基于OBE理念的PLC实验平台及实践教学体系建设

靳继勇 李雪丽 邓大立

摘 要：成果导向教育已经成为目前工程专业认证与新工科背景下一种较好的教育理念与方式，结合“中国制造2025”对高校可编程序控制器（PLC）课程与人才培养的需要，自主设计了一套PLC远程实验平台，并在实验平台上建立了一种以学生的学习成果为导向、专业人才培养为目标的PLC课程实践教学体系与成果评价体系。

关键词：成果导向教育；远程实验平台；实践教学

1 绪论

成果导向教育OBE（Outcome Based Education）是一种以学生的学习成果为导向的教育理念，强调培养目标要以需求为导向，以学生为中心，从学习的一开始就有明确目标和预期表现，要求教师应该善用示范、诊断、评价、反馈以及建设性介入等策略，来引导、协助学生达成预期成果，目前是工程专业认证与新工科背景下一种较好的教育理念与方式。[1]

“中国制造2025”要求制造业信息化水平大幅提升，制造业数字化、网络化、智能化 需要取得全面进展，实现智能制造。可编程序控制器PLC（Programmable Logic Controller）作为机械工程和电气工程学科的专业骨干课程，也是智能制造的核心基础专业知识。目前以新技术、新业态、新模式、新产业為代表的创新技术，对PLC技术人才提出了更高要求，迫切需要加快高等教育的改革创新。[2]

2 目前的PLC实验教学的问题

教学目标单一性，在目前高等教育过程中PLC课程在培养计划中仅仅按机械专业与电气自动化专业不同分配不同的学时，高校教师为每个专业所有学生制定了同样的教学目标和一致的考核评价体系。学生的学习具有差异性，每位学生学习专业目的也不尽相同，并且学生在学习中随着专业知识的逐渐深入，也有了自己新的学习目标，以传统的教学大纲为本而制定的教学目标无法实现对学生过程中出现的问题进行及时评价与修正。[3]

互联网+为主题的大学生创新创业项目和智能制造竞赛要求以机电结合基础，并需要物联网、云计算、大数据等相关技术，[4]本校现行的PLC教学体系与内容相对于当前智能制造知识体系要求已经滞后。本校机械专业与电气自动化专业在不同的院系管理，竞赛学生的专业组织上出现“机不懂电，电不懂机”，只能依靠指导教师的专业知识能力或者院系专业之间的协调能力。

设备陈旧、利用率较低。很多高校PLC设备都是10年左右的设备，近几年PLC设备及其软件产品已经有了很大的变化，例如西门子PLC已经由S7-200/300/400调整为S7-1200/1500，配套制造业信息化的工业网络通信产品及软件更加丰富。传统的实验室开放过程中，实验室管理教师工作时间与学生上课时间冲突，学生在PLC自主学习过程中遇到的实践问题无法及时解决使得部分学生放弃了对PLC的学习兴趣。

3 制定教学目标

强调以学生为中心，根据现有的机械电气专业特点与行业人才需要，对PLC的实践教学反向构建课程体系，[5]如下表所示。具体实施方案如：针对本校机械设计制造及其自动化、机械电子工程、电气工程、自动化等本科专业，前期通过专业交流介绍和专业学术会议，让学生了解PLC与智能制造相关技术，中期引导学生制定适合自己的PLC学习目标，初步建立自己的人才培养计划，如：机械工程师、机电工程师、自动化工程师等。中期后期在学习中调整目标，选择适合的教学内容和方法，突出自己知识兴趣，实现自己培养目标应达到的预期成果。

