工程教育专业认证背景下PBL教学模式的研究与实践——以电气控制与PLC课程为例

张 楠 宁掌玄 刘 静 王 平

1.山西大同大学机电工程学院，山西 大同 037003

2.山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同 037003

3.大同煤炭职业技术学院，山西 大同 037003

随着我国高等教育改革的不断深入，传统教育模式已经无法适应新时代高等教育的发展。我国2006 年成为《华盛顿协议》的正式成员国，工程教育认证制度对现有教学理念的转变、人才培养质量的提升发挥了重要的推动作用，全社会已经把工程教育认证作为衡量一所学校办学能力和专业质量的重要指标。从山西大同大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业培养标准看，电气控制与PLC 课程作为对毕业要求有着重要支撑作用的核心课程，在专业认证中的地位十分重要。本文在新工科及工程教育认证背景下，运用认证基本理念对其教学过程进行改革，以满足课程教学目标对毕业要求的达成度。

一、传统课程教学模式存在的问题

传统教学模式在电气控制与PLC 课程的教学过程中重理论、轻实践，使学生在面对一个完整的项目时不知如何设计整体方案、如何规范绘制电路原理图、如何进行硬件选择及配置、如何进行布线安装调试、遇到具体问题如何进行有效分析并解决。据调研，大多数高校在电气控制与PLC 课程的教学过程中缺乏创新，因循守旧，虽然近些年来部分教师围绕这门课程开展了诸如翻转课堂、工学结合、项目制、工程案例、行动导向、成果导向等多种教学改革，但也只是在授课形式上做文章，没有从根本上解决理论和实践脱节的问题。面对这些问题，我校教研团队结合新工科思想，采用PBL（Problem-Based Learning）教学模式，充分发挥“以结果为导向、以项目为引领、以任务为驱动、以理实融合为手段、以质量评价为落脚点”五位一体教学模式的优点，完善和改进电气控制与PLC课程教学。

二、工程教育认证背景下教学模式改革

工程教育认证制度所体现的是高校办学的底线思维，在此大背景下的课程教学就是以用人单位的实际需求作为毕业要求，合理制订教学目标，优化构建教学内容，不断更新教学方法，持续提升教学质量。

（一）以结果为导向制订课程教学目标

根据工程教育认证的基本思想，教学目标必须与毕业要求相对应，并且能够衡量和测评，结合我校电气工程及其自动化专业的人才培养方案，电气控制与PLC 课程的毕业要求主要包括以下几个方面，具体如表1所示。

（二）以项目为引领构建课程教学内容

我校电气控制与PLC 课程打破传统以章节为单位组织授课内容的教学模式，整合优化了7个教学项目，基本涵盖了教学大纲所规定的授课内容。教师可以在课程的绪论阶段融入课程思政的相关内容，比如在对低压电器的应用领域进行详细介绍时，可从国外企业对高端智能电器市场的垄断，并结合目前中国高新技术企业遭受到的不公平制裁，激发学生的爱国情怀，激发和提升学生的学习兴趣与动力。在充分调动学生学习兴趣的同时，通过对一个完整项目的学习，使学生在项目训练和完成项目任务中找到自信和快乐，用润物细无声的方式增强学生学好专业课程、立志科技报国的信心。

（三）以任务为驱动改进课堂教学方法

工程教育认证特别强调在教学过程中发挥学生的主动性，这就要求授课教师必须积极探索新的教学方法，让学生带着疑问和任务进行学习，引导学生在“做中学、思中学、问中学”。我校教学团队经过多年探索实践，将授课内容优化整合为7个大项目，并针对培养和锻炼学生某一方面的能力，将每个教学项目分解为多个目标任务，不同的任务采用不同的教学方法，采用“以学生为主、以教师为辅”的教学模式。教师引导学生积极主动地完成各项任务，让学生不再感到无所事事，增强了课堂教学的有效性。

（四）以理实融合为手段培养学生综合能力

目前想要从根本上消除传统教学模式的弊端，只有探索实施理实融合的教学模式，将课堂理论教学直接搬进实训中心和实验室，让理论知识和动手实践同步进行，真正做到理实融合、学做一体。在理实融合的授课过程中引入项目案例，有针对性地布置课前任务，课上根据任务要求进行理论讲解，对分组实践过程中遇到的具体问题予以引导，既增强了团队协作能力，又提升了学习效果。这种理实融合的教学方法，能避免学生出现听觉疲劳，培养学生分析问题、解决问题的能力。

（五）以课程考核与目标达成度为落脚点评价课程教学质量

为了能够更好地督促学生进行自主学习，本课程的学业成绩主要由三部分组成，即平时成绩、实践成绩、期末成绩。其中平时成绩包括课堂考勤成绩、课后作业成绩、阶段测验成绩、在线网络学习成绩等；实践成绩包括实践项目操作与考核成绩、实践报告成绩;期末考试成绩占比不少于60%，期末试卷中系统设计题和控制电路绘图题的总分值占比不少于60%，综合测评学生的专业技能。

三、工程教育认证背景下PBL教学内容设计

（一）PBL教学模式下教学内容设计

PBL 教学模式下教师以合作学习的方式组织课堂教学，科学设计教学内容，以电气控制与PLC 课程为例将教学内容整合为7个教学项目，如表2所示。

（二）PBL教学模式下教学方法改革

针对表2 中7 个教学项目各自的特点分别设计了不同的教学方法。比如，根据项目1、2、3 的共同点可以采用对比教学法，将电气控制和PLC 控制两种控制方法进行对比教学，让学生真正理解PLC 的“软控制”比电气的“硬控制”更可靠，更灵活。项目4 和项目5 可以采用案例教学法，通过采用经验设计法和顺序功能图设计法对比发现，经验设计法由于编程器内部关系较为复杂，实现起来较为繁琐；而顺序功能图设计法程序简单易懂且可以实现及时修改，容易实现控制。项目6 和项目7 最理想的授课模式是让学生在校外实习基地进行现场教学，让学生在生产现场理解、掌握PLC 的应用过程，使理论学习和生产实践无缝对接，以提高学生的专业能力和职业素养。

（三）PBL教学模式下教学组织设计

PBL 教学模式以合作学习方法组织课堂教学，具体流程如图1 所示，主要包括学生工作和教师工作两大部分。学生工作有课前的分组协作、资料收集、线上学习；课中的成果发布、分组讨论和汇报结果；课后的学习总结及反馈。教师工作有课前的任务发布和引导提问，课中的成果检查、评价总结；课后总结教学中的不足、收集学习反馈、评价教学模式、优化教学内容。可根据课堂教学情况，就教学任务、学习内容的掌握情况、教学问题的难易程度等进行反馈并做相应调整。

合作学习方法是实施PBL 教学模式的重要环节，但是每个学生都会存在个体差异，只有建立合理的评价机制才能避免“浑水摸鱼”，保障合作学习的有效实施。总结评价方式主要有以下三种：评价作业的表达准确性和图形绘制的规范性，评价任务的达成度、设计方案的正确性和合理性，评价任务完成的难度、质量。

四、结语

我校经过近20 年的发展，电气控制与PLC 课程的教学内容及组织形式基本实现了从传统的授课模式向理实融合一体化教学模式的转变。在新工科背景下，面向工程教育认证标准和毕业要求，学生的实践动手能力明显提升，在生产实习和综合实践过程中，学生就能够自行选择元器件、设计电路、安装接线、编程调试，以及分析解决问题，确保了良好的教学目标达成度。