基于“项目化+虚拟仿真”的“物流自动控制技术”课程教学改革

刘晨敏

（重庆财经学院 物流工程学院，重庆 401320）

0 引言

物流是市场经济活动闭环中的关键环节之一，尤其在市场经济高度发达的今天，物流工程在经济社会活动中的作用日益凸显，对其智能化和自动化要求越来越高，急需具备物流自动控制技术的高素质人才。为培养现代物流应用型高素质人才，传统教学方式已不能适应经济社会发展所需，而目前对于物流自动控制技术课程的教学改革和探讨还很少。为此，本文根据课程的教学现状，采用“项目化”的教学模式，利用虚拟仿真技术，将课程相关思政元素有机融入教学，进而对物流自动控制技术课程进行了教学改革探索。

1 课程性质及特点

物流自动控制技术是物流工程专业人才培养方案中智能技术模块的一门专业限选课。课程主要涉及电气控制技术、PLC 及其编程技术、现场总线技术、监控组态软件技术等内容。通过课程学习，使学生具备物流自动化系统中涉及的智能控制相关的基本理论、技术方法和一定的应用能力。物流自动控制技术中的系统化思维，分析问题、解决问题的思路和方法，都有利于启迪学生的创造性思维和科学素养。同时，培养精益求精的工匠精神、团结协作精神和爱国情怀，这些对普通高校培养高素质应用型物流工程专业工程技术人才具有重要意义。

作为一门理论性和应用性均较强的课程，该课程具有如下特点：

（1）涉及学科基础多——集电气控制、机械、计算机、检测传感技术等于一体，多学科交叉，综合性强。

（2）核心内容抽象、实践性强——本课程涉及较难学习的机械、自动化、控制等相关内容，核心内容需要深刻理解，才能将相关知识在物流装备及自动化系统中正确应用，难上加难；相关基础知识需应用到实际的物流装备及自动化系统中是培养高素质应用型物流工程专业工程技术人才的必要过程。

（3）知识更新速度快——近年来随着经济社会的快速发展和科学技术的巨大进步，各行各业对自动化程度的要求日益提高，尤其随着大数据、人工智能等新兴战略技术的快速发展及智慧物流的内在要求，其相关知识更新速度很快。

2 课程教学现状

“物流自动控制技术”作为一门多专业交叉融合的专业课，课程内容多，安排授课时间相对不足，仅有48 学时；加之其本身较抽象难懂，学生学习积极性不高。目前的教学现状为：

（1）课程内容缺乏系统性。与基础课程自动控制原理不同，“物流自动控制技术”课程需要学生理解物流与自动控制技术的融合性，进一步理解物流装备及自动化系统的控制过程，才能更好地进行实际应用。

（2）实践条件不足。“物流自动控制技术”和机械基础、电工学、物流装备等课程被称为物流硬技术课程，其需将理论与实践进行深度融合[1]，才能真正实现应用型人才的培养。而目前学校以财经为特色，缺乏课程教学内容相关的实践设施设备，单纯的理论教学不利于学生理解知识。

（3）学生基础薄弱。从近几年的学生学习情况可知，多数“00 后”大学生数理基础不够扎实，对抽象的东西易产生畏难情绪，不久就会失去学习的信心。此外，他们思维活跃，对不感兴趣的东西易排斥。重庆财经学院物流工程专业的学生是文理兼招，部分学生没有理工科背景知识，学习起来难度较大。

3 教学改革

针对上述教学现状，根据教育主管部门对一流课程建设的要求，在分析“00 后”大学生特征的基础上，结合课程特点，重构课程内容，通过构建虚拟仿真实践平台，与实践项目、企业案例有机融合，同时将课程思政元素积极融入教学内容，对课程进行理实一体化的教学探索。

3.1 重构课程内容：嵌入案例、理实一体、“育智、育德”协同

（1）课程内容重构

在分析学生特征的基础上，将经济社会发展对物流工程中自动化和智能化人才需要的规格要求转变为课程教学内容[2]。考虑专业需求和学生生源中文理兼有的特点，并结合课程重难点内容，基于项目化案例式教学模式重构课程内容，如图1 所示。从硬件到软件，将整个课程内容内分为4 大理论模块：控制设备、控制网络、自动标志与数据采集、监控组态软件等相关内容，与实践项目中的物流装备控制设计、物流自动控制系统设计及应用进行整合。教学内容整合过程中始终贯彻下面的原则和理念：将课程内容整合为嵌入案例且可视的项目化内容，所选取的物流自动控制系统及应用案例多是学生所熟知、能举一反三的，便于将抽象原理和控制对象有机整合成动态化、形象化、视频化的内容，同时有机融入课程思政，形成德育与知识技能相耦合、理论与实践一体化的课程内容，使学生对课程脉络、知识体系形成了清晰、系统的认知。

图1 课程教学内容体系

在保持课程体系相对稳定的前提下，教学内容紧跟现代科学技术发展，将行业前沿的新发现、新成果、新技术渗透入课堂，更新教学内容，例如在识别技术中，引入2021 年全球物流技术大会上获奖的，由菜鸟主导的、能将业界80%的识别准确率提高到99.8%的“精准射频识别技术”，使RFID 具备大规模商用条件；在AGV 的导航方式学习时，加入目前已引起关注的即时定位与地图构建的自由路径导航方式——SLAM 导航，并让学生对比其他的导航方式，分析各自特点与应用，加深相关知识的理解。

