留学生PLC控制与编程线上教学实践

           潘盛湖 ，吕志忠， 谢 冲， 郑华林 ，胡 腾 

(西南石油大学机电工程学院，四川 成都 610500)

【摘  要】由于新冠肺炎疫情，绝大多数外国留学生无法返校学习，且各个国家留学生基础、文化、逻辑思维等差异较大，给PLC控制与编程课程在线教学带来了很大挑战。本文对PLC控制与编程课程教学内容进行分析，根据留学生在线学习的特点进行教学设计，采用图示引入、视频引入、现场习题等多种教学方法，取得了较好的教学效果，为今后留学生在线教学提供了参考，同时有效提升留学生理论联系实际的能力。

【关键词】 PLC；在线教学；教学设计；教学方法

【基金项目】2018-2020年度四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目：创新创业教育模式下机电专业教学改革研究（JG2018-427）。

【作者简介】潘盛湖 (1982-)，男，贵州天柱人，博士，西南石油大学机电工程学院教师，讲师[通信作者]，主要从事机械电子工程相关教学研究。

[中图分类号]G642.0   [文献标识码]A 

1、引言

随着我国高校教育逐渐与国际接轨，赴国内学习的留学生数量越来越多。西南石油大学留学生数量也逐年增加，生源主要来自于一带一路沿线国家，如巴基斯坦、印度、肯尼亚、阿尔巴尼亚等国家。由于国家间文化差异，教学水平不同，导致各个国家留学生基础、文化、逻辑思维等差异较大^[1]。采用跟我国学生相同的教学方法时，效果不好。特别随着疫情爆发，国际留学生无法返校学习，给在线教学提出了更高挑战。笔者多年来一直承担机械工程专业留学生《PLC控制与编程》课程的教学工作，在充分考虑留学生文化背景、学习基础、逻辑思维的基础上，结合线上教学的要求，对教学过程进行设计，在教学过程中采用图示引入、视频引入、现场习题等多种教学方法，效果较为明显。现将本课程的教学过程进行总结，以便为今后的类似留学生教学工作提供参考。

2、教学设计

2.1 教学内容设计

2.1.1 教学内容规划

对本课程教学内容进行流程设计，把教学内容固定在“场景展示+PLC概述+PLC结构+PLC外围硬件接口+PLC程序”几个主要教学模块^[2]。内容上承上启下，相互支撑，教学内容主线为：①通过视频、图片等方式，展示PLC工作的工业现场场景。场景主要是制造生产线场景，PLC过程控制场景，单设备PLC应用场景，PLC控制系统组装场景等等。②在理解应用场景基础上，掌握什么是PLC。展示PLC结构、组成，展示PCL与普通PC的区别，展示当前计算机、电子技术发展与PLC发展的联系，展示设计人员如何应用PLC进行工业控制等。③如何来组建PLC或PLC系统。包括怎样选择PLC，怎样组件PLC，怎样进行PLC系统设计等等。④PLC如何与外围设备连接，形成控制系统。展示PLC外围电路设计场景，展示PLC外围电路连接场景，展示PLC系统现场调试工作场景等等。⑤PLC控制系统怎样编制程序来驱动。展示编程环境，程序下载应用场景，技术人员进行程序调试与修改场景。根据以上主线，将教学知识点进行细分，形成一条知识点链路。知识点和包含的内容和对应关系如图1 所示。

图1  知识点链路图

知识点链路图主线为展示PLC结构、组成，展示PCL与普通PC的区别，给出当前计算机、电子技术发展与PLC发展的联系，展示设计人员如何应用PLC进行工业控制等。

2.1.2 教材内容建设

教材是教学过程中必不可少的参考资料，是引导教师做好教学设计以及学生做好学习规划的依据。目前，《PLC控制与编程》课程的全英文教材或者是中英文混编教材，几乎没有，给留学生教学带来了很大困难^[2]。因此，必须参考国内外相关PLC类技术参考书，整理编制符合教学要求的参考教材。①搜集国内外PLC应用相关的电子书籍，分析其中内容的可用性，进行针对性选择；将中文内容描述，翻译转换成中英文双语描述方式，便于应用。②搜集PLC品牌厂商的使用说明书，截取有用内容，进行适当加工整理、翻译。③网络上搜集PLC图片、PLC应用场景图片、PLC设计过程图片等，增加文字表述，翻译与整理。④网络上搜集PLC学习相关习题、试卷题库等，对习题内容进行重新筛选与重构，进行文字翻译与整理。⑤将搜集整理内容，按照教材要求整理成教学讲义，形成教学使用教材。

