yè)認(rèn)證";正在各高校中悄然興起，這項(xiàng)專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要根底，也是高等學(xué)校工程教育的質(zhì)量保障和檢驗(yàn)標(biāo)尺，是一種以培養(yǎng)目的和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)，其核心是要求畢業(yè)生到達(dá)行業(yè)認(rèn)可的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尤其我國(guó)被接納為"華盛頓協(xié)議";簽約成員〔2022年6月〕以后，相關(guān)高校積極應(yīng)對(duì)，以"OBE〔Outes-basedEducation〕";即基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育形式【1】〔由Spady于上世紀(jì)八十年代率先提出，被美國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)全面承受〕為指導(dǎo)思想，優(yōu)化專業(yè)課程體系和師資隊(duì)伍、改善辦學(xué)條件，真正將"OBE";教育形式貫穿于各類課程設(shè)置中。

本文正是在此背景下，結(jié)合學(xué)校總體規(guī)劃以及能源與動(dòng)力工程〔消費(fèi)過程自動(dòng)化〕專業(yè)學(xué)生畢業(yè)為導(dǎo)向，以"OBE";教育形式為指導(dǎo)思想，結(jié)合十幾年課堂教學(xué)、函授、電廠員工培訓(xùn)、教學(xué)研討等理論積累，對(duì)?可編程控制器原理?〔?PLC原理?〕進(jìn)展了課程改革與理論，效果良好，可以為相關(guān)課程的創(chuàng)新教學(xué)提供一定的借鑒作用。

一PLC課程現(xiàn)階段存在的問題

本文作者已經(jīng)按照文獻(xiàn)【2】將該課程進(jìn)展過改革，施行了六年，教學(xué)效果較之前得到了非常大的進(jìn)步，但也發(fā)現(xiàn)了些問題，主要集中在以下四點(diǎn)：

1〕理論課時(shí)偏長(zhǎng)：將課時(shí)由原來的48課時(shí)縮減為32課時(shí)后，發(fā)現(xiàn)理論課時(shí)還是偏長(zhǎng)，使學(xué)生的理論相對(duì)偏少，得不到充分的練習(xí)；

2〕理論授課偏集中：根據(jù)學(xué)校授課安排，不得不將理論課集中上完，而在進(jìn)展理論課時(shí)，對(duì)編程知識(shí)會(huì)有所遺忘，而且學(xué)生也不能活學(xué)活用、融會(huì)貫穿，使課堂所學(xué)編程技巧等內(nèi)容得不到充分的應(yīng)用；

3〕考核方式單一：只能采用試題〔卷〕方式進(jìn)展考核，而又由于本課程的特殊性，理論考試的成績(jī)與學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果并非能很好地匹配起來，容易出現(xiàn)"偏離";的現(xiàn)象；

4〕主觀能動(dòng)性未能積極調(diào)動(dòng)：雖然較之前可以較大調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性了，但是由于考核方式的單一性，學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性沒有被最大激發(fā)起來，學(xué)生還是按照理論課程的方式進(jìn)展學(xué)習(xí)、考試，導(dǎo)致在進(jìn)展后續(xù)理論課程環(huán)節(jié)時(shí)，不能有的甚至不會(huì)把課堂所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于理論環(huán)節(jié)中去。

二"工程專業(yè)認(rèn)證";背景下的PLC課程改革

〔一〕PLC課程體系設(shè)計(jì)

