項目教學法在電氣控制及PLC中的應用

摘要：介紹引進典型電氣控制項目“節能環保中水回用水處理廠智能控制系統”來輔助電氣控制及PLC項目教學的開展，以實際工程項目為基礎來設計教學模塊、開展教學，使電氣控制及PLC中的應用課程的絕大多數知識點都能在該項目中得以體現和應用，學生感受真實項目、學以致用，同時項目具有綜合性，鍛煉學生項目設計能力，提高綜合素質，教學效果良好。

關鍵詞：電氣控制及PLC；項目教學；教學效果

作者簡介：孔德彭（1976-），男，河南唐河人，浙江工業大學教育科學與技術學院，講師。（浙江 杭州 310014）孔德輝（1978-），女，河南唐河人，河南省唐河縣祁儀鄉第一初級中學，中二。（河南 唐河 473413）

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）24-0050-02電氣控制及PLC應用課程是電氣控制及自動化專業的主干課程，其內容與工程應用緊密結合，在工業自動化控制、智能儀器儀表、精密加工、數控機床以及機電一體化技術等領域中得到日益廣泛的應用。本課程是浙江工業大學（我校）電氣工程及自動化教育專業和機械工程及自動化教育的專業必修課。通過本課程的學習，除了讓學生學習電氣控制和可編程控制器應用技術基本知識外，還以提高學生的素質和全面能力為宗旨。具體教學要求是熟悉常用低壓電器的結構、工作原理、特性及應用，掌握繼電接觸器控制系統基本分析和設計能力，掌握典型電氣控制電路的分析和設計方法，掌握可編程控制器的工作原理及結構特點，熟練掌握基本邏輯指令的應用，掌握步進順控指令編程方法及應用，了解PLC網絡及通訊基本知識，繼電接觸器控制系統基本分析能力，特別是掌握典型電氣控制電路的分析能力，重點是S7-224/S7-300可編程序控制器的編程技術、通信模式及調試技巧。

項目教學是以項目實施為主線有效組織理論和實踐知識，師生共同實施并完成一個“項目”為主要學習方式的教學活動，[1]是建立在建構主義[2]和情景學習理論基礎上體現行動導向教育理念的教學方法，將傳授知識為主的傳統教學轉變為以完成項目、職業體驗和解決問題為主的多維互動式的教學模式，在職業教育的專業課程教學中得到越來越廣泛的應用。[3]通過項目實施過程，讓學生學習必要的理論知識及掌握必備的專業技能，突出知識的學習服務于職業能力的建構。[4]

一、電氣控制及PLC應用項目教學模塊

實施項目教學，項目的選取要具有典型性、代表性和全面性，[5]以往的教學選取的項目經常基于小項目來教學，僅能說明一個知識點或某個問題，綜合知識無法體現，這樣各知識點之間彼此孤立，章節的聯系比較匱乏，彼此的知識點無法連貫，邏輯關系無法得到梳理，不能對學生的綜合能力進行鍛煉。然而學生畢業后往往面對的是比較綜合的工程項目，而他們的知識結構是孤立的，面對綜合設計一個項目不知道從何處下手，尤其是既需要分析、設計又要安裝調試的復雜的項目無從下手了。學生不能立即投入到生產實踐中，無奈還要從頭學起。

基于以上的問題，在展開項目教學法實施過程中，選取一個比較綜合典型的真實項目——節能環保中水回用水處理廠智能控制系統來進行教學設計。參照教學大綱和緊扣教材內容，根據項目組成設計以下主要教學模塊：（1）項目教學實施前準備工作及模擬招投標介紹；（2）中水回用水廠供配電介紹及用電安全；（3）中水回用水廠的用到的低壓電器設備教學及知識點學習；（4）提升泵房、反沖濾池、加礬加氯、送水泵房儀器儀表的電氣控制原理圖、元器件布置圖及施工圖紙設計；（5）提升泵、鼓風機、反沖泵、送水泵的不同啟動形式設計；（6）S7-200（含7個從站）和S7-300（含2個主站）PLC設計及編程；（7）主站PLC與各從站的Proface-Bus及中控制室的通信實現；（8）主站PLC觸摸屏編程及中控室的主機系統組態；（9）整個中水回用系統與Intenet通信；（10）項目的竣工及驗收—課程總結。隨著自動化生產的發展，該課程涉及到許多新知識、新技術領域。我們以加強實踐教學為突破口，以創新為契機，構建以項目為載體的理論實踐一體化教學模式，符合技術師范本科專業的培養特點和定位，既要具備工程性，又要具備師范性，通過課程和專業訓練使學生成為具有“講師”、“工程師”等知識和能力結構的“雙師型”人才。

二、項目教學設計

1.項目教學設計

（1）選擇合適的配套教材。我們將電氣工程及自動化教育和機械工程及自動化教育的專業崗位對電氣方面的知識和技能需求為目標，以就業單位人才需要為基準，結合技術師范培養標準選擇教材。以現行主流PLC為參考，以必需、實用知識為主，加強學生電氣控制技能的培養，教材的內容包括常用低壓控制電器、電氣控制線路的基本原則和基本環節、可編程控制器基礎、S7-200PLC的系統配置及質量系統、SETP7-Micro/WIN32編程軟件、S7-300和S7-400PLC系統配置與編程及通信及網絡等；[5-6]被選取的項目與教材結合緊密，涵蓋的知識比較吻合，也是現在自動化行業及大學競賽的主流技術。[7-8]

