双一流背景下应用型本科人才培养课程教学改革模式与实践——以《PLC原理及应用》课程为例

王晓瑜

（西安航空学院 电子工程学院，陕西 西安）

一 引言

2018年8月，教育部、财政部、国家发展改革委印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》，提出落实立德树人根本任务，形成高水平人才培养体系，是国家“双一流”教育战略背景下，一流本科教育的建设目标。也就是说，地方普通高校人才培养的核心要求转向德才兼备、全面发展；转变人才培养理念、目标、模式和方法，构建起适应新时代的一流本科教育体系，实现本科人才培养体系和课程的优化[1-2]。

随着地方应用型本科院校一流专业及一流课程建设的持续推进，近年来，不少教育工作者对自动化专业应用型本科人才培养体系建设及一流课程建设也进行了积极的研究。上海工程技术大学校长夏建国指出，该校致力于培养具有创新精神和实践能力的、具有国际视野的卓越一线工程师，形成了“依托行业、服务企业，培养一线工程师为主的高层次应用技术人才”的办学特色[3]；肖丽仙提出，实现应用型人才培养目标，关键在于落实课程教学的应用型改革，她针对“电气控制与 PLC 技术”课程，提出教学内容、实验设备、教学组织和考核“四个一体化”的课程教学改革模式，实现教、学、做、评的融合[4]；蔡晓敏等人提出了“新工科”背景下，对自动化专业核心课程“电气控制与PLC”课程实践分基础实验教学、项目训练、综合创新三步走，循序满足自动化控制系统设计和生产实践的需求的思路[5]；马昕详细论述了将“西门子杯”中国智能制造挑战赛学科竞赛融入自动化专业学生工程创新能力培养的方式，得出了学科竞赛能够显著提高大学生的创新思维和创新技能、巩固教学成果、优化工程创新环境的结论[6]。

西安航空学院是2012年升格的地方本科院校，下设的电子工程学院是陕西省首批创新创业教育改革试点学院，遵循教研〔2018〕5号文件对地方本科院校“双一流”的指导意见，本项目对传统工科“自动化”专业人才培养方案的核心专业课程《PLC原理及应用》的课程内容等方面进行改革，探索与实践培养具有“心中爱国，科技报国”，胜任行业发展需求的应用型高素质技术人才。

二 课程与教学改革要解决的重点问题

（一） 课程理论知识的前沿性与专业基础知识兼顾问题

PLC技术是工控系统网络化的基础，而控制系统网络化是PLC技术在自动化领域的前沿技术，作为面向自动化专业培养的专业核心课程，需兼顾学生的基础，同时又要体现工控技术发展的时代特征，提升课程的高阶性和创新性。

（二） 课程教材的特色与人才培养有机融合问题

国内PLC课程教材多为双一流大学的偏理论轻应用和职业技术学校的轻理论偏应用维修两大类。我校为应用型本科，因材施教才能满足高素质应用型工程技术人才的培养需求。

（三） 课程实验内容的探究性与验证性之间的转型问题

通过实验验证课堂所学理论知识，是掌握知识的一种有效手段，但因实验设备受限，实验内容只能通过仿真或传统的插拔式实验平台实现，学生难以形成PLC系统的硬件电路和程序控制的整体认识，学生自学探究能力弱，实验内容挑战度低。

三 课程教学改革研究路径

我校“自动化”本科学生生源多来自陕西，结合学校“行业性、地方性、应用型”的办学定位和“双一流”的教育战略路线，针对上述问题，对《PLC原理及应用》课程从教学内容、教学资源建设、课程教学内容及组织实施、教学模式与手段、课程成绩评定方式等方面展开。

（一） 课程内容改革

1. 针对课程理论知识的前沿性与专业基础知识兼顾问题，根据自动化领域应用型本科生的学科基础，以工控过程中信号流为主线，从信号的传感、采集、模数转换、数字信号处理，到信号数模转换和执行输出，编排PLC相关的基础知识和技术原理，并在相关节点引入工控领域实用案例和前沿技术，实现两者的有机融合，提升课程的高阶性和创新性。

