新工科背景下PLC实验课程中讨论课教学模式探索

2020-12-29陈庆

教育教学论坛 2020年48期

陈庆

[摘要]实验教学是本科生培养的重要环节，随着新工科理念的深入，大学越来越注重培养学生对知识的主动探究能力和开放思维模式，讨论课是一种行之有效的途径。该文以PLC实验课程为例，从讨论课选题、讨论课实施、讨论课中存在的问题、讨论课建议等多方面进行了探索。事实证明，在实验课程中加入讨论课可以提高学生的学习主动性、积极性，提高学生的创新能力、开拓能力。

[关键词]新工科;讨论课;主动探究能力;开放思维模式

[中图分类号] TP13[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）48-0-04[收稿日期] 2020-08-21

一、前言

新工科建设围绕“五个新”展开，即新理念、新结构、新模式、新质量、新体系。新理念：分析研究新工科的内涵、特征、规律和发展趋势等，提出教育改革创新的理念和思路;新结构：开展新兴工科专业的研究与探索，对传统工科专业进行更新升级等;新模式：深化产教融合、校企合作的体制机制和人才培养模式改革研究和实践;新质量：研究制订新兴工科专业教学质量标准，开展多维度的教育教学质量评价等。新体系：提出推进本科教育办出特色和水平的宏观政策、组织体系和运行机制。

实验课程教学是大学本科生培养的重要环节，充分调动学生学习积极性和主动性是大学教育的一个重要的目标。学生可以在教师的课堂中学到知识，但如何提高学生分析解决问题的能力，是学生在课堂里学不到的，需要学生在实践中探索，培养。如何利用短暂的课堂实践培养学生的主动学习能力，讨论课形式是一种快捷有效的方法。国际上很多知名大学普遍采取这种讨论形式的教学方法，培养学生的主动学习能力、分析解决问题的能力、合作能力、创新能力。

讨论主题的选择是讨论课成功与否的关键，讨论主题需要关联知识重点、学习目的，督促学生自主学习、激发学生积极探索等特点。老师给学生上讨论课的过程是一种和学生一起学习探讨的过程，可以达到“教有所长，学有所获，教学相长”。讨论课一般按下面几个步骤进行：提出讨论主题、分析问题、查阅资料、相互交流、组间讨论，总结。学生讨论过程中，教师应该充分调动学生的学习积极性，鼓励学生踊跃发言，不以学生观点的对错来评价学生。另外，在讨论课结束后，可以通过过程性考核方法，结合学生参与讨论和发表见解的综合情况进行评分，这样让学生体会到讨论课的价值，为下次开展讨论课打下良好的基础。

课堂讨论在实验课堂教学中的地位不可小觑。在学生完成实验之后，组织学生讨论实验结果产生的过程，分析实验结果产生的原因，可以培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。

二、讨论课选题

本文结合苏州大学机电工程学院电气工程及其自动化专业PLC原理及应用实验课程课堂教学实践，就如何组织讨论课、进行了一些探索和思考。

PLC原理及应用课程内容涵盖了电气控制技术和PLC应用技术的基本知识和方法。通过本课程的教学，培养学生分析控制电路和解决控制电路问题的能力;使学生系统掌握PLC各部分的原理、功能、应用、梯形图设计方法和编程技巧;熟悉PLC电气控制技术的原理，熟练其相关应用，为毕业从事电气控制等相关领域的工作打下坚实基础。

本课程的具体教学目标如下：

（1）学习和掌握PLC的基本概念、组成和基本原理、熟悉PLC的常用编程语言，掌握PLC梯形图编程方法，培养学生使用梯形图语言解决PLC程序问题的能力。

（2）通过PLC程序的设计、分析和测试，培养学生基于PLC综合设计整体逻辑结构、实现数据结构与逻辑算法的能力。

（3）掌握常用低压电器的基本概念，原理和使用方法，熟悉基本的电气控制线路及其分析、设计方法，熟悉基本电气控制电路的原理及应用，理解以PLC为核心的电气控制系统;熟悉PLC控制系统的设计和维护方法;培养学生PLC维护、解决实际自动化工程问题的能力。

选题是讨论课成功与否的关键，选题既要有理论深度，又要和学生熟悉的实际生活应用场景结合紧密，便于引发学生兴趣展开讨论，此外，讨论议题的选择还要考虑关注热点追踪前沿。

顺序控制是PLC编程的基础也是应用很广泛的一种控制方式。首先举例说明顺序控制的基本原理。有三台皮带运输机，分别由电机M1，M2，M3驱动。按钮SB1、SB2分别为启动按钮和停止按钮。按启动按钮SB1后，按顺序启动M1，M2，M3，间隔时间为5S，按停止按钮SB2后，停止顺序M3，M2，M1，间隔时间为3S。启动延时定时器为T37、T38，停车延时定时器为T39、T40。三台电机M1，M2，M3分别通过接触器KM1，KM2，KM3接通三相电源，PLC控制接触器线圈。编程元件的地址分配如表1所示。

