地方院校機床電氣控制課程教學研究探析

黃 卉，程 順

(肇慶學院 a.電子信息與機電工程學院,b.計算機學院,廣東 肇慶 526061）

1 概述

機床電氣控制是機械設計制造及其自動化專業的主要專業課程,它涉及機械學、電子學、控制學、計算機技術等眾多學科,是高度綜合和交叉的專業技術課程.筆者通過調研和參加研討會等形式，了解到機床電氣控制課程在地方高校教學中主要存在以下問題：

1）機床電氣控制教材雖然種類繁多，但是教材的針對性不強.大部分教材對不同種類高校和不同培養目標往往未做區分，基礎理論知識詳略不當.現代科學技術發展迅速，新知識、新技術層出不窮，而很多教材知識陳舊，已難以跟上科技發展的步伐.

2）廣東部分地方高校受教學經費所限，在教學手段現代化方面還做得遠遠不夠，教學與實驗手段均比較單一.學生的主體作用在教學中常常被忽視，這使得機床電氣控制這門原本非常實用、有趣的課程，在實際教學中卻難以收到良好的教學效果，學生能力也得不到相應的提升.

3）理論與實踐教學相脫節，有些教學內容過于偏重理論教學，學生無法從中感受到理論知識對實踐的指導作用，這既影響學生的學習興趣，也影響其學習效果.

鑒于以上幾點，筆者從教學基本思想與原則、教學內容、教學方法等方面入手，探究機床電氣控制的教學改革問題.

2 地方高校機床電氣控制課程的教學指導思想與原則

教育部將我國大學劃分為3類：分別是研究型大學、研究教學綜合型大學和一般教學型大學.其中“985工程”和“211工程”這類國家重點高校為研究型大學，其他高校或者歸為綜合型大學，或者歸為教學型大學，地方高校歸類為教學型大學.研究型或綜合型大學的生源質量無疑會優于教學型地方高校，這2類院校學生的英語和數學基礎知識非常扎實；此外，研究型大學的學科門類齊全，科研力量強，科研水平高，對教學科研的資金投入大，而地方高校在這些方面完全無法與之相提并論.正因如此，地方院校與研究型大學在教學指導思想、教學內容和培養目標方面均有很大不同.地方院校如若照搬重點高校的教材，采用與重點高校類似的教學計劃，不切實際地讓學生一味加強理論知識的學習，則對于應用型人才的培養是極為不利的.

在對地方高校的教學指導思想有了正確認識之后，對其培養目標也必須有準確清晰的認識.研究型和綜合型高校主要培養研究型人才，其中很多學生將通過考研、考博繼續深造；而地方高校以培養應用型人才為主，需要適應社會和地方經濟建設對人才的需求，學生要掌握一定的基礎理論知識，學生對基礎知識的掌握應以必需和夠用為度，教師授課時對理論公式不做演繹性推導，教學以培養學生的工程設計能力和動手能力為主.

機床電氣控制課程的教學改革應以服務地方經濟和培養應用型高素質人才為主導思想，教師應根據目前的行業標準和實際所采用的技術組織教學,不能盲目拔高，也不能盲目照搬研究型大學的教學內容和教學方法.

基于以上指導思想，機床電氣控制課程應遵循以下教學原則：

1）課程教學中不對理論知識作深入探討，堅持以培養實踐能力為中心、以案例為導向的原則，讓學生在案例講解中學習掌握理論知識，講授理論知識以必需和讓學生夠用為指導思想.

2）教學中應突出學生的主體地位，建立“學做合一”的教學模式，對學生采取因材施教的方法，以促進其專業技能及關鍵能力的培養；此外，教師還可通過小課題、小設計、小制作激發學生的學習興趣，使之從被動學習轉變為主動學習.教師要改變傳統的“灌輸式”教學方式，積極探索和實施“以問題為中心”的自學討論法和引導歸納法，采用多種形式相結合的教學模式，構建以教師為主導、學生為主體的教育模式，著力培養學生的創造性思維及自主、持續學習的能力[1].

3）機床電氣控制課程教學難度較大，是一門實踐性很強的學科.該課程考核時應以學生的創新思維、設計觀念、方案可行性作為主要考核內容.理論考核所占比例為30%，實踐考核則占70%.