2. 针对课程教材的特色与人才培养有机融合问题，笔者编著新形态应用型本科教材——《电气控制与PLC应用技术》，根据课程核心职业能力重构并模块化教材内容，共分为六大模块：PLC硬件、基本指令及程序设计、模拟量与PID控制、PLC网络通信、PLC变频调速、PLC工程设计应用实例，自制与知识点配套的仿真和实操一体化微课案例视频34个（在教材知识点有二维码，扫码即可实时观看），将实验室搬到课堂，教学情景直观生动，有效达成高素质应用型工程技术人才的培养目的。

3.针对课程实验内容的探究性与验证性之间的转型问题，笔者基于探索性实验设计，自主研发了“基于PLC、VVVF和HMI的多功能实训平台”，引入“PLC控制参数整定”“三台PLC实现PPI通信”等探索性实验环节，提升了学习的挑战度，培养学生分析和解决复杂工程问题的能力。

（二） 教学资源建设及应用

1.课程团队5名成员双师双能年轻化，平均年龄36岁；职称和学历分配合理，团队有2名教授，工程师1名，讲师2名；3名博士，2名硕士。团队成员具有深厚理论功底，丰富的教学和科研实践经验，多人曾获教学相关省级和校级奖项，为课程教学提供有力支持。

2.编著新形态教材，辅以其他优秀教材；自制教学案例微课视频、电子教案、PPT课件、习题库等教学资源，引导学生通过学习通、中国大学慕课和数字化图书馆资源，了解学科发展动态和前沿技术，提升知识学习的深度和广度。

3.基于探索性实验设计，自主研发了课程群实验平台，可以满足“电气控制技术”“PLC原理及应用”“组态技术”“控制系统计算机仿真”“变频调速技术”“自动控制原理”等专业课程的基础验证实验、综合设计实验和自主创新设计三个不同层次的实验模块，通过小组化实验，满足学生的探究式学习需求。

4.依托团队所在科研平台，梳理出典型学科交叉项目，如“PROFIBUS-DP远程智能从站技术在高炉炉顶上料控制系统的改造与实现”“多工位组合机床控制系统的PLC改造与实现”等，作为课堂教学案例分析，启迪学生的科学探索精神和创新意识。

四 课程教学内容及组织实施

（一） 课程思政进课堂

以我国智能制造业发展现状为点，以自动化专业知识为线，以重构课程教学内容为面，课程思政元素融入教学目标；通过教学大纲把立德树人内化到课程内容、教学方法和考核评价中，促使知识传授与情感价值观教育同频共振，培养特色鲜明的“心中爱国，科技报国”的高素质应用型工程技术人才。

（二） 构建以“学生”为中心的闭环教学法

1.课程贯穿硬件—系统的概念，培养学生职业能力全局观。精选部分程序设计案例为PBL（Problem-Based Learning 问题式学习）小组讨论课，如“多种方法实现阶梯灯定时点亮控制程序设计的PBL的教学”，增加学生学习主动性和参与度，培养学生的多途径程序设计能力。

2. 课程实验环节增加探究型内容，将校级开放实验室“西门子PLC科技创新训练”项目改为RBL（Research-Based Learning探究式学习）开放实验，如“PID参数整定的RBL教学”，加强操作实训，让学生体验“跳一跳才能够得着”的学习挑战。

3.课堂教学内容则由项目驱动，通过类比法和案例法导入、启发学生，使学生参与教学，借助理实一体化微课视频闭环实现。

五 课程成绩评定方式

课程成绩评定方式共由平时成绩、实验成绩和闭卷考试成绩三部分组成。占比分别为：平时成绩15%（个人作业、参与课堂分组讨论和个人现场仿真展演），实验成绩15%（分组实验操作与答辩、实验报告）和闭卷考试成绩70%（理论知识测试、程序设计）。

六 课程评价及改革成效

（一） 课程评价

1. 学生评教和教师互评近满分

2019-2020学年学院排名第1，学校排名第14名（为前2.8%）。

2. 良好的示范和引领效应

行业专家和校督导专家认为，该课程创新重构教学内容，编著新形态教材，辅以其他优秀教材和教学资源，借助校级优秀教学成果，通过PBL和RBL教学法开展教学，集知识传授、能力培养和素质教育为一体，通过用人单位反馈，应用效果显著。

