“电气控制与PLC”微课教学设计

2016-09-19李尚荣张卫平单文桃

职教通讯 2016年21期

李尚荣，张卫平，单文桃，叶　霞

“电气控制与PLC”微课教学设计

李尚荣，张卫平，单文桃，叶霞

微课是实施翻转课堂等创新教学模式的重要手段，可有效提升教学效果。分析了“电气控制与PLC”课程知识体系结构以及微课开发的流程，以三相交流电机正反转控制知识点为例，进行了该知识点的微课教学设计。从微视频制作脚本设计、微视频录制和微视频编辑三个方面，详述了课程的微视频制作过程。

机械类专业；电气控制与PLC；教学设计；微视频制作

“电气控制与PLC（Programmable Logic Controller，PLC）”是机械类和电气类相关专业一门重要的专业基础课程，该课程要求学生既要学好理论知识，又要掌握电气控制应用技能。常规课堂讲授型教学模式存在课时较长、知识点多、学习时间和地点难以自由选择、不能多次重复进行课堂学习等不足，这些都不同程度地影响了学习成效和教学效果。

在英国纳皮尔大学（Napier University）T.P.Kee提倡的一分钟演讲和美国北爱荷华大学（University of Northern Iowa）教授LeRoy A.McGrew所提倡的60秒课程基础上［1-2］，微课创始人戴维·彭罗斯（David Penrose）根据人类认知规律，提出了微课的概念。［3］微课是针对某个课程知识点或教学环节而精心设计开发的一种以流媒体形式展示的半结构化、情景化、可动态生成与交互的数字资源，一般时间较短（10分钟左右），结构完整。［4］美国人萨尔曼·可罕通过自录微视频辅导异地的表亲，无意中启动了以微课和翻转课堂为代表的一种全新的教学模式［5］，并创办了可汗学院。当前，以互联网技术为支撑的微课和翻转课堂正在全球范围内掀起一种全新的教学方式变革。

本文运用微课的相关理念和课程教学方法，简要分析了“电气控制与PLC”课程的知识结构，并以三相交流电机正反转控制知识点为例，分析微课教学设计的思路，概括了微视频编辑的相关要点。

一、微课教学设计

对一门课程实施微课教学，首先需要对该课程的知识体系结构进行分析，梳理出相对独立的知识点，这些知识点可以是一个基本概念、重要原理或应用案例等；再围绕这些知识点，按照课程教学要求，完成微课教学设计和微视频制作；然后，发布到网络交流平台上，供需要的人观看和学习。为了更好地确定微课的知识点，有必要对“电气控制与PLC”课程的总体知识体系结构进行简要分析。

（一）课程知识体系结构

电气控制主要以工农业生产中各类电机、气缸、液压缸、电磁铁、指示灯和蜂鸣器等为控制对象，根据应用要求，采用相应的控制方法。机械类专业的“电气控制与PLC”课程主要以上述控制对象，特别是以三相交流电机为主要对象，分析了继电器接触器控制和PLC控制这两种控制方法所涉及的相关概念、硬件电路原理和程序设计。

“电气控制与PLC”课程的知识体系结构如图1所示，该课程内容主要包括两个部分：继电器接触器控制和可编程控制器控制。其中，继电器接触器控制部分的知识内容和逻辑关系如图1上部虚线框所示，是以机床中常用的三相交流电机为主要被控对象，以继电器和接触器为代表的典型低压电器构建的硬件电路实现的逻辑控制系统，按照“常用单个器件→基本控制电路单元→典型机床综合控制电路实例→一般低压电气控制系统电路设计”顺序，层层递进、由简单到复杂的逻辑顺序展开；图1下部的虚线框表示PLC控制部分，以PLC为控制器，各类电机、气缸、液压缸、电磁铁、指示灯和蜂鸣器为PLC输出控制对象，以各种开关按钮和接近开关作为PLC输入，来检测控制对象的状态，PLC通过程序等软件方法，完成了原来低压电气控制部分由硬件实现的控制逻辑关系运算。这部分介绍了PLC控制相关的指令、编程等的软件资源和电路接线相关的硬件资源。PLC控制是对继电器接触器控制的技术升级，因此，继电器接触器控制是基础，继电器接触器控制系统均可以通过PLC进行技术改造和升级。

图1　“电气控制与PLC”课程知识体系结构

（二）微课开发流程

微课的开发过程一般包括选择知识点、微课教学设计、微视频录制脚本设计、微视频录制、微视频编辑和发布等主要步骤［6］，整个开发流程如图2所示。

图2　微课开发基本流程

在课程总体知识体系结构分析基础上，可按章节顺序，从问题、案例、原理或应用等不同角度分解梳理出各个知识点，按照图2的开发流程，实施微课教学设计。本文选择图1上部虚线框中“基本控制电路单元”中一个知识点——“三相交流电机正反转控制”为例，简述其教学设计。

