機器人工程專業《電氣控制與PLC控制技術》課程教學改革與實踐

◇成都理工大學工程技術學院 牟如強 鄭才國 李興紅

針對《電氣控制與PLC控制技術》課程教學內容泛化、缺乏機器人專業特色、教學方式單一、學生被動學習、網絡學習資源有限、課程考核方式不全面等問題，提出了精簡式教學內容、融合式教學手段、嵌入式教學平臺和綜合式課程考核教學改革策略。通過課程實踐，有效提高了課程理論、實踐與創新教學效果。

《電氣控制與PLC控制技術》是面向機器人工程等專業開設的一門理論與實踐相結合的專業核心課程，是培養學生學習能力、自主創新能力、實踐動手能力和工程應用能力的重要課程[1]。隨著社會需求的動態變化，傳統教學理念、教學方法、課程考核方式等難以滿足需求?；谡n程教學現狀，以學生為教學主體，從教學內容、教學資源、教學方法等方面開展教學改革，取得了明顯的效果[2-5]。為提高學生的實踐與創新能力，梳理出與課程知識點高度契合且具有地方產業特色的工程案例，將其貫穿與整個教學過程中，使得學生綜合能力得到明顯提高[6]?；谛鹿た婆囵B要求，通過實驗內容優化、線上線下實驗平臺建設和項目化教學改革等舉措[7-9]，顯著提高學生的實踐動手和創新能力。突破傳統以期末考試為主的課程考核方法，調整考核形式、考核范圍、考核指標，形成全過程考核方法[10-11]。

現有的教學改革教學效果明顯，值得借鑒學習。然而，不同院校的軟、硬件條件和培養目標側重點不同，因此不能照搬使用。為此，結合我校該課程的教學現狀，通過教學過程優化設計，將理論課與實驗課緊密銜接，實現理實相融，形成符合我校機器人工程專業課程學習的教學改革方案，具有重要的研究意義。

1 課程存在問題

通過教學實踐和總結發現，《電氣控制與PLC控制技術》課程主要存在教學內容泛化、缺乏專業特色、教學方式單一、學生被動學習、網絡學習資源有限、學生課外學習受限、課程考核方式不全面等亟待解決的問題。

1.1 教學內容泛化

課程知識點繁多，過渡依賴教材，未對教材內容進行篩選、優化和補充，將全部教材內容作為教學內容，導致教師講解知識點快而不細、多而不精，學生難以接收、理解和掌握知識點。缺少機器人PLC控制系統教學內容，難以凸顯機器人專業特色。

1.2 教學方式單一

課程理論教學和實踐訓練相輔相成，傳統教學采用教師講授+學生聽的“開環式”教學方式，學生課堂參與度低、積極性差、教師不能及時掌握學生的學習情況，教學質量難以保證。實踐教學采取“重復性項目”教學方式，學生依據實訓指導書按部就班的完成PLC實訓項目，學生缺乏獨立思考，難以培養學生自主創新能力。

1.3 學習平臺受限

專業培養方案改革，大量壓縮課時，導致學生課堂學習時間有限。網絡學習平臺不完善，學生獲取專業知識渠道不暢，無法有效利用課外時間對課程進行回顧和拓展，導致學習不深不透。

1.4 課程考核不盡合理

平時出勤和期末理論考試相結合的傳統課程考核方式，導致很多學生不重視過程學習，為應付考試，在期末考試前突擊復習，即使部分同學能順利通過考試，但真正掌握課程專業知識和技能的學生屈指可數。

2 研究內容

課程理論知識涉及范圍廣、邏輯性強，實踐教學與工程實際結合緊密，對于缺乏工程實踐經驗的學生而言，學習難度大，學生有恐學心理。同時，課時壓縮，如何在有限的課時內，重構教學內容，豐富教學資源，改革教學方式和學生考核方案，激發學生的學習興趣和學習主動性，培養具有扎實理論基礎、解決工程實際能力的創新人才，是本課程教學改革要解決的重點問題。結合我校軟、硬件條件和學生學習基礎，以培養具有自主創新、綜合能力、職業素養與工匠精神的自動控制領域應用型人才為導向，開展如下研究。