课程组创新性制作的微信扫码的仿真+实验一体化案例视频，引实验进课堂，真实直观反映实验过程及结果，便于学生在线学习，对高校同类课程的改革和建设具有良好的示范和引领效应。

（二） 改革成效

1. 学生学科竞赛获奖多

2015-2018级自动化专业学生参加“西门子杯中国智能挑战赛”共获奖30项，其中国家级奖项10项、西部赛区奖项20项；获批与该课程相关的省级大创项目4项。

2.优秀毕业设计数量多

课程负责人指导五届PLC类毕业设计共获“校级优秀毕业设计”11人次，并获得西安航空学院2018-2020届“校级优秀毕业设计指导老师”荣誉称号。

3. 课程团队成员获奖多

课程团队成员在2017、2019年“陕西省高校教师实践技能竞赛”获省级三等奖5人次；2018-2020年获“校创新创业优秀指导教师”3人次，2019、2020年获校“教学质量优秀奖”和“青年教师教学质量优秀奖”3人次，2018-2020届“校级优秀毕业设计指导老师”1人次，均获奖2.4次。

4. 优秀教学成果作支撑

课程团队研发的“基于PLC、VVVF和HMI的多功能实训平台”助力实践教学及学科竞赛，满足本课程探究式学习需求，获2019年“校级优秀教学成果二等奖”。

5. 教学助力科研

课程负责人在2016-2021年间共发表PLC类核心科研论文13篇，获批主持省级科研项目“基于PLC、人机界面及变频器的锚杆钻机智能可视化控制系统应用研究”和校级科研项目“混合型拓扑结构在高炉炉顶监控系统PROFIBUS-DP总线技术中的改造与实现”各1项，助力科研，实现课程内容的前沿性与专业基础知识有机融合。

6. 学生受益面广

我校自动化、机械电子、机械设计、测控技术等本科专业的《PLC原理及应用》《机床电气控制与PLC》《电气控制与PLC技术》课程《可编程控制器及应用》课程均使用本课程组编著教材和立体化案例视频，应用范围大；通过校级开放实验室“西门子PLC科技创新训练”项目研究性和综合性知识学习，加强操作实训，接受学科竞赛训练，受益面广。

7.用人单位评价高

杭州和利时自动化有限西安分公司、南京科远智慧科技集团股份有限西安分公司公司、西安华讯微芯科技有限责任公司等认为我校自动化专业学生通过该课程学习后，具有强烈的社会责任感、较高的创新精神和突出的实践能力，在各自单位的生产和研发过程发挥了高素质应用型人才的积极作用。

七 结语

以国家对应用型本科院校“一流专业”和“一流课程”的建设目标为指引，对标目前应用型本科院校自动化专业的核心课程“PLC原理及应用”课程与教学改革要解决的重点问题，首先根据课程核心职业能力重构并模块化教材内容，选用自编新形态应用型本科教材，课程思政元素融入教学目标；通过教学大纲把立德树人内化到课程内容、教学方法和考核评价中。其次，创新形成以“学生”为中心的动态闭环教学法，项目驱动课堂教学内容，通过类比法和案例法导入，借助自制微信扫码的理实一体化微课视频，启发学生，使学生参与PBL小组讨论教学，最终借助个人仿真展演方式，动态闭环体现学生学习的主动性和参与度；最后，在课程实验环节，引入多个探索性实验设计和“西门子PLC科技创新训练”项目教学，助力课程的实践教学和“西门子杯中国智能制造挑战赛”，进一步体现课程的高阶性和创新性。学生受益面广，多方教学评教优秀，用人单位评价高，有效培养了学生解决自动化专业领域复杂工程问题的能力，课程教学目标和人才培养目标达成程度高，该课程已经被评为2021年省级线下一流课程，对西安航空学院建设陕西省一流学院有着重要的连带推动作用，也将对今后的若干年西安航空学院建设高水平的应用型高等学校有着不可或缺的贡献。