双PBL 模式在可编程控制技术教改中的探索与实践 

0 引言

立足新时代，走好新征程，教育应锚定为发展新质生产力、推动高质量发展急需人才的目标，培养高素质工程技术人才[1]。可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC，为现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，集三电（电控、电仪、电气传动控制）于一体，在工业自动化、智能制造中居核心地位。《可编程控制器》是一门比较传统工科类专业课。很多高校老师、学者都在探索改革该课程教学，使之更能适应新时代社会人才需求。新工科教改[2]、以学生为中心教学 [3]、混合模式教学 [4]、实验教学 [5] 及考核体系 [6]、卓越工程 [7]、OBE 理念 [8] 等等。但却没建立一套具体有效的项目驱动教学体系。学生对教学内容认识不清，实践过程中易“见机行事”，没能系统正确处理“内容多与学时少”、“教与学”、“学与用”等关系，学生学习难度大，影响教学效果。

在产业升级新常态的背景下，社会对学生专业技能要求越来越高，教学改革的重要性愈发凸显，加强教学改革探索和实践能力培养势在必行。基于此，双 PBL（Problem-Based Learning & Project-Based Learning），问题导向与项目驱动融合模式在PLC 课程中的教学改革探索与实践，是适应工程教育认证和新工科建设需求的重要尝试。

1 双PBL 模式教改方案设计

1.1 双 PBL 模式理念

双 PBL 模式构建课程目标与产业需求的映射关系，“以产业需求为引领、学科交叉融合”。双 PBL 模式通过问题与项目的双重驱动 ， 有效解决传统 PLC 教学中“重指令记忆、轻系统思维”的痛点，使学生的工程实践能力更贴合智能制造产业需求。

1.2 项目设计原则

双PBL 模式强调工程实践能力和系统思维培养。打破传统章节界限，以典型工程应用项目（如：物料分拣、机械手控制、产线控制等）为载体，将教学知识点融入项目任务中。PBL 项目设计应遵循几个原则：真实性；项目可源自企业案例、社会问题、科研课题等。发展性；项目设计应满足可持续发展、有进阶，基础模块→进阶模块→综合创新模块。交叉融合；整合多门课程知识（如PLC+ 传感技术+ 机电传动控制等）。阶段性；拆分“问题提出→需求分析→方案设计→模型搭建→测试迭代”阶段。2 双PBL 模式教学流程设计

双PBL 模式以产业需求为导向，以学生能力达成为核心，通过“问题导向- 项目驱动”体系，实施“项目- 能力”映射，确保课程目标达成。教学设计如图2 所示。

图2 双PBL 交叉融合流程

2.1 问题导向

双PBL 交叉融合模式强调以问题导向，通过探究式学习教学方法，引导学生发现问题、提出问题、分析问题以及解决问题。理论知识与实践操作紧密结合。学生在解决真实工业问题过程中学习和应用 PLC 知识，学有所用，从而实现知识的内化与技能的提升。以“基于 PLC 的厨余垃圾处理设备系统设计”项目为例。在教学中通过设计两个层次的问题，引导学生从浅入深、循序渐进学习和探索。

低阶层次问题关注基础知识，主要是 PLC 基本原理和操作方法。利用实验、实训平台等教学设施，设计基础实验任务，让学生在实验过程了解 PLC 基础知识。进而在实操中深入掌握 PLC 工作原理和编程方法，提升解决实际问题能力。前期侧重问题分解与知识建构。

例如在教学 PLC 结构及工作原理时引入厨余处理项目。参照教学大纲，将项目分解为功能要求、硬件电路、软件设计等实验任务。前期通过介绍电机控制原理， 学生思考如何利用 PLC 控制电机启、停等。在学习 PLC 结构原理过程中嵌入项目电路设计，引导学生思考如何选择 PLC 型号、计算 I/O 点数及端口分配。讲解系统调试时，引导如何利用软件开发及仿真调试，如何利用监视、变量修改、强制输出进行跟踪调试等等 [9]

高阶层次问题则注重 PLC 实际应用和创新能力培养。学生在实际案例中分析问题、查找资料、解决实际问题，充当实际操作者和决策者。在此过程中，需要综合运用 PLC 知识及相关技能，设计并实现控制系统。深入了解 PLC 在工业自动化中的应用，学为致用，注重问题深化及综合实践。