2.1 精簡式教學內容

課程內容多、學時分配少，對教學內容做減法，實現高效教學。①根據企業需求，結合我校機器人工程專業人才培養方案和學情特點，刪除教材中與機器人自動控制弱相關知識點。②補充與機器人相關的工程案例，如碼垛機器人PLC控制系統、焊接機器人PLC控制系統等，打造具有機器人特色的教學內容。

2.2 融合式教學手段

融合多種教學方法，由“教師講授+學生聽”的傳統“開環式”教學轉變為“學生和教師互為主體”的“閉環式”教學。

（1）互動教學法。以工業機器人工作站“報警器”PLC控制程序設計為例，通過引導學生分析控制要求、分解控制功能、明確所需程序指令、形成清晰的設計思路，讓學生快速理解和掌握對應的知識點。

（2）講練結合教學法。針對諸如PLC指令系統和程序設計難度較大的知識點，講完一條指令，立即安排課堂練習或實訓實驗，讓學生在邊學邊練中深刻地領會所學知識，逐步提高學生學習能力和實踐能力。

（3）多媒體融合教學法。PLC 程序設計信息量大、編程枯燥、程序結果不易于板書，課前制作好程序演示動畫或視頻，結合PPT圖文進行教學，化繁為簡，降低學習難度，提升學習質量。

（4）自主化項目教學法。參考企業項目制工作模式，將學生分成小組，選拔出組長、副組長、進行項目分工。以企業需求的工程應用能力為導向，發布與機器人控制相關的自主化實訓任務，讓學生通過團隊協作，自主確定項目題目，分工完成項目方案設計、論證、實施、答辯和評價，使學生深刻理解和把握課程知識，培養學生實踐能力、創新能力、團隊協作能力和職業素養。

2.3 嵌入式教學平臺

打破學習時間和地域的限制，建設《電氣控制與PLC控制技術》在線課程數字化教學平臺，給學生提供第二課堂。

（1）嵌入特色PLC課程教學視頻、典型企業案例和我校學生關于機器人PLC控制系統設計的優秀作品，豐富學習資源，突破學習時間和地域的限制。

（2）重點開發集成課程預習、學習、練習、復習、討論、評價、反饋的綜合性課程模塊，利用大數據技術動態追蹤學生學習效果和存在問題，及時優化教學。

（3）引進宇龍仿真平臺和TIA Portal仿真軟件搭建PLC課程數字化仿真平臺，讓學生學習與企業同步的PLC控制技術，為學生能夠快速融入就業崗位打下堅實的基礎。

2.4 綜合式課程考核

摒除教師與學生溝通不暢的問題，形成多維度全過程考核辦法。

（1）在日常出勤、課后作業和理論考試的基礎上，將學生課堂練習與互動情況、項目參與度和貢獻度等指標納入課程考核中。

（2）實行課程激勵制度，將學生參加與課程相關的創新訓練項目及學科競賽，考取專業認證證書，撰寫專利和發表論文，參加實習等作為課程考核的加分項。

（3）優化課程評分方式，采取“教師+學生匿名互評”的方式對學生主觀學習內容進行評價。通過互評，讓學生認識到腳踏實地、真抓實干的重要性。

3 課程教學效果提升

表1 教學效果提升明細

4 結束語

電氣控制與PLC控制技術課程是機器人工程專業的一門核心課程，課程涉及電氣控制和PLC控制兩部分的內容，具有理論與實踐相結合的特點，應用型較強。為提高學生學習效果，教學內容做減法，解決了教學內容與學時不匹配、教學內容同質化問題。教學方式做加法，創新融合教學方式，引導學生由被動學習轉變為主動學習。教學平臺做乘法，建設數字化平臺，給學生提供第二課堂，有效解決學習時間和地理位置限制等問題，實現教學實踐“倍增效應”。課程考核做除法，摒除師生溝通不暢、考核不全面等問題，全面激發學生的學習興趣和學習潛能，以考促學、以評促能。通過課程改革與實踐，有效提高了學生專業知識儲備和實踐技能，為社會培養更多具備自主創新、團隊協作和職業素養的應用型人才奠定基礎。