留学生“PLC控制与编程”线上教学实践

潘盛湖　吕志忠　谢冲　郑华林　胡腾

[摘 要] 由于新冠肺炎疫情的影响，绝大多数留学生无法返校学习，且不同国家留学生的学习基础、文化背景、逻辑思维等差异较大，给“PLC控制与编程”课程的在线教学带来了很大挑戰。对“PLC控制与编程”课程教学内容进行分析，并结合留学生在线学习的特点进行教学设计，采用图示引入、视频引入、现场习题等多种教学方法，取得了较好的教学效果，为今后留学生的在线教学提供了参考，同时有效提升了留学生理论联系实际的能力。

[关键词] PLC;在线教学;教学设计;教学方法

[基金项目] 2018—2020年四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“创新创业教育模式下机电专业教学改革研究”（JG2018-427）

[作者简介] 潘盛湖（1982—），男，贵州天柱人，博士，西南石油大学机电工程学院讲师（通信作者），主要从事机械电子工程相关教学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）43-0070-04    [收稿日期] 2021-01-20

一、引言

随着我国高等教育逐渐与国际接轨，来华求学的国际留学生数量越来越多。西南石油大学留学生数量也逐年增加，生源主要来自“一带一路”沿线国家，如巴基斯坦、印度、肯尼亚、阿尔巴尼亚等国家。由于国家之间的文化差异和教学水平不同，不同国家留学生的学习基础、文化、逻辑思维等差异较大[1]，采用与国内学生相同的教学方法效果并不理想。特别是随着新冠肺炎疫情的暴发，国际留学生无法返校学习，对在线教学提出了更大的挑战。笔者多年来一直承担机械工程专业留学生“PLC控制与编程”课程的教学工作，在充分考虑留学生文化背景、学习基础、逻辑思维的基础上，结合线上教学的要求，对教学过程进行设计。在教学过程中采用图示引入、视频引入、现场习题等多种教学方法，教学效果较为明显。现将本课程的教学过程进行总结，为今后留学生教学工作提供参考。

二、教学设计

（一）教学内容设计

1.教学内容规划。对本课程教学内容进行流程设计，把教学内容固定在“场景展示+PLC概述+PLC结构+PLC外围硬件接口+PLC程序”几个主要教学模块中[2]，内容承上启下，相互支撑。教学内容主线为：（1）通过视频、图片等方式，展示PLC工作的工业现场场景，主要包括制造生产线场景、PLC过程控制场景、单设备PLC应用场景、PLC控制系统组装场景等。（2）在理解、应用场景的基础上，掌握什么是PLC。向学生展示PLC的结构、组成，描述PCL与普通PC的区别，呈现当前计算机、电子技术发展与PLC发展的联系，介绍设计人员如何应用PLC进行工业控制等。（3）如何组建PLC或PLC系统。包括怎样选择PLC、怎样组建PLC、怎样进行PLC系统设计等。（4）如何将PLC与外围设备连接，形成控制系统。展示PLC外围电路设计场景、PLC外围电路连接场景，以及PLC系统现场调试工作场景等。（5）PLC控制系统怎样编制程序来驱动。展示编程环境、程序下载应用场景、技术人员进行程序调试与修改场景。根据以上主线，将教学知识点进行细分，形成一条知识点链路。教学知识点和对应关系如图1所示。

知识点链路图主线为展示PLC结构、组成，描述PCL与普通PC的区别，呈现当前计算机、电子技术发展与PLC发展的联系，介绍设计人员如何应用PLC进行工业控制等。

2.教材内容建设。教材是教学过程中必不可少的参考资料，是教师做好教学设计、学生做好学习规划的依据。目前，市面上没有“PLC控制与编程”课程的全英文教材或者中英文混编教材，给留学生教学工作带来了很大困难[2]。因此，我们必须参考国内外相关PLC类技术参考书，整理、编制符合教学要求的参考教材。（1）搜集国内外PLC应用相关的电子书籍，分析其内容的可用性，进行针对性选择;将中文内容进行描述，翻译转换成中英文双语的描述方式，便于应用。（2）搜集PLC品牌厂商的使用说明书，截取有用内容，进行适当加工整理、翻译。（3）在网络上搜集PLC图片、PLC应用场景图片、PLC设计过程图片等，增加文字表述、翻译与整理。（4）在网络上搜集PLC学习相关习题、试卷题库等，对习题内容重新进行筛选与重构，并进行文字翻译与整理。（5）将搜集、整理的内容，按照教材要求整理成教学讲义，形成教学使用教材。