（1）对于定时器，如果系统的编程元件是T33、T34、T35、T36，每个定时器的PT值是多少？

（2）如果启动间隔和停止间隔时间是相同的，可否只用两个定时器，使其既能完成启动时的时间间隔控制，又能够完成停止时的时间间隔控制？

学生准备讨论课讲解的内容包括但不局限于以上几点。老师可以布置学生查阅相关教材内容，复习以上实验过程，熟悉编程元件的地址分配，掌握定时器、输出继电器、输入继电器、中间继电器的应用。

三、讨论课实施

首先，老师提出讨论课的主题，之后对讨论内容做必要的解释后，给学生充分的思考准备时间，之后再让学生发表见解，同时老师对讨论内容及时点评，活跃气氛，尽量鼓励更多的学生发言。学生可以针对问题，查阅相关资料，同组的同學分工明确，准备PPT演示，或者编写程序证明问题是否可行。老师可以根据学生的回答，择优进行课堂展示、讨论和点评。讨论课的评分计入实验课的成绩，充分调动学生参加讨论的积极性。

以第一个讨论问题为例。学习定时器，关键要求学生掌握两个名词分辨率与定时时间。单位时间的时间增量称为定时器的分辨率，即精度。S7-200 PLC定时器有3个精度等级：1ms、10ms和100ms。定时器定时时间T的计算：T=PT×S。式中：T为实际定时时间，PT为设定值，S为分辨率。例如：TON指令使用T97（为10ms的定时器），设定值为100，则实际定时时间为：T=100×10=1000ms。定时器的编号用定时器的名称和它的常数编号（最大为255）来表示，即T***。如：T40。定时器的编号确定后，其对应的分辨率也随之确定，定时器的编号和分辨率如表3所示。

TON和TOF使用相同范围的定时器编号，所以在同一个PLC程序中决不能把同一个定时器号同时用作TON和TOF。例如在程序中，不能既有接通延时（TON）定时器T32，又有断开延时（TOF）定时器T32。

老师在提出讨论课问题后，可以先让学生思考是否可以把T37、T38、T39、T40换成T33、T34、T35、T36。学生经过几分钟思考讨论，老师可以叫学生轮流发言，提出自己的见解。最后得出结论，可以换。但是T33、T34、T35、T36的分辨率为10ms，如果直接通过编程把T37、T38、T39、T40换成T33、T34、T35、T36，发现延时时间由5S变成0.5S，3S变成0.3S。如何才能使延时时间不变，老师引导学生查阅定时器的定时时间T的计算公式，以及表3定时器的编号和分辨率之后，学生可以自己动手计算出T33、T34、T35、T36的PT值。经过讨论和计算，把T33、T34的设定值PT值改成500，T35、T36的PT值改成300可以满足延时时间不变的要求。通过对这个问题的讨论，学生修改程序，调试程序，达到了举一反三的目的，学生不但掌握不同编号定时器的重要概念及使用情况，还更加灵活运用了定时器。

四、讨论课中存在的问题

在讨论课的过程中，老师会发现学生的一些问题，同时由于传统观念原因，老师可能也会对讨论课产生一些负面影响。讨论课主要存在以下四个方面的问题。

（一）学生对讨论不感兴趣

学生对讨论课不感兴趣是本科实验教学活动中开展讨论课存在的最大问题，学生认为实验课只要实验做成功，就可以拿到实验课成绩。讨论课不是上课，讨论课是围绕问题展开的，大家一起讨论，只要学生找到问题的答案，讨论课就圆满成功。学生认为，讨论课比较轻松，不需要像实验课那样，每个人都要自己动手编程，调试。讨论课的表现没有计入课程的总成绩，学生在讨论课上没有获得成就感。

（二）学生参与讨论时顾虑较多

学生在讨论课上会经常出现几种典型的顾虑情况：顾虑自己所讲的内容不正确;顾虑自己的观点没有达到一定的水准;顾虑自己表达不太清楚，其他同学不理解;顾虑同学笑话。总之，存在很多顾虑。顾虑存在原因是多方面的，有学生性格原因，也有老师组织讨论课形式不适合学生表达观点的原因。消除学生的顾虑，是上好讨论课的关键。

（三）讨论课流于形式

不少教师因为讨论课教学模式好，却没有认真研究讨论课在课堂中发挥的真正作用，所以会造成模式化、程序化。许多课程开展的讨论课在教师引入讨论课主题后，学生经过分析问题、查阅资料、相互交流、组间讨论，教师再进行总结。很多讨论课只是流于形式，并没有起到激发学生创新能力的作用。可以通过鼓励学生多发言，来改变讨论课固有的形式，通过学生的积极参与激发学生的创新意识。讨论课必须要打破常规，才能起到应有的效果。

（四）教师依旧是主体

传统的教学方式就是灌输式教学为主，學生被动地接受知识，很少主动地探索。由于传统观点的根深蒂固，讨论课气氛很难活跃，学生也不会畅所欲言。改教师主体为学生主体，是讨论课教学改革的重要一步，只有这样才能改变固有的观念。学生为主体，可以使学生在讨论时畅所欲言，激发讨论的激情。通过学生对知识的分析、讲解、讨论，达到激发学生创新思维的目的。

