“能力引导+项目驱动”教学模式的构建与实践

张锦荣,罗彦琦,黎小巨

(东莞城市学院智能制造学院,广东东莞,523419)

一、引言

传统教学模式在很大程度上只注重知识的灌输和考试成绩的评判,忽视了学生的实践操作能力、问题解决能力和创新思维的培养,导致学生在面对实际问题时缺乏应对能力、无法将所学的理论知识应用到实际中。随着社会经济的发展和职业需求的变化,传统的教学模式已无法满足个人综合素质和职业能力培养的需求。[1-2]针对传统教学模式出现的理论知识点与项目实践交融不充分、学生实际操作能力较弱等关键问题,本文提出“能力引导+项目驱动”教学模式。该教学模式是一种以培养学生的能力为核心,通过项目驱动的方式促使学生主动参与学习、提高实践操作和问题解决能力的教学方法。“能力引导”是教师注重激发学生的学习兴趣和自主学习能力,引导学生主动参与学习过程。而“项目驱动”则是通过设计具体的项目任务,引导学生进行实践操作和解决问题,将理论知识应用到实际情境中。该教学模式强调学生的主体性和实践性,让学生成为学习的主角,通过具体项目的设计和实施激发学生的学习兴趣和积极性。其优点在于,针对学生的能力和各自的特点,通过实际操作和项目训练着重实现能力的提升。该教学模式融合了理论和实践,不仅能够培养学生的实践技能,而且能够深入拓展理论知识,使学生更好地掌握知识与技能,提升其对学习的兴趣和动手能力,更好地适应未来的就业需求。该教学模式较好地解决了传统教学模式的理论知识和实践能力衔接、学生工程能力较弱等问题。因此,本文以PLC(programmable logic controller,可编程逻辑控制器)原理及应用课程设计为例,基于“能力引导+项目驱动”教学模式,探讨该教学模式在PLC原理及应用课程设计中的实践运用。

二、概述

PLC原理及应用课程设计以培养学生工程应用能力为目标,通过课程的设计和实施,让学生深入了解和应用PLC原理,并借助“能力引导+项目驱动”的教学模式培养学生的工程应用能力,为学生未来从事工程控制和自动化领域的工作奠定实践的基础。“能力引导+项目驱动”教学模式包括以下几个方面。

能力引导:重视学生的能力培养,针对学生的个性和学业发展需求,通过教学设计和评价,帮助学生树立正确的学习态度、掌握主动学习策略、增强自我调节能力、提高学习兴趣等,从而达到学科知识、实践技能的高效融会贯通。引导学生自主学习,鼓励学生积极参与课程学习,提供相关的学习资源和指导材料,以提高他们对PLC原理和应用的理解。问题导向学习,引导学生通过设计以及解决问题学习和应用所学知识,以实际案例或项目为基础,提出具体的问题和挑战,进行思考、分析和解决。教师起到指导和辅助的作用,引导学生思考问题的途径和方法[3],逐渐发展和提高学生的工程应用能力。

项目驱动:项目是学生实践学习的核心载体,方便学生将所学知识应用到实践中,同时培养其自主学习、协作和沟通等能力。因此,教学改革应该围绕项目展开,通过项目的实践,探索解决问题的多种途径,帮助学生建立知识和技能的联系,获得实际的进步和成长。创建实际场景的模拟项目,让学生应用PLC技术解决真实的问题。例如,在实验室中搭建一个模拟的工业生产线,让学生设计并实施PLC控制系统提高生产效率和质量;鼓励学生参加与PLC相关的竞赛或挑战项目,让学生在规定的时间内完成特定任务。[4-5]通过这些项目驱动活动,学生能够在实践中运用所学的理论知识,从而提升他们的工程应用能力。

教师授课形式:讲授、引导、互动等多种形式相结合,注重引导和激励学生学习,帮助学生克服困难。教师讲授基本的PLC原理、编程语言和常用指令等理论知识,为学生的工程实践奠定理论基础;引导学生分析和讨论实际案例,将所学理论知识与实际应用结合起来[6];进行PLC编程和实验操作的示范,让学生直观地了解PLC的工作过程和参数设置。通过多种形式的教学手段,结合理论讲授、案例分析、实验演示和小组合作学习等环节,激发学生的学习兴趣,促进他们在PLC原理及应用方面的能力提升。

评价体系:评价标准更关注学生的综合能力和实践能力,评估学生在项目实践过程中的表现及获取的知识和技能。以答题、测试、作业等方式考核学生掌握PLC原理和应用理论知识的情况。以提交报告的方式,考查学生设计的PLC控制系统的功能完整性、稳定性和解决实际问题的效果。以同组成员的互评、教师的观察和记录等方式评估学生在小组合作学习中的表现。完善的评价体系可以综合考虑学生的项目成果、团队合作、个人表现和理论知识掌握情况,能从多个角度全面评估学生的能力提升和学习成果。同时,教师的及时反馈和指导,以及学生的自我评价和反思,能够帮助学生不断调整和完善自己的学习策略,并持续提高PLC原理及应用方面的能力水平。

三、实践应用

“能力引导+项目驱动”教学模式旨在提高学生的学科素养和实践能力,让学生从学科学习到实践活动,全方位提高自己的能力水平和实践素质。该教学模式采用以点带面的方式,具体实施方法如下。

(一)培养目标设计

以“改革+创新”教育理念为指导,以PLC原理及应用课程设计为研究对象,基于企业对机械类学生能力的需求,采用“能力引导+项目驱动”的新型教学模式,设计理论知识体系模块和工程能力体系模块,如图1所示。通过完成项目选题、设计、实施、评估四个环节的教学任务,重点强调学生的知识培养和能力训练,保障理论知识点与项目实践充分交融,提高学生的实践能力,拓宽学生的知识面,夯实学生专业知识,最终实现复合型创新人才的培养目标。