（2）項目實施前，先完成模擬投標及中標過程，讓學生明白項目實施過程中必經的流程和步驟，體會真實項目的投標中標和方案實施的過程。標書設計就是按項目模塊來分類，每進行一個模塊就是完成標書方案中的一部分。

（3）項目教學模塊借助組態軟件給出系統結構組態圖，標出了每個模塊應完成的項目任務，根據模塊工作量和知識的多少合理安排課時。每個模塊預先提出問題，讓學生先思考，鼓勵學生發揮與創新，根據學生人數，恰當分組，每組模擬為一個施工團隊，選出隊長，由其對整個組的人員進行協調分工，課前每組先設計一套實施項目模塊的方案，課間展開討論，老師甄別或指出最佳方案及實施方法，課后留給學生擴展的空間。

（4）對要完成的項目教學任務要提出具體要求。如基本的工廠供配電；常用的低壓電器；基本的電氣控制及啟動方式；電氣原理圖、元器件圖、施工圖繪制；PLC編程、通信、組態等。課后要求學生提交項目教學實訓報告，電子圖紙，學生團隊自己評價，教師講評驗收。

（5）師生共要明確項目教學過程中要重點鍛煉和加強的知識點。力求既全面又重點突出，能最大限度的鍛煉技能；對于項目實施過程中可能遇到的難點，要及時為學生重點講解及輔助突破。

（6）每個項目模塊怎么實施，什么時間實施計劃要詳盡、人員分工要明確。幫助學生完成各個項目模塊的實施內容及計劃表，開學二周制定好計劃，同時要及時拓展學生視野，項目團隊制定良好激勵機制和完善的管理制度，立爭協調高效的完成項目任務。

三、項目教學具體實施

（1）在理論教學中，引導學生運用電機拖動及自動控制原理的基礎知識，分析PLC專業課程編程內容，強化閉環控制模型知識的掌握，使學生能在項目實施過程中體會PLC的智能控制思路。

（2）強化實踐教學，以實際的節能環保中水回用水廠電氣設備的基本功能、結構組成及電路工作原理的分析為重點，讓學生學會分析復雜的實際電氣設備的工作原理，具備識讀電路圖、繪制電路圖、設計電路圖的能力。在此基礎上培養學生安裝、調試、維修及維護自動化常用電氣設備的能力。對重點應用知識在實訓室訓練，學生自評，教師嚴格考評，直到達到教學目標為止。

（3）教師將自動化現場實際搜集的智能電氣設備及相關資料補充到課堂中，并從網絡搜索相關智能電氣控制系統新技術，利用組態軟件做成展示項目，利用虛擬現實技術展示工程項目的技術細節，如煤礦絞車提升系統、遠程恒壓供水系統、電廠脫硫智能控制系統等，使學生直觀、方便地學到先進的專業技術知識。

（4）將計算機輔助軟件的使用引入教學中，如Pro/e繪制電氣原理圖，SETP7-Micro/WIN32編程軟件、組態6.53的使用、GP-2500觸摸屏的軟件編程等，使學生既學到知識的理論知識也拓展了知識面，使他們明白現代化的電氣控制系統是很多先進技術協調服務和集成的綜合效果。

四、教學考評方法

（1）設置學生自我評價機制，其包括學生自我評分，也包括組長對每個成員的打分。

（2）設計項目教學驗收表格，細化子項目注意事項的考評。

（3）每人必須對項目調試通過，并撰寫實驗報告。

（4）考評計入平時成績，同時加大該項考核在總成績的比重。

五、項目教學效果

實踐證明，整體性項目教學法的設計能加強學生綜合能力素質的培養，提高專業課教學效率，更重要就是通過該項目教學法的實施，可以有效鍛煉學生的總體能力素質的培養，在課程學習期間就獲得了解決實際工程項目的真實經驗，打破實踐與教學脫離的尷尬局面，幫助學生走出困境。項目教學法實施兩年來，學生具備申報國家級大學生創新項目的能力，并能參與到具體項目設計和施工中，而且畢業生特別受用人單位青睞。

參考文獻：

[1]劉溫暖.項目教學法在煤礦電工學課程中的應用[J].中國職業技術教育，2009，(14):61-64.

[2]陳旭輝，張榮勝.項目教學的項目開發、教學設計及其應用[J].中國職業技術教育，2009，(8):59-61.

[3]李玉斌.現代教育技術實用教程[M].北京:高等教育出版社，2006.

[4]劉曉敏.高職教育教學評價的現狀問題與對策研究[J].中國職業技術教育，2005，(11).

[5]廖常初.可編程控制器應用技術[M].重慶:重慶大學出版社，1992.

[6]杜金城.電氣變頻調速設計技術[M].北京:中國電力出版社，2001.

[7]孔德鵬，廖家平.S7-200 PLC在中水回用氣水反沖洗DA型濾池中的應用[J].電氣應用，2005，24(6):29-32.

[8]廖家平，孔德鵬.煤礦提升絞車自控系統設計[J].電工技術，2005，

(3):27-29.

（責任編輯：劉麗娜）