（二）教学方法设计

1.课堂引入方式。在教学中发现，大多数留学生的课程学习方式与国内学生区别很大。留学生对工科基础课程知识的掌握程度偏弱，对课程内容以感性理解为主，逻辑推理能力较差[3]。针对以上差异，本课程在授课时采用“场景引入式”教学模式，激发留学生的学习兴趣，便于学生理解关键知识点。

场景是指通过视觉认知而产生的有关事物的整体形象。人在感知客观事物时，一般是将客观事物作为一个统一整体进行认识，这就是所谓的感知的整体性。场景引入法试图通过运用图片、视频、装置等，向学生展示一个PLC及其应用场景整体，创建一个直观的视觉效果，以此帮助学生理解、领会PLC系统的含义。具体的操作方法是：（1）场景构思。根据各个知识点内容，结合所要讲授的知识，加工出一个合适的视频或图片组。例如，构思PLC应用场景时，其流程可以为：①播放5分钟左右视频，展示一个在汽车装配车间中众多设备协同工作的场景;②利用10张左右图片，展示PLC在交通灯控制的场景;③播放2分钟左右视频，展示PLC控制系统或者PLC控制柜的设计、组装过程场景。（2）场景呈现。在讲授内容前，将所设计的场景用视频、图片等方式呈现，或者在讲述某一知识点过程中，以适当的方式呈现。同时，场景呈现采用由面到点的方式进行，便于学生先建立宏观概念，再有针对性地进入PLC相关课程细节的学习中。（3）由场景导入授课课题。如PLC输入电路知识点的引入设计：①展示PLC控制外部电路连接的画面或视频。②提问：PLC控制电路包含哪两个部分，每部分电路连接哪些外部设备。学生回答后，进行总结分析，引入知识点的讲授中。

2.课堂授课方式。（1）PPT课件设计模式：①整理现有的中文PPT课件，补充收集其他PPT课件和素材;②将中文材料翻译成英文材料;③精简和优化教学内容，按照PLC概述4学时、PLC硬件电路设计12学时、PLC程序设计12学时组织教学课件;④课件内容需要引入大量图片、动画或视频。（2）课堂引导式讨论讲授模式：①播放所讲授知识点的相关视频和图片，提出有思考或者讨论价值的问题，留2～3分钟让学生进行分析和思考。②通过分析、讲解与讨论，发表自己的观点，拓宽了留学生的知识面与认知领域。留学生积极参与讨论，使不同文化背景下的知识和思维逻辑产生碰撞，取得了非常好的效果。③采用综合应用案例讲解与分析、知识点回顾、随堂测试题公开讨论等多样化互动式教学模式，提高学生主动学习的兴趣。（3）全英文授课对教师英语的流畅性来说是一个很大的考验，大多数教师难以像使用中文一样进行流畅讲授，所以，全英文授课方式对教师专业水平与语言能力提出了更高的要求[3]。教师是课堂学习的引导者与组织者，知识传播的整体目标能否达成不仅取决于学生，更与教师的授课效果息息相关。留学生多来自发展中国家，所接受的教育模式各异，在课堂上更愿意与教师进行交流。因此，教师应做到：①多备课，对授课内容非常熟悉，顺手拈来;准备书面教学设计资料，关键内容使用中英文双语标识;多练习英语，提高课程专业词句的英文表达能力。②在课件制作中，标注必要的标题指引、表达的逻辑指引，便于引导自己进行英文表述。③对学生提出的问题，结合图形展示进行解释说明。④适当了解不同国家留学生的文化、宗教和禁忌，避免产生语言上的误会。

3.习题操作方式。留学生偏向于感性学习和动手实践学习;因此，课程习题结构按照“常规描述性习题+图片引导式习题+综合设计型习题”进行设计，有意识地培养学生从“常规逻辑+场景分析+设计思维”进行習题作答，以获得不同的能力锻炼，如图2所示。

4.习题开展。采用“课堂现场习题+课后思考分析+分组讨论”相结合的方式，注重从“学”到“用”的转化。

（三）课程实验

该课程具有很强的实践性，实验项目上采用“演示型+综合型”相搭配的方式，按照“先展示，后设计，再动手实现”的顺序进行[4]。

1.提前讲解，进行试验准备，熟悉实验设备。首先讲解实验内容，一般从怎样实验可以获得预期结果入手，其次对实验设备、仪器进行说明，包括怎样使用仪器、使用过程的安全注意事项等。必要时可以安排答疑，保证学生具有正常操作实验设备的能力。

2.学生必须独立完成实验，将所学课程知识应用于实验中，进一步巩固课堂知识。主要包括：学生必须独立进行实验方案设计，独立进行PLC实验过程电路接线和检查，独立进行实验并用PLC程序编制与调试，独立进行数据记录、分析、总结等。

