基于混合式教学模式的电气控制及PLC课程教学改革

杨新宇 李大喜 邵思羽 张强

摘  要：新工科背景下，电气控制及PLC课程作为电气工程专业的专业基础课程，对培养学生的专业知识水平以及实践动手能力具有重要的意义。伴随着信息技术的发展，互联网海量教学资源的涌现为课程教学双方都带来了新的机遇与挑战。文章探索利用网络资源，将线上线下混合式教学模式应用于电气控制及PLC课程教学中，提高学生学习的积极性与主动性，激发其学习兴趣，最终提高课程质量与教学效率。相关做法及思考对于其他课程的教学改革具有一定的借鉴意义。

关键词：电气控制及PLC;教学改革;线上线下资源;混合式教学

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）04-0132-04

Abstract： In the context of the new engineering discipline， the course of Electrical Control and PLC serves as a professional basic course for electrical engineering majors. It is of great significance for cultivating students' capabilities in professional knowledge and practical skills. With the development of information technology， the emergence of massive teaching resources on the Internet has brought new opportunities and challenges for both teaching and learning. We explore to make full use of network resources and apply online and offline hybrid teaching mode to the teaching of Electrical Control and PLC course， which helps improve students' enthusiasm and initiative in learning， stimulate their interests in learning， and ultimately improve course quality and teaching efficiency. The series of practices explored in the curriculum reform have certain reference significance for the teaching of other engineering professional courses.

Keywords： Electrical Control and PLC; educational reform; online and offline resources; blending teaching

2020年新冠肺炎疫情的突然暴發，极大影响了高校正常的教学秩序和进度。为了有效控制疫情的传播、保障学生以及教育工作者的健康安全，教育部要求全国高校延期开学，并提倡采用线上授课的方式以保证“停课不停教、停课不停学”。这次全国范围内应急被动的线上教学模式实践给予了教育工作者一次思考与审视自身教学方法和模式的机会，一定程度上也推动了基于网络的混合式教学模式的探索和实践。

作为电气工程、自动化等专业的专业基础课程，电气控制及PLC课程是在学习电气控制技术以及PLC的基本原理的基础上，突出强调实践应用能力的应用型课程。课程需要实际动手实验，了解以及掌握基本的电气控制知识以及具备实际编程设计能力，是电气工程以及自动化等专业方向的一门传统课程。但同时，随着大数据、人工智能技术的迅猛发展，基于网络便捷的信息获取能力以及科学技术的发展革新为传统学科技术的学习带来了新的机遇，同时也对课程教学以及学生能力培养提出了新的要求，使电气控制及PLC课程面临新的机遇与挑战。

一、电气控制及PLC课程教学现状分析

（一）授课方式单一，教学资源受限

目前大部分高校电气控制及PLC这门课程的教学模式仍然以传统的线下课堂教学为主，即教师是教学活动的主体，学生作为教学活动的客体被动地参与学习。在这种教学模式下，学生主要作为课堂授课的被动接受方，缺乏主动思考，由于教学场地以及课程设置等条件的限制，课堂授课节奏无法兼顾所有学生，学生与教师的互动不足，导致学生的学习积极性受到影响，课堂质量下降。与此同时，传统的线下课堂教学方式所利用的资源比较有限，以幻灯片展示、课堂板书等方式作为授课的主要方式，在激发学生的学习兴趣方面较为有限，学生的参与度较低，学习效率不高。

（二）教师水平停滞，缺乏与时俱进

在课程教学中，教师是重要的一环，教师的业务能力水平将大大影响着学生的知识接受、消化、融会贯通直至综合应用。虽然电气控制及PLC课程是一门传统课程，理论基础较为完备，但新兴技术大大拓展了其应用领域。随着现代科学技术的不断发展，电气学科前沿技术日新月异。在新工科的背景下，随着人工智能概念的普及以及大数据的应用环境，电气控制技术有了新的应用领域，其涉及的学科也越来越多。电气控制及PLC课程不仅需要讲授电气控制技术的理论基础知识，还需要学生动手实践，结合实例进行实践能力的培养。而作为一门传统课程，大部分教师仍沿用传统教学资源以及教学内容，缺乏对最新应用领域的学习与探索，教学内容缺乏更新，这将导致教学过程较沉闷，学生兴趣点下降，学习的积极性不高等问题，影响整体授课质量。