4 实践教学方法与内容建设

教学改革之前，本校PLC课程教学都是按照教学大纲要求，结合各个专业的课时需要，以课堂理论教学为主，开设逻辑指令实验、程序控制指令实验、综合应用实验2～6个实践环节。根据目前专业建设需要，自主建立了一套基于互联网VPN技术的远程PLC实验平台，具有便变频与伺服运动控制、通信、工业物联网、云平台虚拟服务器等应用功能，采用摄像头监视实验平台运行状况与实验记录。平台建设后，任课教师根据学生自己的专业和兴趣进行结构性区分，教师不仅在课堂上传授理论知识，灵活地采用多种方式来引导、协助学生达成预期成果。学生按照目标，在理论课程基础上，通过教师自学内容的布置与学习方向的指导，自主展开课程知识点课下学习与实践。部分学生经过初期的学习后，通过团队合作、校企联合培养、协同创新、等方法方式，对工业互联网、智能制造等相关知识展开进一步的学习，使学习能力较强者有更快的提高，使学习能力较弱者也得到知识提升。

本校按照智能制造为产业背景的新工科改革以及工程专业认证要求，以人才培养为目标，以学生为中心，在理论教学基础上，实践教学内容进一步调整。

（1）PLC基础应用实验包含PLC的基本逻辑指令实验、数据传送比较指令实验、运算指令实验、模拟量实验、FC调用实验、FB、DB与全局背景实验、HMI触摸屏组态设计实验等。

（2）运动控制及工业总线实验包含MODBUS通信实验、以太网通信实验、ROFIBUS-DP或者PROFINET变频器控制实验及V90控制实验等。

（3）工业物联网开发包含2/3/4G无线通讯技术、以太网交换机通讯技术、虚拟服务器云平台技术、WEB界面监控技术、手机APP应用技术等。

在新的教学平台与教学模式下，学生可以随时随地按照目标要求自主地完成各项实验，提高实验设备利用率，提升学生学习兴趣，达成自己的学习目标。

5 考核评价体系

传统的PLC教学只能通过作业、实验报告、期末考核将不同学生采用同样评价体系，平台建设完成后，每个实验的操作都制作成视频，摆脱了传统的纸质实验报告，减轻了写作负担，教师和学生自己也能给出相关知识的合适评价。最终的成果除了以理论知识和项目设计结合的期末考核以外，各种大学生创新创业大赛、机电设计类竞赛、教师的科研项目也是较好的考核评价。优秀的竞赛科研团队也需要学生专业知识的差异化，差异化的专业知识使得每位参赛队员有合理的分工，提升团队整体实力。同时专业知识的差异化需要强调学科专业教学的协同性，促进该专业其他课程的任课教师，以协助学生达成顶峰成果为共同目标，进行沟通合作，设计各自的课程教学方法，同时形成较好的评价体系，达成工程专业认证的目的。

6 结语

阶段的成果只作为改进教学的依据，最终学习成果，既是OBE理念的终点，也是起点。[2]以成果为导向，教师可以提高对学生学习的期望，制定具有挑战性的目标，培养出服务社会、服务企业卓越专业人才。

参考文献：

[1]李志义.成果导向的教学设计[J].中国大学教学，2015.（3）：32-39.

[2]吴昌林，徐敏.新工科下高校人才培养的“OBE”模式[EB/OL].http：//www.csdp.edu.cn/ article/ 2768.html.2017.07.13.

[3]李伟文.电气控制与PLC技术课程教学改革误区例析[J].电子技术与软件工程，2017.（4）：162.

[4]张爽，张其久.基于OBE成果导向的机械类工业工程专业人才培养模式研究[J].科技风，2018-3，2018.（7）：51-52.

[5]姚年春，徐敏.基于OBE理念的自动化人才培养模式研究[J].职教通讯，2018.（2）：10-13.

课题：1.中原工学院2017年度 “机械电子工程专业”校级教学团队建设项目；2.2017年中原工学院教学改革与研究项目：《可编程序控制器》课程自主式实践教学研究，立项编号：22；3.2018年中原工学院教学改革与研究项目：产学研合作教育模式下机械类专业互联网+知识培养的研究与实践，立项编号：50

作者简介：第一作者靳继勇（1978-），男，河南洛阳人，硕士，中原工学院机电学院讲师，研究方向：机电控制。