(二)实施流程

本着“改革+创新”的教学理念,教师按照制定项目选题、项目设计、项目实施和项目评估的步骤开展课程案例教学:以“智能分拣装置控制系统设计”为题,以提高学生的实践能力为目标,引导学生分析分拣功能、设计电路系统和控制系统、优化仿真系统。具体如图2所示。

项目选题环节主要包括三个内容:第一,根据PLC原理及应用课程设计的知识点,结合实验教学平台功能特点,遴选包含课程所有知识点的项目,让学生在每个环节都能得到充分的锻炼;第二,在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上,制定合理的项目任务及目标,让学生知道需要完成的任务及训练后要达到的技术层次;第三,项目应具备经济效益,成果应具有应用价值。“智能分拣装置控制系统设计”项目是为了解决物流企业分拣过程中出现的漏拣、错拣、货物破损脏污、货品串货等问题而产生的。

项目设计环节以项目小组为单位,通过小组成员互相讨论,明确项目任务的具体内容,依据课程知识点分解项目任务。[7]学生在教师的指导下整理、讨论有关智能分拣装置的文献资料,确定项目的技术目标,研究物料的形状、材质、颜色的变化对智能分拣装置的运行影响,为优化控制系统提供技术支持。以智能分拣装置为研究对象,制定4个子项目:第一,分析现有装置的物料分拣功能;第二,根据分拣装置的实际情况,设计电路控制系统模型;第三,搭建分拣装置的控制系统,将设计结果与装置实际运行数据进行比较,研究系统参数的变化对分拣功能产生的影响;第四,为了缩短运行调试周期,提高系统设计效率,通过仿真软件进行系统模拟仿真,快速获取系统参数、物料形态、材质和颜色的变化对分拣功能产生的影响,进一步优化控制系统各项性能指标,最终获得最佳的控制方案。

项目实施环节,任课教师根据项目的要求,调整教学计划和内容,力求做到让学生提前掌握关联知识、解决项目实施过程中缺乏关联理论知识的问题。项目由教师按照“动作分析—搭建电路—软件设计—运行测试”的思路开展实施环节,让学生在开展项目的过程中运用课程知识解决实际的工程问题。该环节的主要内容为:教师布置项目任务、研究内容和考核要求,对每个环节进行全程指导,设计该项目的关联问题,包括气缸、电机、机构的运动特性对控制系统产生的影响,主电路和控制电路的设计准则,控制系统的程序调试及优化方法,物料的各种参数变化对控制系统的影响。根据项目任务要求,学生以小组为学习单元,对装置动作原理进行分析,对气缸、电机、机构之间的关联性进行深入研究。学生在实验平台上动手搭建一个基于PLC控制的智能分拣装置。该项目可以帮助学生熟悉PLC的功能和应用,加深其对机构、电机动作的理解。小组成员对控制电路编写装置各单元的信号采集、数据分析和输出处理等指令,通过上位机与设备连接,现场调试控制系统,使执行结果和任务要求一致。通过这些实践环节,学生能够将所学的理论知识转化为实践能力,培养他们的工程应用能力和解决问题的能力。[8]同时,实践环节也为学生提供了与真实工作情境接触的机会,使他们更好地适应将来的职业需求。

图1 基于“能力引导+项目驱动”的课程培养目标

图2 教学案例实施流程

项目评估环节是检测课程教学成效的重要环节,是科学、客观评定学生成绩,理性总结课程教学的有效过程。学生在实验平台上展示自己的项目成果,并接受教师评价。采用各子项目评定(30%)、项目总结报告(30%)和现场答辩(40%)相结合的方式,综合评定学生提交的作品、PPT汇报情况和书面报告。[9]评定指标主要考虑以下三个主要因素:第一,学生能力评定,评估学生在课程中展示的技术能力、在实际项目中的工作表现,包括设计、安装、编程和调试PLC系统的能力;第二,教学效果评定,评估学生在课程结束时掌握理论知识、PLC技术的程度,在实际应用中的表现和应用能力的提升程度;第三,学生素质评定,主要考查学生的独立思考、创造性思维能力,在项目中的主动参与程度、团队合作能力及解决问题的能力。根据项目评估过程中出现的问题,教师需要深入研究,不断完善课程教学方法,进而增强“能力引导+项目驱动”教学模式在PLC原理及应用课程设计中的实际效果。

(三)教学总结

“能力引导+项目驱动”的教学模式以培养学生的能力为核心,注重激发学生的学习兴趣和提高其自主学习能力,引导学生进行深入思考和探索,将理论学习与实际项目结合起来,提高他们的工程应用能力。教师通过多种评价方式,全面了解学生的学习成果和能力提升情况,为学生提供及时的反馈和指导。教师在这种教学模式下不再是传统的知识灌输者,而是引导者和指导者,及时反馈和评估学生的学习情况可帮助学生培养问题解决能力和创新思维能力。这种教学模式不仅培养了学生的能力,而且为其提供了与真实工作环境接轨的机会,为学生成为具有实际应用能力的工程专业人才奠定了基础。

四、结语

传统教育模式忽视了学生的实践操作能力、问题解决能力和创新思维的培养,导致学生缺乏有效应对实际问题的能力。“能力引导+项目驱动”教学模式从能力引导、项目驱动、教师授课形式、评价体系四个方面培养学生的实践操作能力,是一种有效的教学模式创新。PLC原理及应用课程设计的实践证明,该教学模式提供了与真实工作环境接轨的机会,培养了学生的工程应用能力。