OBE视角下的PLC纵向课程群建设

刘　彬, 周　敏, 佟春生

(1. 太原工业学院 工程训练中心, 山西 太原　030008；2. 太原工业学院 自动化系, 山西 太原　030008)



OBE视角下的PLC纵向课程群建设

刘彬1, 周敏2, 佟春生2

(1. 太原工业学院 工程训练中心, 山西 太原030008；2. 太原工业学院 自动化系, 山西 太原030008)

成效为本(OBE)的教学法是通过结果的考核来反推教学方法和内容的新型教学法。在研究成效为本教学法的基本原理基础上,通过对企业和学生的调研获取了自动化专业学生的核心能力需求,结合3P模型,建立了基于PLC控制器的纵向课程群体系,提出了课程结构、课程间的内在联系、预期成果及考核方式等内容。该课程群体系以统一的控制器平台、由浅入深的渐进内容、多样的成果考核方式为特点,为自动化专业的专业课程体系提出了新的模式,可操作性较强。

成效为本教学法； 纵向课程群； 专业课程体系改革

从20世纪90年代开始,“成效为本”教学法(outcome-based education,简称OBE)在包括澳大利亚、新西兰、英国、中国香港等国家和地区实施并取得了较好的效果。其创始人斯派蒂(B.Spady)提出:“基于结果的教育明确地意味着关注和组织教育系统中的每件事物围绕着一个根本的目标,让所有的学生在完成他们的学习经历后都能获得成功。”[1-2]即OBE教学法强调学习成果为教学过程的焦点,课程教学设计以“学生”和“成果”为核心进行设计。OBE教学法为我们提供了有益的指导。本文以OBE为总体视角,结合应用型本科院校改革的需要,为学生打造有体系、重应用的课程体系,同时结合成效为本的理念,建立以学生学习成果为主要考核目标的PLC控制系统课程群。

1　目前控制类课程体系存在的主要问题

国内院校自动化专业课程群建设大多以主干课程为核心建立横向课程群体系[3-5],例如划分电工电子技术课程群、微处理器应用技术课程群、自动控制课程群、信息技术课程群等,或包括了自动控制理论、现代控制理论、过程控制、智能控制等同类课程的控制类课程群。该种划分方式不能充分适应企业需求,课程体系存在着如下问题:

(1) 某些内容在多门课程中出现,但某些先进技术却并未出现在课程体系当中；

(2) 前后看似相关课程之间并未建立在同一控制系统体系之上,各门课程的实验相对独立,缺乏多门课程之间综合应用的实验,实验资源浪费严重；

(3) 部分教学内容离实际应用有较大差距, 使学生失去了不少在控制领域发展的机会；

(4) 在实践教学上,实验内容以验证理论为主,难度较低,指导书过于详尽,学生过分依赖教师,缺乏独立分析问题、解决问题能力的培养；

(5) 在教学评测机制上,闭卷考试仍是主要的评测方式,这种评测机制既不能准确反映教学效果和教学质量,也无法准确测试出学生的真实能力和素质。

关于控制系统课程内容,通过对几所应用型高校培养方案进行对比,其培养方案中都涵盖了信息的获取(传感器)、执行系统(电动机及其驱动系统)、控制系统(PLC、DCS)、上位机监控系统(组态)以及控制理论的应用等方面的内容,课程门数较多,均超过了8门课,最多达到11门,总学时最多的达到448学时,但仍有一些关键控制课程没有纳入教学体系中。以我校自动化专业课程为例,可总结出图1所示课程内容。

图1　现代工业控制需求与现有课程体系关系

2　基于OBE的PLC课程群整体构架

OBE教学法强调以能力目标为核心建立课程体系,所以如图2所示,PLC控制系统课程群的建立以实际调研的PLC能力目标为基础建立。在该目标的基础上,参考John Biggs在1989年建立的3P模型对课程群的前提(presage)、过程(process)、产品(product)进行分析和建设[6]。同时建立考核方法,对课程群的教学成果进行检验,以对预期效果进行比较,同时对能力目标进行修正。

3　PLC课程群能力目标的确定

OBE教学方法一般从核心能力入手探索达到核心能力所需的知识和教育方法[7],所以首先通过对企业、学生的调研,总结自动化专业学生所需核心能力。

通过对9家自动化相关企业的调研,如表1所示。企业对自动化专业学生的需求首先是专业能力，有7个企业提出该项能力,其次是自主学习能力和实践动手能力,分别有5个企业提出。其他能力还包括沟通能力、适应能力、自律能力和团队协作能力等,可以看出主要以适应企业对技术人员的现实要求为核心。在针对500余名学生的调研中,排名前3位的能力分别为:专业能力,务实应用和主动学习能力,团队协作能力。

