以学生为中心的PLC课堂教学模式研究与实践

刘明 李言武

摘 要：以安徽工贸职业技术学院PLC课堂教学与实践为例，提出了以学生为中心的创新課堂教学模式改革。通过建设教、学、做合一的教学网络平台，突显学生主体地位，构建“讲—练—模—做—评”课堂教学模式一体化，开发、制作课堂教学资源等系列教学改革，以实现课堂教学的主导作用，提高课堂教学实效，为培养高素质机电专业人才和提升教学质量奠定良好基础。

关键词：课堂教学；教学平台；教学模式；研究与实践

中图分类号： G71  文献标志码： A  文章编号：1627-1012（2024）01-0112-05

A Study of Student-centered PLC Classroom Teaching Reform and Its Practice

LIU Ming， LI Yanwu

（Department of Electrical and Electronic engineering， Anhui Polytechnic of Industry & Trade，

Huainan 232007， China）

Abstract：Taking PLC classroom teaching and practice in Anhui Polytechnic of Industry& Trade as an example， the study proposes an innovative model reform for student-centered classroom teaching. Through building an integrated teaching network platform of teaching， learning and practice， constructing an integrated classroom teaching model of “Speak-Practice-Model-Do-Comment” and developing as well as producing classroom teaching resources， the teaching reform has played a major role in ensuring the leadership of classroom teaching， highlighting the central position of the student and improving classroom teaching effectiveness， which is of great significance for cultivating high-quality electromechanical professionals and improving teaching quality.

Key words：classroom teaching; teaching platform; teaching model; study and practice

可编程控制器（PLC）是由早期继电器逻辑控制系统发展而来，在融合计算机技术后，逐步发展为通用工业自动化装置，目前在工业自动控制、机电一体化和传统产业升级改造方面得到广泛应用。在高职院校机电一体化技术、电气自动化等专业人才培养方案中，PLC课程作为专业核心课程，在人才培养中具有举足轻重的作用。为切实提高PLC课程教学质量，国内许多高职院校开展了一系列的课程教学改革。在教学改革中常用的方法有：（1）项目教学法，即将传统学科体系中的知识内容转化为若干个“教学项目”，让学生在教师指导下通过完成一个“项目”而进行学习的教学法；（2）理论实践一体化教学法，即坚持实用为主、够用为度的原则，以职业技能训练为核心，归纳为若干教学模块，实行理论教学和技能训练有机结合；（3）“以赛促学，以赛促教”教学法，如通过“机电一体化设备组装与调试”等全国性职业技能大赛，将课程教学与技能大赛紧密结合，优化实训项目，完善课程实训体系，提高理论教学与实训效果。这些方法在教学中虽取得一定成效，但以学生为中心的教学改革目标未能充分体现。以学生为中心的教学改革目标被公认为是人才培养的最有效教学模式，这种模式是让学生成为学习、参与的主体，激发学生学习的主动性、积极性以及独立思考能力，提升学生的认知能力、创新能力、合作能力以及职业能力。因此，在PLC课程中，探讨以学生为中心的课堂教学改革模式对于增强教学效果、提升人才培养质量有理论与现实意义。

一、PLC课程特点

（一）知识点多，实践性强

PLC课程内容涵盖电气控制、自动化、计算机以及电子等专业技术知识，学生需要掌握逻辑控制、顺序控制、逻辑判断、定时、计数、记忆、运算、数据处理、联网通信以及PID路调节等专业知识点，具有可编程性、实时性、扩展性等特点。课程实践性强，要求专业知识与生产实际紧密结合，注重培养学生软件编程、电路设计、现场装接与调试等工程实践能力。

（二）PLC技术性强，知识更新快

近年来，随着工业物联网以及智能制造产业的迅速崛起，PLC作为设备、数据控制中心技术被广泛应用于企业生产中。在国内，工业4.0和中国制造2025计划的实施让传统工业自动化向智能化转变，推动PLC需求井喷，新的理论知识与技术随着生产实践需要也在快速更新。为适应未来就业市场的需求，课堂教学不仅需要理论更新，实践教学也要紧跟前沿技术，并在教学中融入新知识、新技术，增强学生实践技能，实现与企业生产实际需要同频共振。