（三）教学环境固化，不适应学员发展实际

不同于中小学的教育环境，高等教育的授课对象有着不同的教育背景，学生在学习能力、接受能力、动手操作的实践能力方面存在着个体差异，这对课程教学既是机遇又是挑战，需要教师积极适应外部环境变化，主动调整教学策略与方法以适应学生的实际能力，也要在教学进度以及课堂节奏把控上兼顾所有学生，否则将直接影响课程整体的教学质量。

同时，在教学组织形式中，传统教学时间和场所相对固化，自主学习相对受限，将知识的学习封闭在固定的时间和场所当中，学生只有通过课本复习等渠道去巩固前面所学的知识;实验环节相对固化，实践能力相对受限，受到学时、成本、装备安全等因素制约，研究性和设计性实验则很少进行，大大限制了学员实践能力和创新能力的培养;课程存在工程应用的实际需求与传统依托单一实验室开展实践教学的现实之间的矛盾，直接影响了课程实际应用能力培养的效果和水平。

针对这些教学实践中遇到的突出问题，充分依托网络环境开展课程教学改革已经成为破解难题和推动课程建设发展的关键。课程团队采取以“课堂教学+网络课程教学自学为主+小组协作式讨论”为特征的混合式教学模式，持续开展了基于网络平台的课程教学模式的改革研究与实践，并进行了积极的探索。

二、电气控制及PLC混合式教学模式基本理念

混合式教学来源于Blending Learning一词，是由传统课堂转变而来的整合了各种灵活的教学方式的学习范式。混合式教学原指各种学习方式结合的混合式学习，包括运用视听媒体（幻灯投影、录音录像）的学习方式与运用粉黑板的传统学习方式相结合;计算机辅助学习方式与传统学习方式相结合;自主学习方式与协作学习方式相结合等。随着网络技术和在线教育的发展，国际教育技术界把混合式教学逐渐聚焦到线上教育和线下教育的结合，即所谓的“Blending Learning”，就是要把传统学习方式的优势和E-Learning（即数字化或网络化学习）的优势结合起来，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。

在实际教学中，利用在线资源库的混合式教学主要在两个方面具有不可比拟的作用。一是课程核心能力建设方面，教师可以借助翻转课堂模式，调整课堂内外的时间、实际核心知识能力培养上的重点引导和力量投入。在课前，利用资源库提供的视频和资料布置自学任务，掌握基本知识;课堂时间用于互动、答疑解惑和技能训练;课后则调取资源库中的视频、实践项目和测试等加以复习巩固。二是课程知识面扩充方面具有无可比拟的优势，便于学生的特色能力培养。随着学生学习选择权的进一步加大，课程体系中的拓展部分占比越来越高。但是受到学校教学资源、教师资源的限制，课程的门类和数量往往满足不了学习需求。借助网络资源，采用混合式教学模式，可以实现降低面授时间、增加网络助学的教学效果。教师在有限的面授时间里讲授基础知识和进行个性化辅导;学生在网络学习时间里进行自学、讨论和自测。建设成熟的网络课程甚至可以完全通过网络学习完成。

因此，基于混合式教学，开展电气控制及PLC课程教学实践的基本理念思路就是要结合课程内容针对性区分核心能力建设及擴充知识拓展内容体系，发挥传统课堂精讲的理论深度及“翻转”效果，引导开展针对性拓展科目，加强网络学习过程监督，最终服务于教学效果的提高。

三、电气控制及PLC课程线上线下混合式教学模

式探索

（一）突出应用能力，开展教学理念更新

随着网络技术的迅猛发展，传统以学科理论体系为导向构建的知识体系与网络环境下碎片化的知识供给模式之间的矛盾越发突出。融合二者优势，我们提出将“行为导向教学理念”融入网络课程教学。其实质就是要把工作过程融入教学，让学生理论联系工程实践，认知实物、动手操作和置于工作现场情境下耳朵听、眼睛看、亲手做以及思维情感全部投入的教学过程，教学目标以专业工作能力培养为本位，强调“行为即工作，学中干，干中学”。