我校能源與動(dòng)力工程〔消費(fèi)過程自動(dòng)化〕專業(yè)的畢業(yè)生對(duì)口就業(yè)于各大型火力發(fā)電企業(yè)，主要從事火電廠熱工自動(dòng)化方向的檢修維護(hù)與運(yùn)行工作，在"OBE";教育理念下，結(jié)合"卓越工程師培養(yǎng)";方案[2,3]的教學(xué)理念，還有結(jié)合CDIO教學(xué)理念，進(jìn)展教學(xué)改革的相關(guān)文獻(xiàn)，諸如文獻(xiàn)【4】提出根據(jù)OBE的逆向設(shè)計(jì)原那么，開發(fā)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的針對(duì)性和科學(xué)性，文獻(xiàn)【5】建立一種可以培養(yǎng)出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新思路,完成對(duì)學(xué)生自主提出目的、設(shè)計(jì)工程、自主操作及分析歸納的全流程培養(yǎng)，文獻(xiàn)【6】充分借鑒CDIO工程教育形式，建立了自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)OBE的逆向設(shè)計(jì)原那么，設(shè)計(jì)開發(fā)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的針對(duì)性和科學(xué)性；另外，還有文獻(xiàn)【7】以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和實(shí)驗(yàn)考核方式，實(shí)行"課堂教學(xué)＋虛擬仿真＋實(shí)驗(yàn)教學(xué)";的立體化，教學(xué)文獻(xiàn)[8]探究以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的開放實(shí)驗(yàn).結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的"金屬工藝學(xué)";課程，設(shè)計(jì)了切削力測(cè)試開放實(shí)驗(yàn)，文獻(xiàn)[9]以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工程和內(nèi)容，實(shí)行工程式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，文獻(xiàn)[10]基于OBE形式"學(xué)生中心";"成果導(dǎo)向";和"持續(xù)改良";的3大核心理念，從學(xué)習(xí)目的、教學(xué)方法、結(jié)果評(píng)估3個(gè)方面討論了學(xué)校電子工藝實(shí)驗(yàn)課程開展的有效途徑。綜上，結(jié)合我院教師實(shí)際情況，設(shè)計(jì)如下列圖1所示的課程體系教學(xué)環(huán)節(jié)。

〔二〕PLC課程改革施行

按照"OBE";教育理念，要求學(xué)校和教師應(yīng)該先明確學(xué)習(xí)成果，配合多元彈性的個(gè)性化學(xué)習(xí)要求，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)過程完成自我實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。故本課程開展了從理論理論再理論再理論的主動(dòng)式學(xué)習(xí)，根據(jù)OBE的內(nèi)涵，結(jié)合本課程的教學(xué)過程，形成了獨(dú)特的"教";、"學(xué)";方法。

1.理論教學(xué)方面

1〕理論教學(xué)：縮減純理論課時(shí)，縮減為16課時(shí)，主要授課內(nèi)容為PLC的產(chǎn)生、定義、工作原理、硬件根底知識(shí)、根本編程方式等，主要目的是讓學(xué)生對(duì)所學(xué)課程有個(gè)初步的理解，掌握必要的一些根底知識(shí)和根本術(shù)語(yǔ)，具備有一定的理論程度，以到達(dá)獲取知識(shí)的目的；

2〕考核方式：OBE內(nèi)涵強(qiáng)調(diào)人人都能成功，即成功學(xué)習(xí)會(huì)促進(jìn)更成功的學(xué)習(xí)，也強(qiáng)調(diào)個(gè)性化評(píng)定，即根據(jù)每個(gè)學(xué)生個(gè)體差異，制定個(gè)性化的評(píng)定等級(jí)，并適時(shí)進(jìn)展評(píng)定，從而準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，對(duì)教學(xué)進(jìn)展及時(shí)修正。結(jié)合本課程教學(xué)過程，要求本班級(jí)同學(xué)〔38人〕根據(jù)所學(xué)課程諸如?熱工保護(hù)與順序控制?、?DEH?、?火電廠化學(xué)水處理?等相關(guān)課程，選擇相對(duì)獨(dú)立的控制子系統(tǒng)〔與教師進(jìn)展討論是否適宜〕，每人一題〔防止抄襲〕，利用課堂所授理論知識(shí)，采用PLC控制系統(tǒng)的理念對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計(jì)〔不涉及到詳細(xì)編程〕，重點(diǎn)闡述本控制系統(tǒng)的工藝流程、I/O點(diǎn)的測(cè)算、硬件系統(tǒng)的配置、到達(dá)的控制目的〔滿足根本控制功能外，還需要考慮報(bào)警與保護(hù)〕，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的完成情況給出優(yōu)、良、中、差、及格、不及格的級(jí)差等級(jí)分?jǐn)?shù)。