同样在厨余处理项目中，学生需搜集并分析国内外相关文献，结合行业标准和市场需求，明确系统的核心功能需求、技术路线及预期达到的性能指标。探讨设计细节，最终形成包括垃圾收集、破碎、干燥除臭、液体分离及资源化利用在内的完整处理流程，并制定详细设计方案。进而在 PLC 控制设计方面，深入学习博途（TIA Portal）等编程软件。掌握基本操作和调试技巧，并结合项目具体需求编写程序。根据系统的控制逻辑模块化设计，包括模式转换、启停、故障报警、状态监测以及参数调整等功能。

以问题为导向，通过对工程问题分析研究、查找相关资料、系统设计、撰写整理出最终报告过程，有效提升学生的工程认知水平和工程实践能力，创造性思维也得到了培养提升。问题导向的精髓在于发挥问题对学习过程的指导作用，调动学生主动性和积极性。

2.2 项目驱动

双 PBL 交叉融合，项目驱动学习。引入同样厨余垃圾处理实际项目。学生在具体实际情境、真实工作要求的项目中分组协作，经历“问题提出→需求分析→方案设计→硬件选型 / 配置→软件编程→仿真调试→动态联调→运行测试→学习报告”完整工程流程。

双 PBL 多层项目驱动。项目根据知识模块进行子任务分解，每个任务覆盖不同知识点，多个任务形成完整知识网络，保证知识的系统性与完整性。通过项目“穿针引线”，层层驱动。以项目问题为导向，引入项目驱动理论教学、实验实践、课程设计，多层驱动，活跃学生思维，强化理论联系实践，渐进巩固深化所学内容。

项目问题引领导向：结合课程教学内容和目标，以工程问题引领导向，项目驱动学习，构建双 PBL 混合教学模式，强化项目实施的全过程化意识，突显新工科产学研融合教学理念，启迪创新，提高创新能力和解决实际问题能力。

项目驱动理论教学：以工程项目驱动教学，将实际控制问题分解成典型控制电路，然后进行修改或拼凑，解决实际工程问题，学生体会该课程在日常生活中有着广泛应用。项目驱动理论教学在于发挥项目对学习过程的驱动作用，发挥学生主观能动性。正确处理“教与学”之间的关系。

项目驱动实验实践：实践教学目的在于培养学生实操能力及解决实际问题能力。结合教学大纲，将理论教学中的相同项目在实验实践上延伸验证，循序渐进，让学生用软件设计电气原理图，使用博途软件编程。编程时兼顾代码的模块化和可移植性设计，便于后续维护和升级。进而编译及仿真调试，并利用实验箱进行实物调试与验证，最终形成由理论到设计到仿真到实物的全链式开发流程。

项目驱动课程设计：课程设计是多层项目驱动教学过程中的关键环节，对教学效果产生直接影响。课设题目一定要紧扣教学内容，注重学生进阶能力培养。整合利用前期教学所用项目，并进一步拓展加深，如虚拟结合，组态等等。形成知识点覆盖面广、可操作性强、功能完善的课程设计任务。通过课程设计，进一步巩固理论和实践知识，形成完整知识体系。同时将优秀课设项目纳入到前期教学环节，使学生对 PLC 课程形成更加直观、形象的认知，反哺理论和实验环节，构成完整的闭环链条。

2.3 交叉融合

双 PBL 模式核心体现以学生为中心，集问题导向、项目驱动于一体，交叉融合 [10]。在教学实践中贯穿问题导向和项目驱动两条主线，交叉融合成设计、比赛或课题。培养学生综合分析，解决复杂工程问题的能力。

对于在 PLC 学习优异或对技术应用感兴趣的学生进行整合，成立兴趣小组或社团，组织参加相关学科竞赛，以赛促学。

甚至可加入到教师科研项目，科教融合。“科研 + 教学”模式助力高阶课堂教学，提高学生高阶学习能力及对科研的兴趣。

基于新工科理念，应用双PBL 法构建“以产业需求为引领、学科交叉融合”的项目式教学模式，贯穿教学过程中。2.4 评价与反馈机制

建立有效评价与反馈机制，对学生学习过程和成果进行及时、准确的评价和动态反馈。合理的考核评价模式和成绩评标准能有效带动学生积极性和学习热情，提高教学质量。

真正有效的评价与反馈机制应该是可塑综合评价，具有多元化、多维度。如表1 所示，成绩评价可包括专业、方法、社会、实践等多方面能力，根据权重大小调整权重系数。

表1 成绩评价

同时各项评价可进行维度细分递进，如对方法能力评价进行递进细分。精细分为方案选择、任务分解及方案评价等。既能体现学生实践能力，又能反映学创新能力。及时反馈和评价，学生同步了解学习进度和存在问题，调整学习策略，提高学习效果。另一方面，教师也可根据反馈和评价优化教学方法和内容，进一步提升学生学习兴趣和主动性。