具体做法上，采用传统的课程教学与线上教学相结合的方式进行授课，可以采用翻转课堂等具体实施模式，充分发挥各自优势，合理设计教学内容与教学环节，互相补充与融合，促进学生高阶思维的发展，引发深度思考和深度学习，提高学生的学习参与度以达到提高能力的效果。

一方面，充分利用相关的优质课、名校课程等线上资源搭建本课程的资源平台，方便老师与学生查阅学习。利用线上学习打破学习的时空限制，学生可以自由选择学习时间，灵活性大，也可以回看或变速播放，对于不同能力层次的学生均有适用性。另一方面，调整线下教学体系，基于线上资源的延展性和扩充性，对理论知识以及实践方法进行升华，并加强教师与学生之间的互动，有针对性地去解决学习过程中暴露出的各种问题，在电气控制线路阅读分析、PLC设计实现等具体问题中给予实践指导，加深理论知识的掌握。

（二）线上线下相结合，整合优势实践资源

作为应用能力培养核心课程，在电气控制及PLC课程教学实践过程中，就要更重视实验和实践教学环节的实施，依托线上各类型资源，可以构建完善的虚实结合的双线实验资源，全力助推学生实践能力培养。教学团队围绕课程核心内容，围绕工程应用能力培养维度，建立双通道实验训练体系，基本实验设置如图1所示。线上从元件结构三维拆装→电气控制虚拟连线实验→PLC编程及电气综合仿真实验，充分利用虚拟仿真技术安全性高、易于实现等优势，构建了课程多层次的虚拟实验环境。学员可不受学时、空间限制，根据课程学习需要，快捷调用模型并运行观察，通过建模调试、动态比较、数值分析等环节全方位验证知识点，夯实专业基础知识。线下实践从电器原件认知→电气控制实验→PLC编程控制实验。线上实验练习后再通过线下的实际锻炼，实现有效衔接与互补。实现线上、线下实验资源的整合，形成理论与实践的协同发展，促进学员实践技能的提高，共同助力学生应用能力培养。

对于实践性内容的安排，遵循由简到繁、由线上虚拟到线下实践、循序渐进的方式进行，保证在难度上逐步加深，内容上环环相扣，层次上逐步提高。既保证了实验开设的广度和深度，又保证了实验的安全和效果，依次递进地锻炼学员科学规范的专业技能养成过程。

（三）借助信息化工具，强化学习引导交流

电气控制及PLC课程的授课对象为大学高年级的学生，学生具备了一定的知识自主获取能力，也就对课程学习有了更多独立的想法。如何提高学生的学习专注力、激发学习兴趣与积极性是对教师教学的要求。充分利用网络资源和信息化平台，为教师的课堂管理、实施途径以及延展教学时空、创设信息化的自主学习环境提供了更为多元的方法手段，有助于提升课堂效果。

在“互联网+”背景下，信息化学习平台为教师和学生提供了更为便捷的学习方式，例如慕课、学堂在线等学习平台拥有优质的学习资料与视频资源，各类课程相关的学习软件结合了理论知识的学习与实时检测等功能，以及钉钉、腾讯会议等以视频直播课程的形式实现课程教学，使得课程的学习不再受时间、空间的限制，并且能够综合利用多种优势资源，利用信息化媒体工具的新興性与趣味性，发散思维激发学生的兴趣，提高学生学习的积极性与主动性。这些信息化工具为持续性、自主性的深度学习提供了基本的环境，要充分利用，以拓展学习的时空范围。