3.要求学生整理实验数据及过程中发生的现象，得出实验结果，并对实验结果做分析总结，提出改善建议[5]。

三、课程考核

留学生的知识背景和基础知识各异，与国内学生相比，存在一定差距，所以考核要求和方法不能沿用国内学生的考核方式。课程考核应以教学的课堂考核为主，期末考核为辅，便于因材施教，激发留学生的学习热情，促进学生更好地掌握课程知识[6]。

“PLC控制与编程”的课程考核采用如下模式：（1）平时成绩。主要根据学生在课堂上讨论、回答问题等表现进行评定，占30%。（2）课程学习小论文。根据本课程所学知识，分析总结相关技术要点和应用，结合论文质量进行评分，占30%。（3）卷面理论考试，占40%。

课程考核的比重分布为：教学过程学习占60%，能够有效地反映学生学习过程质量;教学理论学习与应用占40%，反映学生对知识的掌握程度和对知识点应用的能力。

四、结果与成效

该课程教学改变了过去单一的讲授模式，从教学内容入手，对教学过程进行全面优化，对教学方式进行改革，充分调动了留学生的学习兴趣，取得了较好的效果。一是学生成绩逐渐向好。2016级由于时间仓促，未进行教学模式优化，2017级和2018级开始进行教学过程优化。结果显示，2017级和2018级学生的成绩显著提高，取得了较好的效果（表1）。二是学生能够将本课程知识应用于各类学科竞赛中并多次获奖，共获奖14项，为今后工作打下了良好的基础。三是在即将毕业时，2016级4名留学生主动表示希望留在中国工作，请求笔者推荐他们到相关企业从事PLC机电控制相关工作;2名学生表示愿意参加PLC应用相关的科研项目，并申请留校攻读硕士学位。

五、结语

经过近三年以来对“PLC控制与编程”课程教学过程的优化，进一步找准了留学生教学工作的方向，取得了较好的效果。但是，后续还存在一些问题需要持续进行革新，比如，如何进一步调动留学生的学习积极性、如何提高师生双方语言的交流效果等。今后应继续大胆革新和尝试，可以从以下几个方面进一步优化本课程教学过程和教学方法：第一，在疫情期间，由于课程安排的特殊性，主要采用线上教学为主的授课模式，线上的教学内容信息量大，依赖学生的学习主动性。今后，为拓宽学生对“PLC控制与编程”课程学习的深度与广度，应建立并完善本课程的网络学习网站，将教学内容、教学课件、拓展知识、习题、实验内容等置于网络网站中。采用“线上学习+线下课堂”相结合的方式进行教学，既保证教学内容的连贯性和引导性，又充分发挥学生学习的主动性和积极性，拓宽学生学习的广度和深度。第二，积极探索线上课程建设，规划线上教学内容，录制线上教学视频，建设线上教学平台，不断地借鉴国内其他高校线上教学平台建设和线上教学成果，丰富和完善线上教学内容。第三，进一步优化课堂教学内容，丰富教学素材，引入更多的场景展示方式，如虚拟场景、虚拟操作等，不断地激发学生在课堂上的学习兴趣。

參考文献

[1]刘云龙.留学生机床电气与PLC控制课程教学研究与实践[J].教育教学论坛，2016（8）：153-154.

[2]黄海龙，曾红，王宏祥，等.PLC控制技术课程改革的研究与实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2018，20（6）：111-113.

[3]朱媛.基于学生创新素质培养的《机床电气控制与PLC》课程改革研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，

2009，8（4）：100+110.

[4]张婕，李浙昆，吴涛.可编程控制器虚拟实验教学的研究[J].实验室研究与探索，2009，28（9）：77-79.

[5]孙秀娟，刘法胜，Michael Collier，等.单片机双语教学课程建设的实践探索[J].电气电子教学学报，2010，32（4）：66-67.

[6]杨海亮.PLC教学实验方法研究[J].实验室科学，2015（25）：88-89+93.

Online Teaching Practice of the PLC Control and Programming Course for International Students

PAN Sheng-hu， L？譈 Zhi-zhong， XIE Chong， ZHENG Hua-lin， HU Teng

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500， China）

Abstract： Because of the COVID-19， most international students cannot return to school， and their learning foundation， cultural background， and logical thinking are quite different， which is a big challenge for the online teaching of the PLC Control and Programming course. This paper analyzes the teaching content of the course， designs the teaching according to the characteristics of international students online learning， and adopts a variety of teaching methods， such as graphic introduction， video introduction， and on-site exercises， which has achieved good teaching results. The online teaching for international students provides a reference for the similar teaching in the future， and effectively improves the ability of international students to integrate theory with practice.

Key words： PLC; online teaching; teaching design; teaching methods