机器人工程专业《电气控制与PLC控制技术》课程教学改革与实践

◇成都理工大学工程技术学院 牟如强 郑才国 李兴红

针对《电气控制与PLC控制技术》课程教学内容泛化、缺乏机器人专业特色、教学方式单一、学生被动学习、网络学习资源有限、课程考核方式不全面等问题，提出了精简式教学内容、融合式教学手段、嵌入式教学平台和综合式课程考核教学改革策略。通过课程实践，有效提高了课程理论、实践与创新教学效果。

《电气控制与PLC控制技术》是面向机器人工程等专业开设的一门理论与实践相结合的专业核心课程，是培养学生学习能力、自主创新能力、实践动手能力和工程应用能力的重要课程[1]。随着社会需求的动态变化，传统教学理念、教学方法、课程考核方式等难以满足需求。基于课程教学现状，以学生为教学主体，从教学内容、教学资源、教学方法等方面开展教学改革，取得了明显的效果[2-5]。为提高学生的实践与创新能力，梳理出与课程知识点高度契合且具有地方产业特色的工程案例，将其贯穿与整个教学过程中，使得学生综合能力得到明显提高[6]。基于新工科培养要求，通过实验内容优化、线上线下实验平台建设和项目化教学改革等举措[7-9]，显著提高学生的实践动手和创新能力。突破传统以期末考试为主的课程考核方法，调整考核形式、考核范围、考核指标，形成全过程考核方法[10-11]。

现有的教学改革教学效果明显，值得借鉴学习。然而，不同院校的软、硬件条件和培养目标侧重点不同，因此不能照搬使用。为此，结合我校该课程的教学现状，通过教学过程优化设计，将理论课与实验课紧密衔接，实现理实相融，形成符合我校机器人工程专业课程学习的教学改革方案，具有重要的研究意义。

1 课程存在问题

通过教学实践和总结发现，《电气控制与PLC控制技术》课程主要存在教学内容泛化、缺乏专业特色、教学方式单一、学生被动学习、网络学习资源有限、学生课外学习受限、课程考核方式不全面等亟待解决的问题。

1.1 教学内容泛化

课程知识点繁多，过渡依赖教材，未对教材内容进行筛选、优化和补充，将全部教材内容作为教学内容，导致教师讲解知识点快而不细、多而不精，学生难以接收、理解和掌握知识点。缺少机器人PLC控制系统教学内容，难以凸显机器人专业特色。

1.2 教学方式单一

课程理论教学和实践训练相辅相成，传统教学采用教师讲授+学生听的“开环式”教学方式，学生课堂参与度低、积极性差、教师不能及时掌握学生的学习情况，教学质量难以保证。实践教学采取“重复性项目”教学方式，学生依据实训指导书按部就班的完成PLC实训项目，学生缺乏独立思考，难以培养学生自主创新能力。

1.3 学习平台受限

专业培养方案改革，大量压缩课时，导致学生课堂学习时间有限。网络学习平台不完善，学生获取专业知识渠道不畅，无法有效利用课外时间对课程进行回顾和拓展，导致学习不深不透。

1.4 课程考核不尽合理

平时出勤和期末理论考试相结合的传统课程考核方式，导致很多学生不重视过程学习，为应付考试，在期末考试前突击复习，即使部分同学能顺利通过考试，但真正掌握课程专业知识和技能的学生屈指可数。

2 研究内容

课程理论知识涉及范围广、逻辑性强，实践教学与工程实际结合紧密，对于缺乏工程实践经验的学生而言，学习难度大，学生有恐学心理。同时，课时压缩，如何在有限的课时内，重构教学内容，丰富教学资源，改革教学方式和学生考核方案，激发学生的学习兴趣和学习主动性，培养具有扎实理论基础、解决工程实际能力的创新人才，是本课程教学改革要解决的重点问题。结合我校软、硬件条件和学生学习基础，以培养具有自主创新、综合能力、职业素养与工匠精神的自动控制领域应用型人才为导向，开展如下研究。

