面向开放的PLC任务型在线学习模式构建研究



面向开放的PLC任务型在线学习模式构建研究

李华

(浙江广播电视大学萧山学院，杭州310000)

【摘要】构建一种任务型在线学习模式，该学习模式以任务为驱动，教师引领学生分组协作学习，通过在线学习平台加强师生间的互动。文中基于新兴的仿真设计软件Automation StudioTM将该学习模式用于开放教育PLC课程教学实践，以实现开放教育学习时间和空间上的自由。

【关键词】在线学习;开放教育;引领式;任务型

2010年7月，《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020)》提出:“构建体系完备的终身教育。学历教育和非学历教育协调发展，职业教育和普通教育相互沟通，职前教育和职后教育有效衔接。继续教育参与率大幅提升，从业人员继续教育年参与率达到50%以上。现代国民教育体系更加完善，终身教育体系基本形成，促进全体人民学有所教、学有所成、学有所用。”《纲要》提出了构建终身教育体系和学习型社会的战略目标，明确了构建终身教育体系和学习型社会是21世纪我国科技、经济、文化和社会高度发展的必然要求。

《纲要》还提出“搭建终身学习‘立交桥’，……健全宽进严出的学习制度，办好开放大学”，《纲要》中提到的要办好的开放大学是一所以现代信息技术为支撑，在中央广播电视大学和地方广播电视大学的基础上组建，面向全体社会成员，学历继续教育和非学历继续教育并重的没有围墙的现代远程开放大学，她为学习者提供方便、灵活、个性化的学习条件，旨在推动全民学习、终身学习的学习型社会建设。开放教育是实现继续教育的主要途径，是实现终身学习立交桥的主要系列，它一直是广播电视大学主要的教学形式，通过网络教学平台、课堂教授、教务管理平台为学生提供了一个宽进严出的学习模式。

本文针对开放教育中一些实践性、应用性强的课程如PLC课程的教学模式进行探讨，提出了一种基于新兴学科仿真设计软件Automation StudioTM(缩写AS)的任务型在线学习模式。

一、目前开放教育教学方式中存在的问题

当前开放教育主要采用了“面授+在线学习”的方式进行，面授主要是教师定期集中授课，课程在教师安排下有计划、循序渐进地进行。面授时间之外，要求学生利用网络进行在线学习，在电大系统的多媒体支持服务平台上，我们完全体现了学习资源的开放性，向广大学生提供了视频课件、PPT等学习资源进行自学，课后完成形成性考核作业。整个教学过程中主要以教师为主、学生被动接受，在利用多媒体进行自学中要求学生有一定的自学能力，师生互动性较差。张伟远教授曾提出网络教学的发展经历了三代:第一代是以技术为主导的单向传递的网络教学模式，第二代是以教学论为主导的双向互动的网络教学模式，第三代是以网络教学为主导的全方位的网络教学模式。目前我们主要还是处于第一代，我们的网络平台是以技术人员为主导进行设计和开发的，主要有课程内容(包括PPT、视频课件)、网上讨论(主要是BBS)、管理功能(包括课程内容管理和技术管理)，这类平台主要弊端是没有做到以学生为中心。

要做到以学生为中心，我们先要分析学生的特点。目前参与开放教育的学生具有以下三个特点:一是学习者越来越年轻化，我们的学生中特别是专科生，有大部分是当初没有把握好学习机会，失去了进一步进入普通高校深造的机会，自学能力较差，但接受新事物的能力较强。二是学习者主要来自企业生产经营第一线，他们希望通过开放教育学习，能够获得职业技能上的提升和知识性的补充，提高胜任工作的能力。三是学习者地域比较分散，随着城市的扩大和生源的乡镇化，开放教育的学生越来越分散，要这些在职人员在下班后从工作地赶到学校参加面授课学习确实存在一定困难。基于这三个特点，我们要开发新的学习模式以适于我们的学生，这个学习模式要适于网上学习，且不需要系统的知识结构和很强的自学能力，更加地贴近职业教育，授学习者所需，使学生利用点滴、零星、碎片式的时间，随身、随时、随地的进行学习，而且尽量使学习轻松、有效。

二、基于AS的任务型在线学习模式构建

1.理论依据

目前在线学习模式主要分引领式在线学习模式和自主式在线学习模式两种，引领式在线学习模式是在教师的引导和带领下，学习者在特定的时间内有目标、按计划地学习指定的在线课程内容，教师、学习者之间交互性学习活动是在线课程的主体，也是学生获取知识的主要途径。它更体现了以教师为主导、以学生为主体的教学理念，教师的教学重点主要是引导学习者利用多样化的在线学习资源，进行在线学习，鼓励学习者通过讨论、协作、积极思考、分析问题，以提高自身的能力。