图2　基于OBE的PLC课程群建设总体构架

核心能力选项适应能力专业能力学以致用能力自主学习能力选择的企业数量4725核心能力选项团队合作能力沟通能力自律能力实践动手能力选择的企业数量1115

从调研的结果分析,企业与学生对于应具有的能力认识比较一致,都以专业能力为首要能力,其次是自主学习的能力。排名第3的能力中企业更需要实践动手能力,而学生对于团队协作能力有更大的需求。综合两项调查,可得到自动化专业学生的核心能力，即专业能力、自主学习、实践动手能力和团队协作能力。

4　以PLC为核心的一体化课程群建设

4.1引入3P模型

在成效为本的教育体系中,John Biggs 提出了3P(presage,process；product)模型,主要提出在学习的过程中,学生要成为学习的主体,教学过程的设计更多应该考虑如何吸引和促进学生主动参与到课堂教学活动中[8]。在一体化课程群的建立过程中,引入3P模型,提出课程群建立的基础知识、课程体系和最终成果。一体化课程群将打破横向划分课程群的传统思路,建立以系统概念为核心的、前后课程衔接的纵向课程群体系,其包括如下特点:

(1) 统一的控制平台。课程之间以某控制平台作为主线,对相关知识进行学习,避免因平台不同造成学习的重复和混乱。

(2) 渐进的课程体系。首先在某控制平台基础上,对控制过程的信息采集、信息处理和执行系统进行初步学习,其次通过项目教学法和实验实践一体化课程加深和拓宽对各部分知识的学习和掌握[9]。

(3) 先进技术的引入。在课程体系中,增加伺服和变频控制技术,同时重点引入信息技术的应用,将网络知识贯穿在课程群体系中。

(4) 成效为本的评价体系。所有课程的评价避免依赖考试完成,引入设计报告、实践操作等考核方式,以学生完成任务为主要目标。

4.2PLC为核心的控制系统构成

PLC控制技术在实践中主要包含了信息采集、系统控制、驱动执行等功能,在信息技术的引领下,通过工业网络实现上位机监控和控制系统远程扩展也成为核心内容[10-11]。在图3所示的系统结构中,由PLC控制器、传感器、执行机构即可构成基本的控制系统,适合于小规模的控制对象。通过总线可扩展触摸屏或者安装组态软件的上位机控制,构成监控一体的控制系统,适用于中小规模的控制对象。为适应复杂系统和大系统的使用,可通过总线系统扩展更多的控制器或远程I/O,构成冗余控制、远程控制和智能控制等复杂系统。

图3　以PLC为核心的控制系统结构

4.3课程群建设内容

由于原有课程体系比较混乱,虽然课程包含了几乎所有控制系统中的重要内容,但平台多样、体系不明确的缺点依然存在。一体化纵向课程群的建立，较好地解决了这个问题。以PLC为例,一体化纵向课程群将图3中所示课程按照平台与体系进行划分,精心选择内容、合理衔接知识点,争取在较短的课时中让学生能够掌握控制系统的构架和知识体系。

如图4所示,一体化纵向课程群在4门前续基础课程的的支撑下,首先完成一门核心课程“可编程控制器系统设计”,该门课程中以某一种PLC为核心,学习传感器、低压电器、电机控制以及简单的通讯和上位机系统,从一开始就建立控制系统总体概念。在此基础上,通过“传感系统和变频/伺服控制系统设计”和“工业总线系统设计”两个设计专用周强化信息获取、驱动系统和总线通信的知识内容。以上设计专用周采用授课、实践一体化教学模式,在同一PLC基础上进行项目实践。最后开设“DCS与系统组态”课程,完善控制系统概念,建立监控一体的控制系统思想。设计专用周按照40学时计算,课程群总学时为172学时。

图4　一体化纵向课程群

4.4教学成果形式

根据图4所示课程群系统,结合图1所示控制技术与课程的关系可以看出,虽然只有4门课程,但涵盖了所有主要控制技术,且通过统一平台、由浅入深、实践为主的方式,在短时间内即可使学生掌握比较系统的、符合企业需求的知识体系。表2中详细提出了各门课程的预期成果,全部以能够完成实际功能为主要目标。