结合本课程的特点，电气控制及PLC不仅是对基础理论知识的学习，更要加深学生学习的深度，需要对学习内容进行有效重整，通过工程化的项目专题设计，重构完整的知识体系。实施中学生可以在专题范围内，根据兴趣扩展知识获取范围，在充分利用线上优势资源的同时，充分利用信息平台沟通优势，形成专题学习小组，以“设置问题背景→分析讨论疑问→形成方案，开展质疑反思→完善设计，迁移应用”的基本思路，建立以工程化项目为牵引的小组学习协作机制。加强融会贯通和及时引导，切实围绕核心知识体系展开讨论和学习，形成一套合理的项目制牵引强化、线上与线下相补充的自主学习模式。

（四）紧跟学科发展，提升教师整合能力

虽然电气控制及PLC课程的理论知识部分已经较为完善，是一门传统的专业基础课程，但随着现代科学技术的迅猛发展，新技术的发展及应用领域在不断涌现，智能制造以及物联网等概念的兴起，对电气控制技术的应用提出了更高的要求。

因此，对于高校教师来说，在扎实掌握课程电器元件、电气控制、PLC应用三大块基础理论之上，还要突出电气控制设计、PLC编程应用能力等综合应用能力，不断学习新知识新应用，探究新的发展方向与应用领域，及时更新专业知识，与时俱进，跟上时代的步伐，提高自身综合素质，在知识技能水平上保持较高水平，才能在授课过程中潜移默化地影响学生，激发学生的求知欲。另外，作为高校教师，不仅需要提升知识水平，也要提高自身业务能力，积极更新教学理念，加强培训与交流，拓展视野，学习先进的教学理念与方法，将新技术应用于课程教学之中。同时，注重教学团队的建设，形成优质的教学资源，积极促进各类交叉学科的教师合作，共享资源和优势教学方法，互补创新，提升效率。

教学过程中紧贴前沿科技，通过跨章节，乃至跨学科的方式，对课内资源及信息资源进行有效整合，构建完整的专题知识体系服务教学。课程专题要抓住学生的好奇心，发散思维，将理论知识与生产生活的实际相结合，激发学生的兴趣。兴趣是最好的老师，让学生对课程内容产生浓厚的兴趣，从而提高学习的积极性与主动性，这样，可以大大提高课程教学的效率与质量。

（五）充分利用多维评价，全面激发过程学习

传统的课堂教学在课前预习、课中互动、课后复习等环节仅依靠片面的提问、作业等方式进行考核，考核方式单一，考核内容偏重知识考核，缺乏深度、全面的考核评价机制。混合式教学模式下，依托在线平台，可以如实的记录下每一名参与学生的学习过程及效果，评价数据中既重视学生在教学过程中的学习行为分析，也重视学习成果的检查与考核。

具体操作上，可以通过自评、小组互评、网络学习过程评价、课程设计评价，构建合理的课程教学评价体系，实现对学生的知识、工程应用能力和素质表现的综合考核，充分体现学生知识、能力和素质的综合水平情况。评价主体由教师和学生小组共同组成，评价内容体现项目案例教学所需的各种能力，重视过程，也重视结果。更加关注学生的平时表现，如小组讨论活跃度、项目表现、日常考勤等，督促每一名学生都能够积极参与到教学中去。以前电气控制及PLC考核以课程设计为主要考核内容，占比70%，主要以工程案例为背景，考核学生从电气控制线路到PLC编程的综合应用能力;课堂表现及作业占比10%，实验及报告占比20%。为突出工程应用能力，在开展在线教学改革后，具体课程设计大作业、在线测试及作业、实验及报告、课堂表现各部分成绩以5∶2∶2∶1的占比方式开展，丰富了线上线下教学过程的监控考查水平。通过考核方式的引导，有效激发了学生自主学习的积极性。

四、结束语

混合式教学模式综合了线上教学资源共享与线下教学互动的优势，从以教师为中心的传统课堂教学向以学生为主的互动式教学模式转变，更新了学生获取知识的方法与习惯。混合式教学模式可以克服时间与空间的限制，对各个层次的学生都具有较高的适用性，结合线下教学过程中教师对理论与实践内容的升华与总结，提升了整体的课程质量与教学效率，是一种有效的新方法，在教学过程中以学生的兴趣为主体，激发学生自主学习的积极性，培养学生发散思维、终身学习的好习惯。

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