基于此理念，我们提出一种任务型在线学习模式，在该模式下，教师的主导作用主要是按周期布置学习任务，学生在规定期限内自由安排时间进行在线学习，完成任务。相对于自主式学习的“放羊式”教学模式，本学习模式下学生的学习目标更明确，方向感更强。本文中以PLC课程为例，进行任务型在线学习模式构建。

2.PLC课程特点

PLC是可编程序控制器的简称，该课程是一门应用性和实践性很强的课程，是机电类专业的一门专业核心课程，掌握并应用PLC是机电类专职人员必须具备的基本能力之一。我们的学生主要是来自生产第一线的机电类工作人员，他们具有一定的工作技能，但缺少PLC的理论基础知识。所以急需结合岗位，夯实理论基础，为更好地提升工作能力服务，以适应企业的发展，增强就业竞争力。

3.任务型在线学习模式构建

任务型在线学习模式是将传统的学科体系中的知识内容，穿插入若干项目，围绕项目展开教学，是学生直接参与项目开发全过程的一种教学方法。该学习模式中教师与学生的关系如图1所示:

图1　任务型在线学习模式

(1)教学设计

在该模式中，教师承担了引领者的角色。首先要做的是进行教学设计，将教学内容植入若干项目任务。为了让学生能随时、随地利用零碎时间进行学习，我们将相关知识点的课件做成只有8—10分钟左右的微课视频，这个课件不是单纯的PPT，而是教师上课的展示，里面有知识点PPT，有授课声音和一些相关资料。在这个视频中，学生能身临其境，仿佛就是坐在教室上课。所需集中注意力要求不长，符合人的视觉驻留规律和开放教育学生的认知规律。但要求教师在这几分钟时间内将知识点内容讲解清楚、完整，这些知识点要植入相应的项目，在项目的实现中深入理解对应的知识点，使学生带着任务去学习知识点，目的性明确，且学完后能马上进行实践应用。

(2)信息推送

在教学过程中，教师要根据教学计划，按阶段性周期将项目任务分配给学生，并将微课资源定期推送给学生，学生在规定的期限内完成相关知识点的学习。推送方式可选择电大在线学习平台或QQ群邮件的形式，使学生可方便的获取该微课资源，且该资源可在手机等移动设备上播放，使学生可随身、随时学习。

(3)教学管理

教学管理包括下达任务、指导小组完成任务、回馈与答疑。任务分配后，学生分组进行讨论，协作完成指定任务。在学生协作完成指定任务过程中，教师与学生通过在线学习平台的讨论区进行互动教学，指导学生完成任务，并对学生提交的任务结果进行点评和总结，使学生运用所学知识点进行分析设计的能力在执行任务的过程中得到提升。

4.基于AS的PLC课程任务型在线学习模式

PLC课程是一门实用性很强的课程，设计完后要仿真验证程序的适用性，使学生能边设计边调试，更好地完成学习任务，在此我们引入一个新兴的仿真软件Automation StudioTM。

Automation StudioTM是一款综合仿真软件，由加拿大Famic公司开发，该软件能进行多领域建模仿真，包含机、电、液、电磁、控制等多学科领域，所以它是专业性仿真软件，不是课程性仿真软件。系统可由液压、气动、电气之类的单一技术构成，也可由多种技术综合构成。另外，软件可动态仿真回路，观察组件与电路之间的关系，可动态演示组件剖面，它提供了一个涵盖多学科领域、仿真过程形象直观的软件环境。在软件中各元件模型用图标表示，由计算机自动生成回路的仿真描述文件和程序，用户可实时看到仿真动作。

Automation StudioTM软件通用性强，已成为流体传动与控制领域设计人员进行系统设计与仿真优化的一种重要工具。界面简单、操作简便、无需专门培训、易学易用是这个软件的显著特点。这些特点使得该软件可以在电气控制的辅助教学方面，发挥重要作用。特别是其生动逼真的仿真效果和强大的分析功能，能够很好地激发学生对PLC控制的学习兴趣。

基于这个软件，在PLC课程的任务型在线学习模式中，我们充分发挥了以学生为主的特点，将学习任务分为八大模块，如图2所示:

图2　基于AS的任务型在线学习模式

(1)任务解读模块

对任务要求进行解读，明确控制要求。

(2)学习相关新知识

结合本次任务的控制要求，学习教师推送的微课资源，该模块可随时随地学习，时间灵活安排。

(3) I/O分配模块

结合模块1的任务解读，对PLC的输入、输出端口进行分配。本模块由小组成员基于在线学习平台讨论完成，在该分阶段后教师给出I/O分配参考表。

(4)模型搭建模块

在Automation StudioTM中搭建模型，主要锻炼学生对于项目整体结构的设计，对系统的整体运作有个完整的把握。学生将各自的模型搭建完后，教师给出参考模型。