3 教學內容的調整

機床電氣控制課程涉及的知識面較廣,如果按照傳統的教學方法組織教學,學生普遍會感到較難理解并產生畏難情緒.為了使學生能較好地掌握相關理論知識和實踐操作技能,在教學改革過程中,選擇教學內容應根據各專業所對應工作領域對能力的要求進行取舍.保留與特定教學目標相關的部分,舍去無關部分,整合關系不密切的部分.

機床電氣控制課程包含2個部分：第1部分是繼電接觸控制原理與應用，介紹電器元件的結構與工作原理、基本控制環節、典型機床的控制線路分析和電氣控制線路的設計；第2部分是可編程控制器的原理與應用，介紹可編程控制器的工作原理、指令系統、梯形圖編制、典型系統的控制方式和可編程控制器控制系統的設計步驟等.2個部分中均涉及到典型系統的控制方式，對控制系統的工作原理介紹得比較詳細，但對具體實例中機床、設備的結構和工作原理介紹得較少.在維系知識結構系統性和完整性的前提條件下，不同專業在選擇具體案例時應注意結合本專業的特色，在教學大綱或教材使用說明中注明專業范圍內應理解、掌握并能應用的知識點.

根據機電一體化專業教學改革的需要，為了滿足我校的人才培養目標要求，我們對教學內容做了如下改革：

1）適當調整教材內容.教學內容要與時俱進，體現最新的科學知識，我們將教材中已過時的知識予以刪除，把與專業相關的新知識、新技術、新工藝、新方法及時補充進去，使教學內容能與時代發展同步.我們的具體做法如下：在教材的選擇上進行了調整，積極選用并自編含有最新PLC技術理論和實例的教材，采用了比較適合機械設計制造及其自動化專業學生學習的教材《工廠電氣與PLC控制技術》[2].在安排課程內容時，更偏重于PLC相關內容的講解，對機床電氣部分的內容予以弱化.所謂弱化是指可將一些基礎電路結合到實際機床電路分析中，這樣不僅可以節省課時，也便于學生更好地掌握機床電路的分析方法.針對工業企業生產自動化的現狀，我們選擇目前應用最廣泛且具有良好發展前景的三菱FX2N小型PLC、歐姆龍和西門子S7-200 PLC作為教學內容.

由圖6可知，發酵溫度對黃精酸奶稠度的影響較顯著，發酵溫度為42℃時酸奶的稠度最大；黃精酸奶堅實度的變化受發酵溫度的影響較小，變化不明顯，當42℃發酵溫度時黃精酸奶堅實度較高，試驗發現黃精酸奶的稠度受時間的影響較大，而堅實度的變化不明顯；且研究數據表明黃精酸奶的稠度和堅實度測量值與感官評分具有較好的相關性。李思寧等人[11]研究表明，發酵溫度在小范圍波動時對酸奶的質構影響不大，波動范圍大時則有較大的影響，黃強等人[12]的研究也發現隨著發酵溫度的升高，凝固型酸奶的硬度有增加趨勢，這與該試驗的研究結果相同。

我們還在教學中刪減了部分傳統接觸繼電器的控制內容，如20世紀六七十年代的機床電氣控制內容，增加了電力拖動基礎知識的介紹，還增加了機床電氣的安全性、可靠性等內容.編程器的相關內容已經過時，也予以刪除；拓展增加了PLC應用技術知識、聯網通訊協議、人機界面、組態王的應用等內容.

2）適當調整教學內容中理論教學與實踐教學的比例.增加實踐教學環節，突出應用性和實踐性.

本校采用的是三菱公司的FX2N-64MR型PLC進行教學，它與上位計算機通過RS232C進行連接,只要在計算機上運行Fxgpwin軟件，就可編輯、修改甚至監控程序的運行；然后再將PLC的輸入、輸出端子接到相應的電氣元件設備上（如按鈕、行程開關、電機），之后就可以進行調試了[3].傳統教學只重視理論教學，對實踐教學不夠重視，相應教學內容也偏少.例如：在繼電、接觸器控制部分教學中，教師僅講授控制電路原理分析及基本控制電路；在PLC應用部分則只講述PLC的結構和工作原理，PLC的指令系統、編程方法和PLC應用舉例等內容，有關位置安裝圖、電氣接線圖及其安裝、調試等工藝設計方面幾乎均未涉及.在進行課程教學改革后，我們適當增加了這些方面的內容，使理論教學與工程實際更加貼近，結合更加緊密.此外，為了使學生得到更好的工程實踐鍛煉，在完成PLC內容的教學及實訓工作，學生已基本掌握了PLC理論知識和編程技巧后，我們給學生安排約1周課時，讓其選擇容量適宜的PLC控制課題.這樣可以讓學生從PLC的使用、電氣系統原理設計、電氣元件選擇、安裝工藝、調試方法等各方面經歷一個完整的工程設計練習，接受成為一名工程師的基本素質訓練.采用理論與實踐相結合的教學方法，有助于畢業生走上工作崗位后能盡快適應實際工作的需要.

