现代学徒制下“PLC控制系统的构建与维护”课程教学改革与实施

(湖北科技职业学院，湖北 武汉 430074)

2014年国务院印发了《关于加快发展现代职业教育的决定》，对“开展校企联合招生、联合培养的现代学徒制试点”提出了指导意见[1]。现代学徒制是职业教育发展下诞生的创新技术技能人才培养模式，通过学校、企业共同参与职业教育人才培养全过程，更好地对接行业、产业发展，达到培养高素质技术技能人才的目的。

湖北科技职业学院工业机器人技术专业现代学徒制试点班区别于传统意义上的实习、订单班，更加注重在产教融合过程中传承技能和工匠精神，培养出更加适合于智能制造行业需求的高级应用型、复合型人才。随着对现代学徒制“双主体”育人培养模式的深入研究，“工学交替”的培养形式最终的落脚点在于专业课程体系的开发和实施。本文将对现代学徒制背景下工业机器人技术专业“PLC控制系统的构建与维护”课程(以下简称PLC课程)的教学实施进行研究与探索。

一、PLC课程开发的必要性

PLC是机械装备和自动化生产线的控制器，具有可编程、模块化、易维护、高可靠等特点，在工业智能制造系统中广泛应用。PLC课程是自动化类专业的核心技能课程，是一门实践性很强的专业学科，在传统教学实施中存在以下几点问题：

(一)学校实训设备难以与产业发展同步更新

PLC在工程应用过程中可选择厂家型号较多、迭代速度较快，不同厂家的PLC在基本功能、外围设备连接、通讯站建立、编程软件、开发环境、指令系统都有所不同。学校实训设备一般采用1～2种型号的PLC，难以涵盖众多厂家，更难以与行业产业中大型项目使用的高端型号保持同步。且PLC的实训设备多采用小型电动机、LED灯、数码管、继电器等作为控制对象，而企业生产实际项目控制对象的数量、复杂程度要大得多，还涉及多学科的综合应用。

(二)教学案例难以与企业案例对应

PLC课程授课对象为大二学生，普遍专业基础薄弱，与理论知识学习相比，对实际操作更感兴趣。授课教师从教学内容、教学方法上开展改革，高职教育的PLC课程从最初的“理论+实操”的模式发展到现在广泛使用的项目化教学、理实一体化教学，教学效果得到了提升。但受授课环境、实训条件等因素的影响，教学采用的项目案例经过了“弱化”，与企业实际案例存在很大差别，学生在就业中仍无法迅速着手找到生产实际项目的突破口，不具备快速适应岗位的能力。

(三)在校教师实践经验难与企业工程师工程经验比肩

教师是职业教育中的培养技能型人才的主导和关键，除了具备专业理论知识外，还需具备专业技术能力。现有的教学团队中“双师型”教师占比不能达到100%，许多年轻教师是从教学型、研究型高校毕业后直接进入职业院校从事教学工作，缺乏工程设计能力和实践经验。尽管很多职业院校对教师赴企业顶岗实践锻炼提出了要求，但实践时间有限，难以参与到工程项目的全过程。

二、PLC课程实施

现代学徒制不同于传统高职教育，需要行业和企业的参与共同育人,以职业活动为中心组织教学内容，充分体现职业教育特性。现代学徒制校企课程的改革与实施基于现代学徒制的教育教学理念，对课程重新定位和思考，确定教学目标、建设课程标准、选取课程内容、评价考核机制，将课程设置与职业岗位需求紧密结合起来。[3]

校企合作共建是形成现代学徒制育人机制的基础，校企双方需要深层次的沟通与合作，明确责任、整合资源，打开共赢的局面，促进人才可持续发展[4]。企业需要深入参与到人才培养计划中来，不能以解决企业一线用工紧缺作为合作目的，要以为企业培育优秀员工，为学校培养技术技能型人才为目标。现代学徒制试点班的组建基于学校招生录取与企业用工一体化的招生招工制度，学生既是学校学生，也是企业准员工，经过校企考核通过后毕业可自愿留在企业工作，这种模式有利于在学习过程中增强对学习价值的认同、对学习目标的定位、对企业的归属感。

在课程改革与探索过程中应遵循以下原则：1.校企双主体育人教学实施模式，学校和企业具有同等地位，校企课程标准和教学内容均由企业和专业共同制定，并根据技术发展定期调整，以保证课程实施的稳定性和适应性。2.课程内容与职业标准对接，根据专业领域和职业岗位的任职要求，结合课程教学实际特点，在教学中引入行业新技术、职业标准、工作规范和工程案例。3.学校教学需要与企业岗位需求兼顾，教学中企业生产案例的设计符合高职学生学情，能迅速上手且较全面地涉及工程应用的各个层面，既可以实现教学，又可以为企业在职职工学习提供服务。[2]