(5)软件设计阶段

针对本任务控制要求，结合I/O分配情况，设计对应的软件程序，使之能完成任务控制要求。然后运用Automation StudioTM的Ladder for Siemens PLC模块，将程序录入。

(6)在AS中仿真调试模块

在Automation StudioTM中运行程序进行仿真，观察模型工作情况，并根据仿真情况对程序进行修改。此阶段中，可在同一界面上显示程序和模型，且实时对应显示每一仿真步的模型运行情况和程序运行情况，利于差错修正。

(7)检查评价阶段

以上六步由学生以小组为单位在在线学习平台协作完成，项目完成后，将成果递交给教师，教师对学生的任务设计情况逐个进行点评。有问题的帮助找到解决的方法，并做出最后的评价。最后，教师将参考程序和模型及学生成果上传展示。

评价由三部分组成，包括个人自评、小组成员互评和教师评价。

(8)任务延伸模块

项目结束后，教师在本项目基础上做出任务延伸，使学生对相关知识点的应用能力得到进一步提升。

通过以上8个步骤，实现由布置任务到目的性学习，再到利用所学知识逐步完成任务的探索，有利于学生把握整个PLC控制系统开发流程，包括硬件的组合关系和软件的编程，并在Automation StudioTM软件平台上对任务的控制结果以一种非常直观的方式进行仿真。

这8个步骤完全体现了以教师为主导，以学生为主体的在线学习模式，将教师的引领作用穿插于学生的协作学习过程中，使学生的学习节奏得到有效控制，而对于学生，在规定周期内，可自由支配时间完成既定学习任务，体现了“自由与相对自由”的在线学习模式。

三、预期效果

1.教学资源的整合

在任务型在线学习模式中，教师要对现有的资源进行整合和优化，将理论知识的讲授课程分解成一段段的微课资源。为了制作微课，教师还要学会微课制作相关技术，如录音、剪辑等。将教学内容项目化，根据职业活动或真实的工作任务，设计适合于学习的任务。以任务为驱动，以项目为载体，构建课程教学内容，为学生可持续发展奠定良好的基础。

2.实践教学的实施

PLC课程是一门实用型课程，加上学生的一线工作经验基础上的理论提升的迫切需求，我们基于编程仿真软件进行项目任务的设计教学，使得学生能在生动逼真的仿真环境下学习PLC，使学习更轻松、有效，且破解了开放教育硬件实验设施短缺的难题。

3.教学评价的全面性、有效性

本任务型在线学习模式中，学生的主体性得以完全体现，在任务完成后，由教师、学生本人和学生相互之间进行评价，组成最终的任务成绩，具体安排如下表:

表1　任务学习综合评价表

通过教师、学生自己和相互之间的评价，全面地体现了学生在项目任务学习和设计中各方面的表现，使得学生的学习能力和协作讨论能力在一次次项目任务中逐步得到提升。

四、结束语

本文构建了一种任务型在线学习模式，并将之应用于实践性很强的PLC课程，利用新型仿真设计软件Automation StudioTM实现该课程任务的在线学习。通过微课资源的推送，使学生能随时、随地进行学习，在教师规定的周期内自由安排时间，在教师引导下完成既定学习目标，实现了时间和方式上的自由。对于地域上较远而无法到校上课的同学，通过利用在线学习平台上任务学习的方式，实现了空间上的自由，以较小空间满足了较大班级的教学。

希望通过PLC课程的这种任务型在线学习模式的教学实践探讨，总结教学过程中存在的问题和不足，推动开放教育的在线教育模式的发展。

【参考文献】

［1］秦宇．引领式在线学习模式［J］．教育信息化，2005，(8)．

［2］周润景，张丽娜，刘梦男．基于Automation Studio的PLC系统设计、仿真及应用［M］．北京:电子工业出版社，2012．

［3］伍秀娟，项荣健．以协作项目为驱动的教学实践与应用［J］．中国电化教育，2011，(5) :92—96．

［4］杨永娟．引领式与自主式在线学习模式的对比研究［J］．中国科教创新导刊，2007，(8)．

［5］范颖．引领式在线学习模式在远程教学中的实践［J］．现代教育技术，2010，(10)．

［6］吴其旺．在开放教育教学实施中的几点体会［J］．中国远程教育，2001，(6)．

［7］李华．基于Automation StudioTM的PLC任务型在线学习模式构建研究［J］．科技创新导报，2014，(20)．

(编辑/赵晓东)

【作者简介】李华(1977—)，女，杭州人，硕士，讲师，研究方向为控制工程理论及应用。

【基金项目】浙江省教育科学规划研究课题“基于Automation Studio的PLC项目式教学研究——以电大开放远程教育为例”，编号为SCG395

【收稿日期】2014-11-18

doi:10．3969/j．issn．1001-8794．2015．02．012

【文章编号】1001-8794(2015)02-0038-04

【文献标识码】A

【中图分类号】G728