五、讨论课实施的建议

针对讨论课中存在的问题，分析其中原因，提出以下几点建议：

（1）改变学生对讨论课的认识。通过组织讨论课，先让一些平时沉默寡言的学生当观众，通过观察其他同学发言讨论，观众发现讨论的主题在同学们的激烈讨论中变得更加广泛，涉及的知识更加全面，随着讨论者的思维越来越开阔，观众的参与积极性也越来越高。讨论结束之后，可以鼓励观众发言，谈谈切身体会和收获。通过几次观察，沉默寡言的学生也比较善谈了。通过观察和发言，学生意识到学习是接受知识和应用知识的过程，只有把知识应用到实践当中去，才能体现知识的价值。

（2）树立学生的主体地位。在讨论课中，学生可能会提出教师没有考虑到的问题，此时师生可以共同探讨，在讨论过程中需要树立学生主体地位。因为学生知识有一定的局限性，片面性，所有需要教师明确讨论主题，这样就可以确保学生的讨论既围绕实验课教学内容，又能够充分自由讨论，发表自己的见解。在开展讨论课时，老师需要保证学生有充分表达自己见解和主张的时间和空间，在把理论知识和实践融会贯通以后，会对知识的应用有一些新的认识。在讨论的过程中，一部分学生担当教师的角色，带领其他同学积极参与讨论，鼓励其他同学通过积极发言，发表自己的见解，通过讨论，可以提高其他学生学习知识的能力。教师也要乐于接受学生的见解，达到教学相长的目的。教师必须改变传统的教学方式，不但要在思想上重视，行动上更要重视，要给学生留下灵活的讨论空间，充分发挥学生的主体作用。

（3）讨论课上老师和学生围绕共同学习目标，完成不同的讨论任务，实现信息共享，达到共同进步，这样的讨论课才是事半功倍的。在讨论过程中，老师要及时归纳总结学生的观点，肯定正确的观点，同时对错误的观点要加以引导，纠正。讨论结束后教师联系实验项目和学生讨论内容，做总结性发言，明确结论，使学生对正确的观点理解深刻，对错误的观点认识充分，达到了本次讨论课的教学目的。

六、总结

本文利用PLC原理及应用实验课程中顺序控制程序，结合新工科的教学理念，对实验课中讨论课教学进行了积极探索。在讨论课过程中，教师针对不同学生灵活组织课堂讨论，特别是做好讨论课选题、组织学生讨论和总结性发言等几个关键环节。发现学生的一些问题，并提出改进的几点建议，从学生的反馈可以看出，讨论课达到了一定的教学效果，特别是在学生创新能力的培养上，讨论课起到了重要的作用。在此基础上分析了新工科模式下的课程体系改革，课程体系与教学内容支撑着人才培养目标与毕业要求的达成，是新工科建设中需要研究的重要问题。

教学模式与方法的发展历史和实践经验表明，教学有法，法无定法，法贵在活。不拘泥于某种特定的教学方法是教学过程的一个重要突破，课堂讨论既是一种教学方法，更是一种教学创新，通过教学方法的不断创新，提高了教学效果。有效的课程讨论应是遵循教学规律，提高教学效果，促进学生在理论知识与实践技能、学习过程与方法、情感态度与价值观“三维目标”上获得整合、协调、可持续的进步与发展。

参考文献

[1]教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知.

[2]杨波，唐荻音.研究生讨论课教学的探索与思考[J].电气电子教学学报，2020，42（3）：1-3+60.

[3]王根顺，付娟.关于我国研究生教育讨论课的主要问题分析[J].新课程研究，2009，8：39-40.

[4]李慧，宣兆龙.研究生“讨论课”教学的几点思考[J].长春理工大学学报，2011，24（11）：140-141+155.

[5]杨春梅，孙孟思.翻转课堂如何推进课堂讨论[J].学位与研究生教育，2017，5：48-53.

[6]刘利平，陈立婧，陈桃英.开设讨论课在本科教学中的探索与实践[J].教育教学论坛，2019，11：124-125.

[7]张浩鹏，谢凤英，姜志国，等.研究生學术前沿讨论课教学探索与实践[J].中国校外教育，2017，27：110-111+161.

[8]安晶，赵董步甲，谭若兰，等.讨论式课堂翻转在医学本科生和研究生教学中的应用及思考[J].中国高等医学教育，2019，2： 125-126.

[9]陈明选，张康莉.促进研究生深度学习的翻转课堂设计与实施[J].现远程教育研究，2016，5：68-78.

[10]许鹏奎，虞庐松.我国高等工程教育的发展现状、问题及趋势分析[J].武汉理工大学学报（社会科学版），2013，26（4）：633-637.

[11]黄云志，张毅.面向工程教育专业认证的课程改革与实践[J].电气电子教学学报，2018，40（1）：25-28.