（三）微课教学设计

微课教学设计主要针对某个知识点，因此，仍需具备课程教学设计的一般要素，即教学思路、教学目标、教学重点与难点、教学过程设计和教学反馈等内容。三相交流电机正反转控制微课设计的总体思路是以问题为导向，分析其原理和电路设计演变过程，最后，给出该知识点的延伸以及与后续知识的联系。

1.教学思路。本知识点采用基于问题导向的教学模式，为激发学生的学习兴趣，通过生产或生活中的实例，采用“提出问题→分析问题→解决问题”的教学思路。如图3所示，首先，通过生产和生活中的实例引出问题“三相交流电机正反转如何控制？”然后，分析问题，借助动画，演示三相交流电机定子磁场旋转方向与电源相序的关系，得出换向方法：换接三相电源中的任意两相，即可实现换向。控制方法则是运用两个交流接触器分别控制正转和反转对应的相序电源；运用手动或自动两种控制模式，引出主电路和控制电路的产生与设计原理。最后，通过制作的三相交流电机正反转电路板的演示以及动画模拟，展示电路设计结果。图3中的虚线框“应用能力训练和考核”则围绕电路接线图绘制、电路接线和电气故障排查等展开，可作为下一个待学习的知识点。

图3　基于问题的教学设计思路

2.教学设计。本知识点完整的教学设计如表1所示。

表1　三相交流电机正反转控制教学设计

二、微视频制作

（一）微视频制作脚本设计

微视频是针对特定的知识点或教学环节，在精心教学设计的基础上，以微视频录制脚本为依据，搜集相关素材，利用不同的录制设备与软件制作的具有情景化、趣味性、可视化的数字化学习资源包。它是微课的核心，持续时间一般在10分钟左右，文件占用存储空间小，并发布在合适的网络平台上，以供学习者在线或下载学习。在完成了三相交流电机正反转控制的教学设计基础上，再设计微视频录制脚本，具体如表2所示。

表2　三相交流电机正反转控制录制脚本

（二）微视频录制

微视频制作手段主要有三类［7］：（1）软件生成类，使用Powerpoint 2010及以上版本，可利用软件自身的转化视频功能，生成视频；（2）录屏式，常用的软件有Camtasia Studio，Screen cast，屏幕录像专家等；（3）拍摄式，采用专业摄像机、DV、ipad或手机等工具拍摄视频。因录制简单、后期编辑功能强大等原因，Camtasia Studio成为被广大教师所优先使用的视频录制软件。录制中，安静的环境、具有降噪功能的麦克风、较详细的讲稿、合适的语音与语调等通常必不可少，利用Camtasia Studio录制完成后，可得到*.trec格式的文件，或进一步输出*·mp4格式的视频文件。

（三）微视频编辑

视频编辑主要包括插入片头和片尾、视频分割、删除有错误的视频段、插入外部视频段、添加标题、字幕或旁白、添加画中画、给视频配音、视频之间添加转场动画、设置视频动画效果、降低视频背景噪音、添加测验等交互功能等，最后，将这些素材连接成一个连续完整的微视频，输出适用于网络在线流播放格式的视频。

本文以“电气控制与PLC”课程为例，以三相交流电机正反转控制知识点为对象，分析了该课程的知识体系结构、微课教学设计和微视频录制脚本设计及后期编辑要点，未来将在微课教学实践方面继续进行探索。

［1］宋琼，宋楠.关于微课程支持下的翻转课堂研究综述［J］.科教文汇，2014（18）：28-29.

［2］刘锐，王海燕.基于微课的“翻转课堂”教学模式设计和实践［J］.现代教育技术，2014，24（5）：26-32.

［3］陈菁，王忠，范青刚.基于微课的翻转课堂教学实践［J］.计算机工程与科学，2014，36（A2）：290-292

［4］萨尔曼·可汗.翻转课堂的可汗学院：互联时代的教育革命［M］.刘婧，译.杭州：浙江人民出版社，2014.

［5］王秋月.“慕课”“微课”与“翻转课堂”的实质及其应用［J］.上海教育科研，2014（8）：15-18

［6］陈玉琨，田爱丽.慕课与翻转课堂导论［M］.上海：华东师范大学出版社，2014.

［7］相方莉.“微课”翻转课堂在高职C语言教学中的应用研究［J］.中国教育信息化，2014（10）：8-10.

［责任编辑盛艳］

江苏理工学院重点课程建设项目“电气控制与PLC”（项目编号：KC13007）；机械电子工程特色专业建设项目（项目编号：TS12003）