二、PLC课程高职教学存在的问题分析PLC课程作为职业技术院校机电一体化技术、电气自动化等专业的核心课程，重在培养应用型职业人才的思考与动手能力，增强学生的职业发展力。但由于受传统教学方法、思想与学生自我因素的影响，在教学中还存在重理论、轻实践与学生主动性不强等问题。

（一）线下教学重理论，轻实践

国内高职教育多是“以教师为中心”的“灌输式”授课方式，强调教师教，而忽略了学生“学”的积极性和成效，使学生陷入被动学习和学习目标不明的困境，学习成效不佳。这种学习过程是理论、实践、理论的循环，学生学习完理论之后再去实践操作，中间存在知识增强的“空档”，学生学过即忘过，实践缺理论、理论缺提升，效果较差。

（二）线上教学师生互动不畅

随着网络技术的进步与信息化手段的提高，线上教学作为一种基于互联网互动学习的模式，已逐步引入到实际教学中。网络教学突破了时间与空间的限制，通过钉钉直播、腾讯会议等软件进行现场直播和回放录播，学生可以自主安排学习时间和内容，方便学生自主学习。但网络课堂也有不足：一方面是师生互动不足，缺乏现场实践操作。教师成为单纯的“网络主播”，老师说得津津乐道，而学生听得昏昏欲睡。另一方面是缺乏有效管控，教学效果差。自制力差的学生存在听课注意力不集中问题，容易开小差或玩网络游戏，甚至出现人机分离等现象，使得教学效果不佳。

（三）验证性实践教学内容居多

PLC技术是一门工程性很强的学科技术，需要学生在实践中学习并积累经验。目前，国内高职院校PLC课堂教学中存在不少验证性实验为主的现象。学生根据实训指导书的步骤去完成实验项目，验证实验结果。实践教学过程中，学生缺乏对实验项目从设计、编程、指令运用等整体认知和实践体会，动手能力、创新能力不能得到很好的训练，学生很难全面了解PLC技术在工业自动化领域的实际应用。特别是有些实验项目任务陈旧，与最新前沿知识存在代差，已不适应现代企业一线生产需求，达不到训练学生胜任未来工作岗位需要的素质、知识、能力目标。

因此，将高职院校PLC课堂教学由“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，有利于增强学生知识，提升学生综合能力。

三、课堂教学构成要素与关系分析

课堂是教学活动的主战场，是学生获取知识与技能的主渠道。在这个主战场中，学生、教师、教学平台、教学资源以及教学模式等一系列要素，共同构成了完整的教学体系。

（一）学生

学生是知识获取的主体、学习的主导者，直接参与到知识和技能的获取中。教师应根据教学目标、内容和学生特征，选择合适的教学方法，提升学生的学习兴趣。在课堂教学中，学生能够实现自身的多方位发展和全面成长。课堂教学过程中，要发挥学生的信息源作用，促进教学质量的提升。

（二）教师

教师是教学活动的主导者，不仅传授知识，而且能推动学生自我学习。首先，师生需要构建起平等和谐、互动共生、探究创新的关系，当学生在自主观察或讨论时，教师应耐心倾听学生的心声，感受他们的行为和思考，掌握课堂动态，根据学生学习中的不同类型错误及时调整教学方法，引导学生思考和学习，增强学生自信。其次，教师应作为学生心理上的支持者，为他们提供心理上的抚慰和精神上的激励，给他们营造一个良好的学习环境，进而激发他们的思维活力和探索热情。再次，教师应当注重培养学生自我约束能力，引导学生自觉遵守纪律，与他人建立友好关系，以及培养协作精神。总之，在教学过程中，教师应充分发挥主导作用，调动一切积极因素为学生创造和谐融洽、轻松愉快的学习氛围，激发其学习兴趣，实现既“授之以鱼”，又能“授之以渔”。

（三）教学平台

教学平台是教学内容的载体，既能通过共享网络资源进行线上教学，又能开展课程实验实训线下教学。当线上教学时，平台不仅能够管理知识库资源、学习进度、在线考试等方面，而且具备可视化多维数据统计功能，通过精准分析学情数据，有利于教师掌握学生学习情况，为教学改革提供支撑。

