自动化实践环境框架下的“点带面”式在线开放课程研究

刘静

（武昌工学院，湖北武汉 420065）

一、研究背景

根据《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕8号）、《省教育厅关于实施“湖北高校本科教学质量年专项行动计划”的通知》（鄂教高函〔2021〕4号）等相关文件要求，各高校积极组织开展一流本科课程建设工作。

虽然在线开放课程与电气专业实践教学在省内外都有良好的发展趋势，但是结合应用的项目还是非常少的，就调研看来，国内开放课程中七成以上由爱课程（中国大学MOOC）承接，此外还有学堂在线、智慧树等开课平台，因此对这些平台课程进行调研是具有代表性的[1]。在爱课程开放平台中工科课程有212门，其中与电气控制、PLC相关的课程有7门，内容为西门子系列S7-200或三菱FX系列课程，教学内容陈旧且实践内容过少，关于最新的1200系列的课程就更加少了，而使用1200系列并且能够与项目结合，体现多课程交叉融合的还未见到。

当今很多民办高校甚至是公办院校自动化专业的PLC相关实践课程系统仍然沿用西门子200系统，存在老旧、与社会脱节等情况。而我校在2019年投入40万新建了工业自动化综合应用实验室，在全省甚至全国都是领先水平，因此，能够与之配套的教材屈指可数。现在市面上的教材一般是以PLC单课程为主，也有少量教材是PLC、变频器、触摸屏的合本教材，但是即使是合本教材也并不都是项目式教程，与我校新升级的分拣线实践系统硬件型号和项目设计上不匹配。目前正在运行的省级精品在线开放课程也存在上述问题。

二、研究概述

《国务院关于印发国家职业教育改革实施方案的通知》已发布，《通知》提出，要将职业教育摆在教育改革创新和经济社会发展中更突出的位置，到2022年，一大批普通本科高等学校向应用型转变。省内外高校积极响应，江苏省确定转型为“应用型”的本科院校已经接近50所，辽宁省确定到2022年近八成高校向“应用型”转型。在转型过程中对于“实践教学”的改革当为教学改革的重要阵地之一[2]。

该课题研究的定位是针对民办高校在线开放课程实践教学形式与内容的研究，民办高校在线开放课程的受众对象不同，在此基础上结合当前开放课程存在的问题，本课题提出建设“点带面”式在线开放平台。

（一）具体研究对象

1.自动化实践环境“模块化”

通过将真实的分拣系统进行模块化拆分，如表1所示。将整体产线变为雕刻机、机械手、传送带分拣、监控、模拟量输入输出控制五个模块，将大型系统拆分为模块点进行讲解将有利于系统功能分析。

表1

在实践环境“模块化”的基础上，进行理论知识的“点带面”原有的理论知识是按低压电器、PLC基本指令、PLC功能指令进行教学。本项目将基于模块点进行讲解后以点带面。例如，在传送带分拣模块中，需要通过金属、颜色传感器进行信号采集，之后利用PLC程序完成分拣控制，对金属材质以及白色塑料物块进行分拣，对蓝色塑料物块放行，在这个控制过程中仅仅使用一个知识点是不够的，因为完成该功能，不仅需要使用低压电器中的按钮、行程开关、电磁阀等，还需要PLC基本指令中的置位复位指令、定时器指令等，在基本的控制线路中需要了解自锁、互锁等，最后还需要高级功能指令中的高速计数等，这样利用一个模块点带动了多面的指令运用，使得学生更加清楚指令在实际使用中的意义[3]。

3.开放平台“点带面”

目前已经立项的省级在线开放课程有两个缺点，一个是只有理论知识点并没有结合产线的实操视频教学，第二是课程仅仅与PLC有关，没有体现PLC与其他课程的关联性，通过本项目的课改将在模块化实践平台的基础上带动相关课程体系的完善，具体情况如图1所示。

图1

仍然以传送带分拣为例，传送带的运行并不是直接使用PLC控制，而是通过变频器完成。变频器的恢复出厂、快速调试以及多段速控制都是学生需要熟练掌握，在授课过程中发现可以非常好地弥补之前的变频器知识，同时可以掌握变频器的使用方法以及与PLC联机方法，真正理解变频器在工程项目中的应用，此外对于PLC的学习而言也是具有一定的扩展应用，体现了课程融合以及交叉应用。

（二）具体研究内容

1.成立课程研究团队

教学团队是课程改革和研究的基础和保障，课程的主讲教师包括1名教授、2名副教授、2名高级工程师以及1名高级实验师，该平台建设由于要结合真实产线进行设计，因此不仅需要这些授课经验在十年以上的教师，还需要引进企业人士为课程的建设和平台建设提供建议和指导，具备精品在线开放课程的开发能力，为后续的发展提供保障。

团队的分工主要包括：教学设计、动画制作、课件制作、视频拍摄、视频剪辑、后勤公关等工作。有些工作内容可以请专业的团队协助完成，但是课程的内容一定是团队内部成员进行协商和自主设计的。