(一)教学目标确定

根据专业教学标准、企业用人标准、岗位能力、国家技能等级标准，通过对行业、企业的调研，对接智能制造生产线安装与调试岗位、智能制造生产线运行与维护岗位、工业自动化设备设计与开发岗位中的工作内容，明确了PLC课程的教学目标，既包含专业知识、操作技能的培养，还包含安全意识、职业素养的培育，如图1所示。

(二)课程标准建设

PLC课程是现代学徒制试点专业下的企业课程之一，课程标准依据企业岗位要求，结合企业典型工作任务和所需的职业能力撰写，是教学目标的具体化。本课程总学时54，其中学校学时26，企业学时28。学校教学以西门子S7-200、S7-1200型PLC为操作对象讲授PLC的基本知识和基本技能，使学生初步形成解决生产现场实际问题的应用能力。企业学习过程基于企业岗位细化的编程、调试、维护、保养4个典型工作任务，以三菱、欧姆龙等多种厂家的PLC的实际工程项目为背景，介绍自动化设备和生产流水线中PLC的工程设计方法和实际应用，如表1所示。

(三)课程内容选取

岗位调研是课程内容设置的基本依据，也是项目教学法的内涵延伸，现代学徒制下的项目教学并非一般教学要求的项目，而是基于岗位生产实际项目。现代学徒制企业选用以PLC 为主控制器的 DT(I)组装、成型、冲压、涂装4条产线作为试点班PLC课程的企业项目案例平台。在企业项目案例设计时注重体现以工作任务为中心，掌握PLC控制系统的编程、调试、维护、保养，将教学知识碎片化分解到项目中，在设计和实现项目的同时，熟练运用PLC指令完成生产工艺的调度和被控对象的运行，培养学生的工程意识，将知识技能从理论层面向实践层面发展。

以“成型车间机箱涂胶控制系统”项目为例，如图2所示。可拆分为5个专业知识模块：电气控制线路控制模块、电气安装模块、PLC控制模块、变频及伺服控制模块和触摸屏模块。通过对项目工程设计、电气线路设计、电气安装、设备调试、PLC程序编写，来实现机箱涂装的工艺，即具体实现项目生产的5个工站功能：弹片自动压合、按键热熔&铭牌压合&面板取放、FIO面板压合、自动贴胶和自动包装。

图1 课程教学目标对接岗位

表1 企业教学工作任务和学时分配

图2 机箱涂装控制系统案例的教学实施

通过该项目学习与操作，可达到以下教学目标：1.能对熔断器、断路器、接触器、热继电器、主令电器等常见低压电器进行选型和安装；2.能读懂和绘制电气原理图和安装接线图；3.能制定电气控制柜内部元件布置；4.能根据项目需要对PLC进行选型、安装和接线；5.能对三相异步电动机、步进电机进行安装和控制；6.能熟练运用PLC指令编程实现控制功能；7.能对生产线及其辅助设备进行排障、维护和保养；8.能对项目任务进行探索和创新，与团队成员共同解决和查找问题。

(四)教学过程实施

在现代学徒制的背景下，PLC课程以项目为载体，以企业工作任务为主线，按照工程实际组织教学。采取“工学交替、教学做一体化”的教学模式，在校内和企业交替进行，课前学徒制试点班学生已经前往企业参观，经过企业导师的介绍对项目背景有所了解，在校内通过场景模拟开展“虚实结合”的项目教学，在企业生产线开展“学用一体”的项目实践。[5]

实行“双导师”制，教师导学，师傅导做，教师从传统讲授转变为教学引导，学生具有双重身份，既是校内获取理论知识的“学生”，也是企业传承生产技能的“学徒”。在校企双场地下实施项目任务，学生更直观地了解企业岗位知识、能力需求，更迅速地理解和掌握专业知识、技能，通过“做中学，学中做”逐步达到教学目的。

教学实施过程具体为“项目→方案→教学→仿真→验证→评价→提升”7大步骤，借助信息化技术进行多样化教学管理和评价，便于教师和师傅共同查看项目进度、点评项目方案。课前教师在云班课APP上推送项目任务、项目工单、学习资源，学生接到任务划分小组、查阅资料、完成课前测试题；课内教师展开相关知识教学，利用编程软件和实训设备进行虚拟仿真，提交项目方案；经过双导师认可项目方案和程序后，学生在企业生产现场验证项目，导师根据项目工单进行评价；课后学生总结项目的全过程，最终通过项目的实施提升了工程应用水平。