（四）教学资源与教学模式

教学资源是对课堂教学内容进行碎化、重构，以满足教师课堂教学所需的素材集合，包括教案、案例、视频、图片、课件等。教师要充分利用一切可以利用的教学资源，为学生创造一个更完善的环境。

教学模式以学生为中心，依据知识递进和认知规律将课堂教学过程划分为若干个环节，并通过教学方法与手段，实现教学要素与教学资源的一体化方式。

四、教学改革方法分析

教学改革的目的是增强学习效果、提升学生综合能力与素质。PLC课程实践性强、技术性强，需要学生主动参与、积极思考。因此，根据课程与学生的特点，借助多媒体技术，将课程知识通过PPT、动画、视频等形式呈现，并运用小组学习法培养学生的洞察力、创新力、协调力，以实现课程学习的人才培养目标。

（一）课堂教学案例内容

将PLC课堂教学内容（以S7-200PLC为例）整合为五个模块，包括识读与使用模块、应用软件的安装与使用模块、指令功能及编程模块、编程技术模块、典型控制系统设计模块，每个模块下再分若干个训练任务，任务中包括PLC指令、PLC程序编制的基本原则与基础知识、程序设计等知识点。

（二）课堂教学改革内容与方法

1.教学平台网络化

通过“互联网+多媒体技术”构建PLC课程課堂教学的“教、学、做合一的一体化网络教学平台”^［1-4］。教学平台包括教师机、交换机、学生机，这样既能通过共享网络资源进行线上教学，又能现场开展课程实验实训的线下教学。其中，教师机须安装PLC课程教学所需要的软件、技术文档、课件、视频等，用于充当一体化网络教学平台的服务器，可实现对学生机进行教学、培训、交流、讨论、监控、管理等实时操作^［5-6］。另外，教师机还可以共享网络资源与设备。交换机用于实现局域网内学生机之间的数据交换和通信。学生机作为一体化网络教学平台的客户端，系统安装软件与教师机相同，采用PC/PPI专用编程及通信电缆直接接入PLC，具备对综合实训模块的监控功能。学生机之间可独自或分小组地完成教学训练任务，并与教师机实现实时教学互动，教师第一时间指导学生完成任务。

2.教学模式一体化

教师主导教学活动，以学生为中心，依托教学平台及教学资源，采取“讲—练—模—做—评”一体化课堂教学模式^［7-10］，即根据课程整合的五个模块分若干个训练任务，按照任务讲解、指令练习、任务实施、案例拓展、教学评价实施教学工作。

（1）任务讲解。教师分析讲解各任务中用到的基本指令功能，分析程序工作原理，提出任务要求。

（2）指令练习。学生使用学生机训练指令使用，通过练习PLC课程中诸如基本位操作、计数器、定时器等相关指令并掌握其功能和应用。

（3）实施任务。学生自行分组并推选组长。组长负责组内分工协作，协调配合。分工合作内容包括查阅资料、讨论方案、编写PLC程序，独立完成PLC控制任务。教学实施中，根据实验设备数量，将学生划分为若干小组，确保每个学生使用实训设备和仪器。组长根据教师的演示去自主实施任务。编写完成后，在老师的现场监护下进行通电调试检修，验证是否符合设计要求。同时，考查学生独立检修调试的能力。

（4）案例拓展。在原有项目内容基础上，自主拓展新任务。在设计任务时，一方面，应充分兼顾任务的多样性和选择性。如，在电动机运行时间调整、通斷电均延时定时器、方波信号产生、十字路口交通灯等任务中均涉及定时器指令，该指令应用的程序多种多样，在实际任务实施中，教师应鼓励学生不必拘泥统一样式的定时器指令程序，自主设计适合任务的程序。通过这样课堂教学实施，旨在提高学生的思维能力和灵活应变能力。另一方面，紧密结合企业生产实际。如，在电动机星三角降压启动PLC控制任务中，运用经验法和梯形图法设计任务程序，除了具备星三角切换功能，还应具备星形接触器动作确认功能、报警功能及系统上电复位等功能。通过如此任务设计，提高学生综合利用PLC指令应用于未来工作场景的能力^［11］。