2.实践教学硬件升级

按照设想对现有的教学平台进行升级重建，目前在线开放课程中，包括在2017年立项的省级在线开放课程，电气控制所使用的西门子产品均是S7-200系列，而社会上，相关行业、企业的联网控制技术已经非常成熟，200系列已经停产，目前的教学进度明显已经远远落后于社会需求，而与此相矛盾的是，中国市场保有量大，对于S7-200的淘汰进程仍是一个缓慢的过程。鉴于此，该项目提出的“点带面”方案就是以已有的升级在线开放课程（西门子S7-200PLC），带动相关核心课程体系完成实践教学硬件升级以符合社会及市场所需，与企业联合研发符合“点带面”教学要求的新型教仪，设计添加200smart及1200系列设备组[4]。

3.教学内容完成核心课程体系的交叉融合

在实际生产中往往是多门课程的综合应用，因此该实践教学在线开放平台的内容选择应以课程群综合应用内容为首选。

在项目设计之前，需要对学习目标进行合理确定，依据电气控制的课程特点对相关的知识模块进行整合，对每一个章节学生需要掌握的知识点和技能知识进行确定。将整个教学过程分为电气控制系统的最小系统、电机的结构与使用方法、电气控制的元件认识和布线、PLC编程和加载使用、现场总线和联网控制、分析和排障等，总体就是以一个项目，甚至是一个项目中的子部分作为综合，在每个情境下又按知识点由不同的情境贯穿其中。例如，在电气控制基础的电机教学中，可以将每种电机购入两台用于学生自己动手拆分，便于了解电机结构与性能。在设计的项目教学中构建题目带入电机或风机，模拟工厂实际情况加强动手操作能力，打破常见的以知识体系为主线的课程内容安排，按每个项目中所需的知识点重新组织教学[5]。同样，PLC往往与变频器结合使用，同时还需要工业组态控制技术完成在线监控。因此，平台课程应在PLC项目基础上有所延展，体现课程群的交叉融合。例如常见的交通灯系统介绍，应该引入在线监控系统，按照建立项目、变量定义、闪烁、定时等多与考核内容相关的子项目进行教学，最后完成综合应用。

在课程整体结构方面进行建设，在课程体系交叉重组之后，建立对应的在线开放平台，除了原有立项的课程项目更新之外应该引入配套的核心课程体系实践项目，以完成“点带面”的更新效果，建设内容不仅限于PLC，而是根据模块化项目进行拍摄和资源重组，将原本按知识点进行讲解的课程体系改编为按项目点结合课程面的课程体系，原有的开放课程整体结构如图2所示。在线平台中很多课程结构也是结合项目进行，如图3所示，其实与该研究的项目也有一定差距，结合表1可知，这些项目并不是独立的，而是层层递推可以构成完整功能的相关联的项目。

图2

图3

4.开放平台视频建设

在线平台在教学方法上进行改良，采用动画制作、仿真软件录屏、实物实操、设障排障演示等多种方式，通过开放平台让学生能全方位、多角度地完成学习。例如，在机械手项目中设置抓取卡死障碍，并拍摄视频，带学生进行思考，抓举物块时由于没有对齐造成了机械卡死，如何完成程序的自检复位，通过录屏以及现场排障视频进行讲解和展示。

5.开放平台考核评价机制建设

原本的开放课程理论课与实践课的课时比例2∶1，现在体现实践教学的重要性，我们一般以1∶1的比例执行，主要的操作视频从原来的5个增加到35个，理论讲授和实践操作的课时各占总课时一半，因此考评机制也应该相应提升实践教学的内容，对于实践类的题目也需要相应增加，同时采取系统评价、互评、教师评价相结合的方式进行打分，这样可以看到其他学习者处理问题的方式，可以调动他们的学习积极性，也是一个相互学习、换位思考的过程。

三、现实意义

在线开放课程是这个时代下一种新的教育模式，对教育工作者提出了新的教育要求，更是校内与社会学习、培训、服务的平台，在疫情以后更是凸显了在线课程的不可替代性，教育工作者们需要投入到在线课程的建设汇总，根据学习者的要求进行不断改进和设计，提高在线平台的课程质量，以打造“金课”为目标。因此，该项目的研究的确具备一定的现实意义。

（一）“点带面”式的开放平台利于“在线开放平台”与“应用型实践教学”的双赢

为在线开放平台提供实践教学新内容，同时利用在线开放平台巩固和展示实践教学的新成果，两者相互融合，优势互补，完善了教学内容。

（二）利于民办高校展示自我特色

民办高校在线开放课程占有率低，仍有很大提升空间，如果定位符合受众，便可以通过开放课程展示的应用性与特色性。

（三）打破陈旧模式，适应社会需求

现代化智能生产线，亟需高水平技术人才，现有实践课程模式固化，产品落后无法适应社会需求，该项目研究将采用最新设备，符合社会需求。

纵向解决了“实践教学”与“在线开放课程”的断层，横向打破了核心课程群的壁垒，在真实项目中完成了交叉课程实践教学融合，此项目的应用价值正是在于为实践转型目标提供有力的支撑，可以在民办及地方高校中推广使用。