2.1 精简式教学内容

课程内容多、学时分配少，对教学内容做减法，实现高效教学。①根据企业需求，结合我校机器人工程专业人才培养方案和学情特点，删除教材中与机器人自动控制弱相关知识点。②补充与机器人相关的工程案例，如码垛机器人PLC控制系统、焊接机器人PLC控制系统等，打造具有机器人特色的教学内容。

2.2 融合式教学手段

融合多种教学方法，由“教师讲授+学生听”的传统“开环式”教学转变为“学生和教师互为主体”的“闭环式”教学。

（1）互动教学法。以工业机器人工作站“报警器”PLC控制程序设计为例，通过引导学生分析控制要求、分解控制功能、明确所需程序指令、形成清晰的设计思路，让学生快速理解和掌握对应的知识点。

（2）讲练结合教学法。针对诸如PLC指令系统和程序设计难度较大的知识点，讲完一条指令，立即安排课堂练习或实训实验，让学生在边学边练中深刻地领会所学知识，逐步提高学生学习能力和实践能力。

（3）多媒体融合教学法。PLC 程序设计信息量大、编程枯燥、程序结果不易于板书，课前制作好程序演示动画或视频，结合PPT图文进行教学，化繁为简，降低学习难度，提升学习质量。

（4）自主化项目教学法。参考企业项目制工作模式，将学生分成小组，选拔出组长、副组长、进行项目分工。以企业需求的工程应用能力为导向，发布与机器人控制相关的自主化实训任务，让学生通过团队协作，自主确定项目题目，分工完成项目方案设计、论证、实施、答辩和评价，使学生深刻理解和把握课程知识，培养学生实践能力、创新能力、团队协作能力和职业素养。

2.3 嵌入式教学平台

打破学习时间和地域的限制，建设《电气控制与PLC控制技术》在线课程数字化教学平台，给学生提供第二课堂。

（1）嵌入特色PLC课程教学视频、典型企业案例和我校学生关于机器人PLC控制系统设计的优秀作品，丰富学习资源，突破学习时间和地域的限制。

（2）重点开发集成课程预习、学习、练习、复习、讨论、评价、反馈的综合性课程模块，利用大数据技术动态追踪学生学习效果和存在问题，及时优化教学。

（3）引进宇龙仿真平台和TIA Portal仿真软件搭建PLC课程数字化仿真平台，让学生学习与企业同步的PLC控制技术，为学生能够快速融入就业岗位打下坚实的基础。

2.4 综合式课程考核

摒除教师与学生沟通不畅的问题，形成多维度全过程考核办法。

（1）在日常出勤、课后作业和理论考试的基础上，将学生课堂练习与互动情况、项目参与度和贡献度等指标纳入课程考核中。

（2）实行课程激励制度，将学生参加与课程相关的创新训练项目及学科竞赛，考取专业认证证书，撰写专利和发表论文，参加实习等作为课程考核的加分项。

（3）优化课程评分方式，采取“教师+学生匿名互评”的方式对学生主观学习内容进行评价。通过互评，让学生认识到脚踏实地、真抓实干的重要性。

3 课程教学效果提升

表1 教学效果提升明细

4 结束语

电气控制与PLC控制技术课程是机器人工程专业的一门核心课程，课程涉及电气控制和PLC控制两部分的内容，具有理论与实践相结合的特点，应用型较强。为提高学生学习效果，教学内容做减法，解决了教学内容与学时不匹配、教学内容同质化问题。教学方式做加法，创新融合教学方式，引导学生由被动学习转变为主动学习。教学平台做乘法，建设数字化平台，给学生提供第二课堂，有效解决学习时间和地理位置限制等问题，实现教学实践“倍增效应”。课程考核做除法，摒除师生沟通不畅、考核不全面等问题，全面激发学生的学习兴趣和学习潜能，以考促学、以评促能。通过课程改革与实践，有效提高了学生专业知识储备和实践技能，为社会培养更多具备自主创新、团队协作和职业素养的应用型人才奠定基础。