（5）教学评价。用多元化评价方式对学生的学习成果进行评价，重点对学生进行过程性考核评价。依照任务完成结果，由教师进行评分，各组学生之间互评分。教师应特别重视“过程性评价”，关注教学过程中学生智能的发展、能力的提升，及时对学生学业水平做出判断，找出当前存在的问题，促使他们对自己的学习过程及习惯进行反思和总结，帮助学生不断改善与提高。

3.教学资源课堂化

为便于课堂教学，将教学内容按照“讲—练—模—做—评”五个教学环节进行碎化，制作授课PPT、微视频等课堂化教学资源^［12-14］。

（1）“讲”。通过微视频或图片的形式，展现抢答场景，引入和分析PLC控制教学任务，根据任务要求设计出简单合理的设计方案，演示方案的整体运行情况。

（2）“练”。通过微视频或PowerPoint展示结构化程序的功能及应用，指导学生自主练习教学任务相关指令的操作要领和关键知识点。

（3）“模”。通过PowerPoint演示给定PLC控制梯形图，并讲解接线方法和安全注意事项。学生以小组为单位开始接线，要求通过小组自查方式后，教师进行检查。确定无误后，再通电调试程序。学生自主实施程序调试方法，培养其分析与解决问题的能力，激发其探索创新的能力。通过这样的模拟，使学生能切实掌握相关技术操作要领和关键知识点。

（4）“做”。通过PowerPoint展示拓展教学任务，引导学生分组完成自主设计、调试实验，实验完成后，学生按要求完成实训报告，提升“做”的能力。

（5）“评”。即教学评价，是对整个教学过程中的每个步骤做出分析并给出最终评分。整个评价机制包括过程性考核和项目综合考核两部分。前者由职业素养、学习过程、理论素养三部分组成，占比40%；后者由学生自评、小组互评、教师评价三部分组成，占比60%。可以通过微视频或图片的形式，展现教学任务完成情况，进行总结评定。教师实施过程考核，指出缺点、肯定优点，增强学生成就感，提高其学习的积极性。

五、教学改革实践总结与思考

职业教育的本质是能力本位的教育。职业教育必须给学生传授职业发展的技能，让学生毕业后能够成为生产一线的实用型人才和高素质劳动者。PLC课堂教学模式研究与实践中，突出“以学生为中心”的教学设计与实施，核心体现以下三个观念：

（1）从理性角度，学生通过现场开展课程实验实训的线下教学，以小组自主为主完成项目任务，过程中实现了追踪学习路径，探索不同类型学生的需求和培养规律，让学生找到适合自己学习课程方法，使学习事半功倍。

（2）从情境角度，教师以引导身份为主，调整学习氛围，精心设计教学任务与拓展项目，结合课堂小组讨论，实时关注学生的反馈，调整教学方法与进度，激发学生积极思考，培养其探索习惯。让学生既能分享自身思考与创新成果，也能学习别人的思考成果。

（3）从成长角度，教学过程从项目任务到拓展任务，通过“讲—练—模—做—评”课堂教学模式，以及开发课堂化教学资源，切实使学生提升认知，拓宽边界，实现学生个性化发展。

同时，在教学改革实践过程中，也实现了三个转变：教师中心转变为学生中心、教材中心转变为培养目标中心、课堂中心转变为实验实训中心。整个教学过程重视理论与实践相结合、理论指导实践，学生所学理论知识通过实践得到了巩固和提高，知识呈阶梯递进；课堂教学融入实践场景教育，进一步提高了学生自学能力和创新意识^［15］。正是通过这样一系列的PLC课堂教学改革，安徽工贸职业技术学院电气与电子工程系构建与岗位需求相结合的教、学、做合一的一体化网络教学平台，让以学生为中心的课堂教学模式落地生根，实现了既能通过共享网络资源进行线上教学，又能现场开展课程实验实训的线下教学，突出了学生的主体地位，增强了课堂教学的主导作用及效果，实现了人才培养质量的提升。

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收稿日期： 2023－08－18

基金项目：安徽省教育厅重点质量工程项目（2021jyxm0134）

作者简介：刘明，女，安徽工贸职业技术学院电气与电子工程系副教授。

李言武，男，安徽工贸职业技术学院电气与电子工程系教授。