(五)课程评价考核

课程考核评价是检验课程改革实施效果的重要依据，对学生学习过程有明显的导向性。在传统的考核方式中，平时成绩占20%，实训成绩占30%，期末考试成绩占50%，这种考核模式突出了期末终结性考试的地位，容易让学生只重视考前突击复习而忽略课程的教学过程，导致课堂参与度低，教师难以开展有效的交流、讨论等学习活动，不利于学生通过理论联系实际来提高实践操作能力，不能较好地评价出实践应用型课程教学实施的实际效果，检验教学目标是否达到。为了提高人才培养质量，达到现代学徒制下课程的教学目标，以能力培养为导向开展课程考核评价改革显得尤为重要。

PLC课程考核采用多元化综合考核方式，注重学生综合职业能力的考核，而不是单纯知识和技能成绩，考核标准由校企双方导师共同制定。实施过程性的项目考核方案，项目考评成绩占70%，将教学目标、任务工序、项目考核内容细化渗入项目工单中，突出对学生学习工作过程的考核，见表2。考核评价项目由考勤、工作态度、方案设计、安全操作、项目效果、自评互评构成[6]，体现了考核评价的综合性、多元化，对学生评价的考核更全面，促进学生对课程全过程的参与。项目考核共有6个项目，采用单独计分方式，有利于教师根据当前项目考核评价的效果，对课程目标达成度相对较低的教学环节深入反思、查找原因、及时调整，在后续教学项目中予以实施改进，实现了课程持续化的质量保证。经过改革后的项目考评标准是基于工程项目设计及实现过程，期末考评标准是基于课程标准制定的专业理论知识考试，综合后的最终成绩能与学生的专业素养和职业技能水平划等号，较好地体现出课程教学目标的达成情况。

表2 PLC课程考核评价表

三、实施效果

现代学徒制试点专业在校企双方结合、课程体系以基础职业能力→专业职业能力→岗位职业能力递进的“两结合一递进”工学结合人才培养模式下针对PLC课程的改革，实现了专业与产业对接、课程标准与职业标准对接、教学过程与生产过程对接，充分凸显了高职教育的“职业性”。基于现代学徒制理念在校企共同教学的模式下以企业需求为前提，按照“厚基础、专技能”的课程体系建设思路，确定了教学目标、课程标准、课程内容、项目工单、评价体系。

企业项目任务导入式教学方法，推动学生独立思考和交流，建立了以学生为主体的教学模式，学生在解决工程实际问题过程中逐渐提高职业素养，从项目任务中归纳总结形成自己的知识架构，实现能力本位的学习目标。课程实施有企业工作环境支持，教师、企业师傅联合传授实践环节和岗位技能，这种先进的教学模式充分激发了学生兴趣，提高了参与度，学生在强化实践操作能力的同时掌握了专业理论知识的运用，全面提升了职业能力。

在校企深度合作育人的契机下，开展师资队伍建设，企业为教师团队安排专门的办公场所，因教学需要教师必须参与企业工程项目和产品的开发，在此过程中能锻炼教师技能水平、职业素质和实践指导能力，教师团队可进一步将企业项目引入校内开发进行产教研深度融合。

秉持“持续改进”的教学理念，在教学过程中对逐个项目单元深入剖析、积极改进，保证课程质量持续提升。科学合理的考核评价体系对学生在评价过程中的学习起到了促进作用，现代学徒制试点班PLC课程评分结果显示，学生在课程教学过程中的学习态度、方案设计、安全操作、期末考试方面的评分整体较高，与同专业的非现代学徒制试点班的学生比较，对知识掌握和熟练运用的能力、实践创新的能力、解决工程问题的能力普遍更强。从学生对课程实施的问卷调查结果上来看，学生对课程内容设置、组织形式、考核标准、教学效果等方面认可度高，普遍认为比传统教学模式下的课程学习收获更大。

四、结语

现代学徒制是一种区别于传统授课模式的新型人才培养模式，学校与企业在制度、运行、推进等方面仍处于探索与实践并行的阶段，学校试点专业结合自身情况、共建企业特点，构建了一个具有高职教育特色的基于岗位职业能力的课程体系。以提高学生在PLC工程应用中的实践技能水平为目的，对PLC课程进行教学改革与实施，取得了较好的效果，为现代学徒制培养模式的进一步完善打下了坚实的基础。