2.2 教学方法设计

2.2.1 课堂引入方式

教学中发现，大多数留学生对课程学习方式与国内学生区别很大。留学生对工科基础课程知识掌握程度偏弱，对课程内容以感性理解为主，逻辑推理能力偏弱^[3]。针对以上差异，本课程在授课时采用“场景引入式”教学模式，激发留学生的学习兴趣，便于学生理解关键知识点内容。

    场景是指在通过视觉认知而产生的有关事物的整体形象。人在感知客观事物时，一般是将客观事物作为一个统一整体来认识，所谓感知的整体性。场景引入法就是试图通过运用图片、视频、装置等，给学生展示一个PLC及其应用场景整体，创建一个直观视觉效果来帮助学生理解，领会PLC系统的含义。具体的操作方法是：（1）场景构思，根据各个知识点内容，结合将所要讲授的知识,加工出一个合适的视频或图片组。例如，构思PLC应用场景时，其组合可以为：①5分钟左右视频展示一个汽车装配车间众多设备协同工作的场景；②10张左右图片展示PLC在交通灯控制的场景；③2分钟左右视频展示PLC控制系统或者PLC控制柜的设计、组装过程场景。（2）场景境呈现，在讲授内容前，将所设计的场景用视频、图片等方式呈现出来，或者在讲述某一知识点过程中，以适当的方式呈现出来。场景呈现，可以采用由面到点的方式进行，便于学生先建立宏观概念，再有针对性进入PLC相关课程细节学习。（3）由场景导入授课课题。如“PLC 输入电路”知识点的引入设计：①展示“PLC控制外部电路连接”的画面或视频。②提问：“PLC控制电路包含哪两个部分？每个部分电路连接哪些外部设备？”，学生回答后，进行总结分析，引入到讲授知识点当中。

2.2.2 课堂授课方式

（1）PPT课件设计模式

①整理现有中文 PPT 课件，补充收集PPT 课件和素材；②中文材料翻译成英文材料；③精简和优化教学内容，按照PLC概述4学时、PLC硬件电路设计 12 学时、PLC程序设计 12 学时来组织教学课件；④课件内容需要引入大量图片、动画或视频。

（2）讲授模式

课堂引导式讨论教学模式的开展。①放映讲授知识点相关视频和图片，提出思考或者需要讨论的问题，留2-3分钟让学生进行分析和思考。②让学生分析讲解与讨论、发表自己观点，拓宽留学生的知识面与认知能力。学生积极参与讨论，体现不同的知识背景和思维逻辑，取得了非常好的效果。③采用综合应用案例讲解与分析、知识点回顾、随堂测试题公开讨论等多样化互动式教学模式，提高学生主动学习的兴趣。

（3）全英文授课

全英文授课，对教师英语流畅性是一个很大考验，大多数情况下很难像讲中文一样进行讲授。对教师专业水平与语言的要求^[3]。教师是课堂学习的引导 者与组织者，知识传播的整体目标能否达成不仅取决于学生，更与教师的授课效果息息相关。留学生多来自于发展中国家，所接受的教育模式各异，课堂上更愿意与教师交流。①多备课，对授课内容要非常熟悉，顺手拈来；要准备书面教学设计资料，关键内容要中英文双语标识；多练习，以提高课程专业词句的英文表达能力；②在课件中，标注必要的标题指引，表达的逻辑指引，便于引导自己进行英文表述；③对学生提出的问题，结合图形展示进行解释说明。④适当关注不同国家留学生的文化宗教和禁忌，避免产生语言上的误会。

2.2.3 习题操作方式

留学生偏向于感性学习和动手实践学习。因此，课程习题结构按照“常规描述性习题+图片引导式习题+综合设计型习题”进行设计。有意识地培养学生从“常规逻辑+场景分析+设计思维”进行习题作答，以获得不同的能力锻炼，如图2。