表2　各门课程所涵盖技术及预期成果

5　课程群考核办法

本课程群需要在较短的学时中完成课程内容,并能够实现预期成果,对于教师来说是一项严峻的考验。所以为得到较好的教学效果,该课程群考核的方式必须超越原有卷面考试的模式,以多种考核方式推进教学的深入[12]。

5.1核心能力与课程相关性模型

鉴于一体化课程群的建立基础是核心能力,所以首先必须明确各门课程能够给予学生在核心能力方面的锻炼。如表3所示,各门课程的授课过程必须给予核心能力以锻炼和支撑。

表3　核心能力与课程相关性模型

5.2考核方式

在卷面考试之外,常用的考核方式还包括课堂问答,书面设计报告,实践操作、调试,故障排查等方式。针对课程对核心能力的要求,我们针对不同课程也要设计不同的考核方式。

表4　各门课程考核方式

根据不同的考核方式,不同课程可以制定各类考核的权重关系,以形成学生的最终成绩。另外还需注意以下几点:

(1) 考核需更注重学生在平时学习过程中的表现；

(2) 鉴于成效为本的教学方法更加注重学生最终所获得的能力,所以考核时间应以全学期为准；

(3) 考核结果需认真对待、及时总结,以便对教学内容和方法进行有效调整。

6　结语

学习成效应包括学生应该知道或理解的、学生应该能做的、学生应该具备的素质，所以在成效为本的基础上,工业控制专业学生必须掌握专业知识,提高实践能力,锻炼解决问题和主动思考问题的能力,形成团队思想。基于OBE的控制技术课程群的建立,能够在统一的平台进行授课,避免了学生在学习同类课程时的混乱情况,能够得到较为清晰的控制系统结构,有效减少了雷同内容的重复学习时间,缩减了学时。

References)

[1] Spady W G. Outcome - based education: Critical issues and answers[M]. Arlington: American Association of School Administrators, 1994.

[2] Cohen A. Strategies in Learning a Second Language [M]. New York: Addison Wesley Longman Inc, 1998.

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[4] 徐小玲,刘美.基于“三位一体”的测控专业CDIO工程培养模式研究[J].牡丹江教育学院学报,2014 (5):99-100.

[5] 黄江平,杨静,杨辉.自动化专业控制类课程群建设与实践[J].电气电子教学学报, 2009,31(9): 8-11.

[6] 刘旸,刘红.成效为本教学方法的理论与实践[J].现代教育管理,2009(8):57-60.

[7] 任晓莉,佟春生,赵金安,等.基于OBE的发酵工程实验教学改革探索[J].化工高等教育,2014(2):65-67.

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[9] 吴宏岐,李晓斌,王亚云.《电气控制及PLC》课程工程案例教学方法研究与实践[J]. 大学教育,2013(10):70-71.

[10] 陈维刚,费敏锐.工业控制系统的网络化发展[J].工业仪表与自动化装置,2004(1): 10-13.

[11] 陈孟元,郎朗.工业控制网络与组态技术在可编程控制器教学中的交互应用研究[J]. 实验技术与管理,2013,30(6):129-131.

[12] 周敏,刘彬,佟春生.成效为本的“PLC 控制技术”课程教学改革[J].电气电子教学学报,2014,36(1):68-69.

Construction of PLC longitudinal curriculum group from OBE perspective

Liu Bin1, Zhou Min2, Tong Chunsheng2

(1. Engineering training center, Taiyuan 030008, China;2. Department of Automation, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China)

The object based education (OBE) teaching method is a new teaching method which inspects the results for improving the teaching method and content of the education. This paper studies the basic principle of OBE teaching method, getting the core ability through the research to the enterprise and the students. Combined with the 3P model, the longitudinal curriculum group system based on PLC controller has been established which puts forward the curriculum structure, the inner link between expected results and evaluation method, etc. The curriculum group system has the following three characteristic: an unified controller platform, the gradual content and the diverse achievements appraisal way , which puts forward a new mode with a strong operability for automation professional curriculum system.

oject based education (OBE) teaching methods; longitudinal curriculum group; professional curriculum system reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.050

2015- 09- 02修改日期:2015- 11- 03

山西省高等学校教学改革项目“成效为本的工业控制课程群整合优化研究” (J2014116)

刘彬(1975—),男,山西五台,硕士,副教授,主要研究方向为控制理论与控制工程、机电液智能控制、机电传动.

E-mail:453502500@qq.com

TP38；G642.0

A

1002-4956(2016)3- 0197- 05