（2）强化实践环节

鉴于“物流自动控制技术”理论部分晦涩难懂，且目前本课程尚缺乏相关的实践实验设施设备，必须通过一定技术手段将学生比较难理解的知识在某种平台上进行实物化和可视化改革，或者将物流日常实物与教学内容相联系来化抽象为具体。而本课程在进行教学改革探索过程中，针对实践环节，主要采用了现代仿真技术手段：利用西门子编程软件STEP 7-MicroWIN SMART、PLC 仿真软件CIS_S7200 及Factory I/O 工业仿真软件，通过通信协议相连接，构建PLC虚拟仿真实验平台来强化实践环节，提高学生的学习兴趣和改善学生的学习效果，仿真所采用PLC 实验平台如图2 所示。具体来讲，首先应由易到难制订三相异步电动机的运行控制、传送带运动控制、送料小车控制、自动分拣系统控制、自动化立体库的出入库监控设计等，由物流装备单机到物流自动控制系统的验证性及设计性、分层次深入的实践教学项目，学生通过仿真平台，进行PLC 编程、控制程序仿真，并通过Factory I/O 搭建所需的物流现场场景，实时、动态、直观地观察控制过程。通过该PLC 虚拟仿真实验平台，实现了理论与实践的紧密结合，学生更直观地理解“物流自动控制技术”的原理、应用及设计方法，学以致用，培养其物流装备自动控制系统的设计能力和实践动手能力。

图2 PLC 仿真实验平台

除此外，基于“项目化”的教学过程注重理论联系实际（以日常生活实例或工程技术的案例为教学内容），把教学涉及的原理与日常生活实例或工程技术的载体结合起来。这样，理论与案例或实物便融为一体，更有利于理论知识的讲授。同时采用翻转课堂的教学方法，发挥学生为主体、教师为主导的优势，使学生有机会通过把自己理解的知识表达出来，从而得到进一步提高。在具体实践中加深对抽象理论的理解，进而来强化实践。课程中的抽象内容通过多媒体动画演示来辅助教学，并通过与生活紧密相关的问题导入、讨论等形式启发学生思考、运用理论知识解决实际问题。

（3）融入思政教育强化德育

基于“项目化+虚拟仿真的教学”过程中，积极融入思政教育，将课程内容相关的思政元素有机融入到相应的教学内容中，使教学内容和教学实施过程集融知识传授、德育、潜力培养于一体，这样学生在学习理论知识、基本技能的同时，亦能受到德育情怀熏陶。例如通过讲授物流控制系统组成各部分功能特点，融入整体与部分的辨证唯物史观和方法论，以及个人与集体、国家之间的关系，使学生领悟只有坚守岗位、各司其职，并团结协作、拧成一股绳，具有大局意识和思维格局，才能使系统运行良好，引申出团结协作精神，整体效益才能发挥到最大，弘扬社会主义核心价值观。在电气原理图分析方法中，必须要有电气保护环节，熏陶培养学生的工程安全意识以及精益求精的工匠精神；先逐步分析局部电路的工作原理及控制关系之后，还要“集零为整”，从整体视角理解整个线路，使学生建立复杂问题分解，处理好整体与局部关系的科学思考方法。

3.2 模式、手段和方法探索：耦合多种教学方法，综合应用信息化手段

耦合课程教学内容，以学生为中心，以教师为主导学生为主体的教学方式，“教”“ 导”结合，采用启发式和任务驱动式方法相结合，耦合案例式的教学模式，并采用虚拟仿真技术等，将课程教学内容以图片化、视频化、动态化、形象化的形式来提升教学内容的趣味性；采用归纳法、对比法教学与学习模式，引导学生自主思考、总结；同时将00 后善于使用的移动智能终端等工具嵌入到相应的环节中，充分利用在当今互联网和智能手机无处不在的时代00 后对移动智能终端的高度依赖性，如采用雨课堂进行课堂互动等。同时，结合学生的时代特征，全面考虑学生碎片的时间，充分发挥其主观能动性，积极利用慕课、行业网站等相关的在线资源，拓宽学生获得更多相关知识的渠道。

3.3 注重实效，以能为核，构建过程型评价体系

以学生的学习实效为目标，创新考核方式，改变“一考定成绩”的课程传统考核方式，综合线上、线下，作业、实验等过程性评价与期末考核，采用多角度多样化的过程性考核方式。具体在实践过程中，结合00后大学生个性特征，在改变教学模式和方法的基础上，为进一步发挥其学习主动性，利用雨课堂等互联网+教学平台，对每次项目化案例式教学过程中学生的表现痕迹——参与度、思政元素或原理体现、控制系统设计的创新性等内容和形式，结合教师的客观评价、学生自我主观评价，以及学生之间的互评作为考核依据，并将若干个项目化教学的成绩作为综合成绩的主体，综合考量学生在参与教学过程中的学习态度、创新能力、项目完成度、团队协作度等多元要素，进行多角度多样化评价。期末考核则是采用综合性、开放性和创新性融为一体的物流自动控制系统设计方案，作为综合成绩的辅助性评价。

4 结语

参与一流课程建设是响应国家教育部实施的“双万计划”的积极举措，是彰显课程建设、教学改革在高等教育培养经济社会发展所需高素质人才的重要性。作为实现德育育人和知识技能传授的重要载体，课程教学改革方兴未艾。针对“物流自动控制技术”课程的教学现状，结合00 后鲜明时代特征及课程特点，重构课程内容，采用虚拟仿真技术，应用项目化案例式的教学模式，同时融入“课程思政”，对“物流自动控制技术”课程的教学改革进行了探索，为提升教学效果提供参考，以期为培养社会发展所需高素质物流人才提供有益借鉴。