3）教學內容要注重實用性，要讓學生能看懂、能學會、能用上，不要拘泥于原有的條條框框，不盲目追求知識的結構性和系統性,教學中教師要適當減少理論公式的推導.

4 教學方法的改革和創新

在教學方法改革中，我們將多種教學手段綜合靈活運用，收效良好.

1）在課堂教學中，我們將實物展示、實驗與多媒體課件進行有機結合,以此幫助學生更好地理解機床電氣控制原理及機床的操作方法.

2）借助現代教育技術手段，幫助學生全面掌握教學內容，促使其將表面知識深化并轉化為“內存”，在潛移默化中培養學生分析和解決問題的能力.

在教學中，教師要注意將教學內容與學習情境相配合，可以實施的具體教學手段有課程多媒體教學課件、網上互動學習平臺、項目仿真實訓等.要充分利用多媒體技術能綜合處理和控制文字、聲音、圖形、圖像、動畫的能力，以靈活而多方位、立體化的方式將信息知識形象生動地展示給學生，以此激發學生的學習興趣，提升其想象力和創造力，力求收到良好的教學效果.我們還充分挖掘網絡資源的優勢，讓學生可以隨時隨地通過網絡完成課程學習和自評，這樣做突破了實訓室的局限性，擴大了教學時空；同時，我們還利用一些可模擬硬件PLC的仿真軟件，對PLC程序進行離線仿真與調試.多媒體為建立理論教學與計算機模擬仿真、驗證實驗與綜合設計相結合的多維PLC教學新體系創立了條件，能更好地滿足學生的求知欲望，也為學生提供了更多的實踐機會.機床電氣控制的教學不僅要有理論知識的講解，更重要的是要開啟學生的思維，使學生能有意識、有目的地進行思考和感知.

3）強化實踐教學，提高學生的實踐動手能力.我們在教學改革中明確了新的教學思路，優化了教學實驗大綱，讓學生通過基本實驗掌握一些基本技能，獲得對知識的感性認識.安排的具體實驗見表1.

表1 基本實驗一覽表

4）在教學中積極采用案例教學法組織教學.案例教學法是一種引導學生對案例進行學習、分析、討論，從而培養學生分析問題和解決問題能力的教學方法.

在每次上課前，教師應針對不同的工業設計要求學生查閱資料，對不同學生的方案分別進行講評，點評時穿插基礎理論知識，使學生能在設計中學會知識.例如：讓學生采用可編程控制器設計電梯線路時，學生編制出多種指令程序.教師可讓學生驗證各自的程序，發現其程序的優與劣.教師將學生的答案進行集中求同處理，從程序實施難易程度、運行時間、可靠性等方面，得到不同角度的最優方案.這樣有利于提高學生的思維能力和靈活運用所學知識的能力，不斷提高教學質量和教學效果.

在實際教學中，筆者將每個課程設計題目作為一個案例.每個課程設計題目占用1周時間，在綜合考慮工程實用性和難易程度的情況下，筆者精心編制了課程設計題目（見表2），悉心指導學生編程并調試程序，協助學生最終完成設計，有效提升了學生的工程設計能力.

5 結語

一門課程的教學改革是一個綜合性課題，涉及師資力量的建設、教輔人員的配備、實驗儀器設備和教學環境建設等諸多因素，這些還有待在今后的教學工作中進一步研究.

根據肇慶學院“機電一體化”的專業人才培養目標，幾年來通過對教學基本思想和原則的修正，以及對教學內容和方法的改革，教學改革已經取得了初步成效.學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計能力、團隊協作能力和創新能力均得到不同程度的提高，學生的學習興趣和教師的教學水平也得以提升.

[1]郭貴中.機床電氣與PLC課程教學中的問題與對策[J].吉林省教育學院學報,2012(6):35-36.

[2]張振國,方承遠.工廠電氣與PLC控制技術[M].4版.北京:機械工業出版社,2011:55-60.

[3]田瑞庭.可編程序控制應用技術[M].北京:機械工業出版社,1994:102-104.