[出处] 教育教学论坛_2021年第43期

潘盛湖　吕志忠　谢冲　郑华林　胡腾

[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。