2.理論教學(xué)方面1〕課程設(shè)計(jì)：

作為理論課程的延伸與應(yīng)用，這類課程在當(dāng)前形式下顯得尤為重要，OBE也強(qiáng)調(diào)精熟，即應(yīng)以每位學(xué)生都能精熟內(nèi)容為前提，只要給每位學(xué)生提供適宜的學(xué)習(xí)時(shí)機(jī)，他們都能達(dá)成學(xué)習(xí)成果。鑒于此，本文將該課程的理論時(shí)間有原來的2周調(diào)整到4周，并且分為三個(gè)局部：

〔1〕初級(jí)階段，時(shí)間為1周，主要完成PLC課程的諸如電機(jī)的"起保停";控制設(shè)計(jì)、電機(jī)的"星形/三角形";啟動(dòng)、"紅綠燈";控制等典型實(shí)驗(yàn)，目的在與激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)PLC的初步應(yīng)用；

〔2〕提升階段，時(shí)間為1周，學(xué)生自行選擇完成?FSSS?課程的邏輯順控、?熱工保護(hù)與順序控制?中的局部控制以及?DEH?中的邏輯保護(hù)等；要求教師和學(xué)生利用第一天的時(shí)間，進(jìn)展控制工藝以及控制要點(diǎn)的"辯論";工作，教師協(xié)助學(xué)生解決被控過程的疑點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，通過本周訓(xùn)練旨在培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、整理資料的才能，使學(xué)生具有一名工業(yè)控制工程師應(yīng)該具有的簡(jiǎn)單素養(yǎng)，即掌握如何按步驟、有條理地處理一項(xiàng)全新的工程工程；

〔3〕純熟掌握階段，時(shí)間為2周，有了前面兩周的理論經(jīng)歷，學(xué)生根據(jù)前兩周的理論經(jīng)歷，組成兩人小組的團(tuán)隊(duì)，結(jié)合"噴霧枯燥塔";控制對(duì)象，利用AUTOCAD進(jìn)展系統(tǒng)控制圖的繪制、EXCEL進(jìn)展I/O清單的統(tǒng)計(jì)、WORD進(jìn)展工程書的撰寫、PPT進(jìn)展工程的交流與匯報(bào)，培養(yǎng)了學(xué)生之間團(tuán)隊(duì)合作才能，到達(dá)了素質(zhì)目的的培養(yǎng)目的。

2〕畢業(yè)設(shè)計(jì)：

OBE強(qiáng)調(diào)績(jī)效責(zé)任與才能本位，即學(xué)校比學(xué)生更應(yīng)該為學(xué)習(xí)成效負(fù)責(zé)，應(yīng)該提供學(xué)生適應(yīng)將來生活的才能，而這兩個(gè)要求在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)中將得到更大的鍛煉。主要表達(dá)在下面四個(gè)方面：

〔1〕畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題〔審題〕：學(xué)生可以根據(jù)意愿自行選擇題目，與指導(dǎo)教師進(jìn)展溝通交流，完善課題內(nèi)容；或者選擇教師所出課題進(jìn)展畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。在此過程中，鍛煉了學(xué)生的查閱文獻(xiàn)與交流溝通才能；

〔2〕組織方案過程：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)初期、中期、辯論分階段完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，自行方案出時(shí)間節(jié)點(diǎn)和任務(wù)，鍛煉了學(xué)生工程任務(wù)時(shí)間觀念，制訂合理方案的才能；

〔3〕內(nèi)容完成過程：在設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，和指導(dǎo)教師進(jìn)展積極的聯(lián)絡(luò)與溝通，及時(shí)交換意見，在這一過程中主要鍛煉了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)與交流才能、解決沖突與矛盾的才能、接收批評(píng)與回應(yīng)的才能；同時(shí)鍛煉了學(xué)生會(huì)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段完成相應(yīng)的文檔、程序設(shè)計(jì)等工作；