2.5 实施效果分析

笔者近年来采用双 PBL 模式多层驱动教学，以真实项目问题为导向，以发现问题、探究问题、分析问题、解决问题的方式引导学生；以项目驱动理论教学、实验实践、课程设计多层驱动，活跃学生创新思维，理论结合实践，夯实基础。从简单小项目开始到复杂专业综合项目，将双 PBL 融合贯穿整个教学，培养学生整理归纳，综合分析和处理问题能力。表 2为实施效果对比分析，效果明显，学生专业能力与素养得到有效提升。

表2 实施效果对比分析

2.6 持续改进

双 PBL 模式在教改探索和实践中开始时面临诸多挑战，如项目设计时间长、初期学生动手能力差等不适应，教师工作量激增（教学安排，实验实践布置，项目设计等），需组建教学团队协作完成等问题。未来探索深化产学研协同，建立 PBL项目库，融入工业4.0 典型应用场景、搭建共享平台实现资源共享；探索利用AI 助教或自适应学习系统，基于学生操作数据推送个性化学习路径多种教学方式相结合等方面进行改进。还可探索“PLC+AI”跨学科项目，培养复合型人才等。

结语

双 PBL 模式在可编程控制技术教改中的探索与实践，关键在于真实问题导向、项目驱动、交叉融合。创新地将“教”与“学”的逻辑链进行重构，实现学生“知识→能力→素养”转化。更好地培养学生实践能力和创新思维，提高学生综合素质和就业竞争力。基于双 PBL 模式教改探索为应用型课程教改提供可复制范式。具有创新性和实践性，有助于推动教育的现代化和高质量发展。

参考文献：

[1] 王欣 ， 周晓杰 ， 黑龙 . 新工科背景下高校工程教育改革的基本策略 [J]. 黑龙江教育 （ 高教研究与评估 ），2019（11）：80-82.

[2] 任明月 ， 冯俊杰 ， 王艳红 ， 等 . 新工科背景下虚实结合的 PLC 原理及其应用课程教学改革与实践研究 [J]. 电脑知识与技术 ， 2024， 20 （06）： 178-180.

[3] 刘红梅. 新工科背景下电气控制与PLC 技术课程实验教学改革探索 [J]. 中国多媒体与网络教学学报（ 上旬刊），2024， （02）： 66-69.

[4]刘明，李言武. 以学生为中心的PLC课堂教学模式研究与实践 [J]. 邵阳学院学报（社会科学版）， 2024， 23 （01）：112-116.

[5] 周晓华 ， 王镇林 ， 班康丁 . 信息化环境下 PLC 编程课程线上线下混合式教学实践 [J]. 电子元器件与信息技术 ，2024， 8 （01）： 24-26.

[6] 姚 灵 灵 . “ 电 气 控 制 及 PLC” 课 程 教 学 改 革 研 究 [J]. 科 技 风 ， 2024， （20）： 109-111. DOI：10.19392/j.cnki.1671-7341.202420037.

[7] 邱学青 . 地方工科大学卓越工程人才培养“5I”新路径探析 [J]. 中国高等教育 ，2024，36（22）：4627-4636.

[8] 李孟倩，汪金花，韩秀丽 . 基于 OBE 理念的 PBL 教学法多元化考核方法探索— —以“遥感原理与应用”课程为例[J]. 黑龙江教育（理论与实践），2023（8）：1-5.

[9] 廖常初，《S7-1200 PLC 编程及应用》（ 第 2 版 ），机械工业出版社，2010 年 7 月

[10] 阎世梁， 路丹丹， 王银玲， 等. 面向学科交叉融合的综合性实训教学装置设计与教学实践 [J]. 实验室研究与探索 ， 2024， 43 （06）： 99-108. DOI：10.19927/j.cnki.syyt.2024.06.021.

作者简介：

王春鹏，男，高级工程师，研究方向：机电工程技术、测控系统集成应用王梓跃，男，大学本科，主要研究方向：机电工程技术、测控双PBL 模式在可编程控制技术教改中的探索与实践