图2  习题设计

习题开展，采用“课堂现场习题+课后思考分析+分组讨论”相结合方式。注重从“学”到“用”的转化。

2.3 课程实验

课程实践性很强，实验项目上采用“演示型+综合型”相搭配方式，按照“先展示，后设计，再动手实现”的顺序进行^[4]。

①提前讲解，提前进行试验准备，熟悉实验设备。首先讲解实验内容，一般是怎样实验可以获得预期结果；其次对实验设备、仪器进行说明，包括怎样使用仪器，使用过程的安全注意事项等。必要时，可以安排答疑，保证学生能正常操作实验设备。②学生必须独立完成实验，将所学课程知识应用于实验中，进一步巩固课堂知识。主要包括：学生必须独立进行试验方案设计，独立进行PLC试验过程电路接线和检查，独立进行试验用PLC程序编制与调试，独立进行数据记录、分析、总结等。③要求学生整理实验数据及过程中发生的现象，对实验结果做分析总结，得出实验结果，提出改善建议^[5]。

3、课程考核

留学生知识背景和基础知识各异，与国内学生相比，还有一定差距，所以考核要求和方法不能沿用国内学生考核方式。课程考核以教学的课堂考核为主，期末考核为辅的原则，便于因材施教，激发留学生的学习热情，促进学生更好地掌握课程知识^[6]。

《PLC控制与编程》的课程考核采用如下模式：平时成绩，主要根据学生在课堂上讨论、回答问题等表现进行评定，占30%；课程学习小论文，根据本课程所学知识，分析总结相关技术要点和应用，结合论文质量进行评分，占30%；卷面理论考试，占40%。课程考核的比重分布为：教学过程学习占60%，能够有效反映学生学习过程质量；教学理论学习与应用占40%，反映学生对知识掌握程度和知识点应用的能力。

4、结果与成效

该课程教学改变过去单一的讲授模式，从教学内容入手，对教学过程控制进行全面优化，对教学方式进行改革，充分调动了留学生的学习兴趣，取得了较好的效果：

（1）学生成绩逐渐向好，如表1。2016 级由于时间仓促，未进行教学模式优化，2017 级和2018 级开始进行教学过程优化。结果反映，2017 级和2018 级学生的成绩显著提高，取得较好的效果。

表1 教学结果统计  

（2）学生能够将本课程知识应用在各类学科竞赛并多次次获奖，一共获奖14 项。为今后工作打下良好基础。

（3）在即将毕业时，2016级4名学生主动联系，表示希望留在中国工作，请求笔者推荐他们到相关企业从事PLC机电控制相关工作，2名学生表示愿意参加PLC应用相关的科研项目，并申请留校攻读硕士学位。

5、结束语

经过近3年以来对《PLC控制与编程》课程的教学过程优化，进一步找准了在留学生教学方向，取得了较好的效果。但是，后续还有一些问题需要持续进行革新，比如，如何进一步调动留学生学习积极性、如何提高师生双方语言交流水平等。今后继续大胆革新和尝试，进一步优化本课程教学过程和教学方法。今后可以从以下几个方面进行优化：

（1）在疫情期间，由于课程安排的特殊性，主要采用线上教学为主，线上教学中，内容信息量大，偏向于学生主观学习。今后，为拓宽学生对PLC控制与编程课程学习的深度与广度，建立并完善本课程的网络学习网站，将教学内容、教学课件、拓展知识、习题、实验内容等置于网络网站中。教学采用“线上学习+线下课堂”相结合的方式进行，既保证教学内容的连贯性和引导性，又充分发挥学生学习的主动性和积极性，拓宽学生学习的广度和深度。②积极探索线上课程建设，规划线上教学内容，录制线上教学视频，建设线上教学平台，不断结合国内其他高校线上教学平台建设和线上教学成果，丰富和完善线上教学内容。③进一步优化课堂教学内容，丰富教学素材，更多地引入其它场景展示方式，如虚拟场景、虚拟操作等，不断激发学生在课堂上的学习兴趣。

[参考文献]

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[2]黄海龙, 曾 红等.PLC控制技术课程改革的研究与实践[J].辽宁工业大学学报(社会科学版)，2018(20)：111-113.

[3]朱媛.基于学生创新素质培养的《机床电气控制与PLC》课程改革研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2009（4）：100.

[4]张婕，李浙昆，吴涛．可编程控制器虚拟实验教学的研究[J]. 实验室研究与探索，2009(9)：77-79．

[5]孙秀娟，刘法胜，COLLIEＲ M，等．单片机双语教学课程建设的实践探索[J].电气电子教学学报，2010，32( 4) : 106－109．

[6]杨海亮．PLC 教学实验方法研究[J]．实验室科学，2015(25)：88-89,93