〔4〕辯論過程：按照要求完成設(shè)計(jì)內(nèi)容的演示與現(xiàn)場(chǎng)解釋、論文的撰寫、辯論稿〔PPT〕的編制等相關(guān)工作，鍛煉了學(xué)生使用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段的才能、學(xué)生辯論的才能。

3〕科技競(jìng)賽：

科技競(jìng)賽已經(jīng)是現(xiàn)代大學(xué)生課余生活的一項(xiàng)重要科技活動(dòng)了，通過這項(xiàng)活動(dòng)既可以完成學(xué)生的"夢(mèng)想";，也同時(shí)鍛煉了學(xué)生的各種才能，也作為各大學(xué)必備的一項(xiàng)科技活動(dòng)；通過這項(xiàng)活動(dòng)不僅可以充分鍛煉學(xué)生的上述"畢業(yè)設(shè)計(jì)";所鍛煉的才能，而且更多的是鍛煉了學(xué)生了自主創(chuàng)新才能，可以通過所學(xué)知識(shí)完成各種諸如"水下機(jī)器人";、"機(jī)器人自動(dòng)巡檢";的學(xué)生自己感興趣的工程，在此過程中，學(xué)生的主動(dòng)性會(huì)得到最大限度的發(fā)揮，充分鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí)、用所學(xué)知識(shí)及時(shí)解決問題的才能。

三施行效果

經(jīng)過該課程的教改理論后，可以很明晰地看到在"教";與"學(xué)";的過程中，學(xué)生和教師均得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，施行效果良好。

〔一〕學(xué)生方面

學(xué)生通過理論后，學(xué)生感知不能按照傳統(tǒng)的"學(xué)";進(jìn)展該課程的學(xué)習(xí)了，重要的是理解而不是記憶，每個(gè)學(xué)生必須挑戰(zhàn)自我，根據(jù)工程需求，提出工程建議、完成工程籌劃、開展案例研究和進(jìn)展口頭報(bào)告等，才能得以完成"學(xué)習(xí)";任務(wù)，充分鍛煉了學(xué)生的考慮、質(zhì)疑、研究、決定和呈現(xiàn)的才能，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

〔二〕教學(xué)方面

作為教師而言，要摒棄傳統(tǒng)教師"教";的角色，在這種教學(xué)形式下，教師要主動(dòng)明確工作方式和方法，主要幫助學(xué)生確定課程學(xué)習(xí)的成果是什么？如何構(gòu)建課程體系？如何確定教學(xué)策略？等相關(guān)"教";的工作。在此過程中，首先教師要以"產(chǎn)出";為目的，制定學(xué)習(xí)結(jié)果，即要到達(dá)的學(xué)習(xí)目的；其次，教師要以這個(gè)結(jié)果作為課程、教學(xué)與考核的設(shè)計(jì)與執(zhí)行的起點(diǎn)，與所有的學(xué)習(xí)過程嚴(yán)密結(jié)合；再次，在學(xué)習(xí)過程中，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，可以讓學(xué)生隨時(shí)展示其學(xué)習(xí)成果；最后，教師自始至終要做好"輔助";角色，為學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的困難及時(shí)提供答疑解惑。

四結(jié)語(yǔ)

葉圣陶先生曾講："教師之為教，不在全盤授予，而在相機(jī)誘導(dǎo)。必令學(xué)生運(yùn)其才智，勤其練習(xí)，領(lǐng)悟之源廣開，純熟之功彌深，乃為善教者也。";"OBE";教育理念作為一種先進(jìn)的教育理念，是高等工程教育改革的正確方向，我們教育工作者應(yīng)該結(jié)合我們現(xiàn)有的教育方法，積極推進(jìn)教育教學(xué)改革，將該形式融入其中，改革與此不相適應(yīng)的做法，使我國(guó)高等工程教育更好地適應(yīng)國(guó)家及經(jīng)濟(jì)社會(huì)開展的需要。

參考文獻(xiàn)

【1】周紅坊,朱正偉,李茂國(guó).工程教育認(rèn)證的開展與創(chuàng)新及其對(duì)我國(guó)工程教育的啟示2022年工程教育認(rèn)證國(guó)際研討會(huì)綜述[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2022(1):88-95.

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