“電氣控制與PLC”精品課程建設的實踐研究

摘要：“電氣控制與PLC”是自動化及相關專業的專業課程，具有很強的實踐性和應用性。結合本課程的特點和培養目標，詳細分析了現階段教學中存在的問題。通過精品課程建設，對該課程的教學內容、教學方法和手段等方面進行教學改革，以此來促進學生創新意識的培養和實踐能力的提高。

關鍵詞：電氣控制與PLC；精品課程；教學改革

作者簡介：趙濤（1965-），男，江蘇豐縣人，南京工程學院自動化學院，教授；張永號（1962-），男，陜西西安人，南京工程學院自動化學院，副教授。（江蘇 南京 211167）

基金項目：本文系南京工程學院2011年精品課程（項目編號：JG201117）、南京工程學院教學改革項目（項目編號：JG201311）的研究成果。

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0101-02

“電氣控制與PLC”是將軟件知識和硬件電路設計融合的課程，具有很強的實踐性和應用性。課程涉及知識面較廣，不僅包括各種電器及PLC的介紹、PLC 程序編寫技能、電氣控制系統硬件電路的搭建能力和系統的調試技巧，還涵蓋了計算機和網絡方面的相關知識。[1，2]南京工程學院（以下簡稱“我校”）是以工為主，以數控技術及機械自動化裝備技術為特色的工程應用型本科院校，其自動化（數控技術）專業是江蘇省特色專業，專業設置的“電氣控制與PLC”課程于2011年通過校級精品課程建設立項。經過兩年的精品課程建設，課程組從課程體系與教學內容優化、教學方法和教學手段及實踐教學等多個環節進行了探索與實踐。[3]

一、電氣控制與PLC的應用現狀

近年來隨著計算機技術、電子技術的不斷發展，以PLC、現場總線、HMI及新型傳動驅動為技術特征的電氣控制系統在工廠自動化生產、機械自動化裝置等領域的應用程度不斷提高，這在客觀上增大了對電氣控制及PLC 應用人才的需求。南京工程學院自動化（數控技術）專業2009屆、2010屆畢業生就業量最多的前兩個行業分別是電氣設備制造業，其就業比例為23%；工業成套設備制造業，其就業比例為19%。就業量最大的前三個職業分別是：電氣工程技術員、電氣工程師、電氣技術員，共占就業比例為33%。[3]圖1給出了南京工程學院自動化專業2009屆、2010屆畢業生就業量最大的前三個職業的比例示意圖。

在對應用人才需求的同時，也對大學生在產品設計能力、產品維修能力及和技術創新能力等方面也提出了更高要求。但實際情況是，有較多的畢業生在這方面的能力比較欠缺，無法滿足用人單位的需求，形成了畢業生就業難，用人單位卻找不到適合人才的現象。這表明既往的教學在教學內容、課程考核體系及實習與實踐環節還存在改進之處；對培養工程應用人才所需要的學習方法、科學分析等基本工作能力培養方面還有不足。根據文獻[3]中教學最需要改進的地方可以發現，往屆的畢業生中比較多的人選擇調動學生學習興趣、實習和實踐環節及課程內容幾個方面。

鑒于上述存在的問題，課程組從“電氣控制與PLC”的課堂教學開始，以工程項目為載體，對課程教學進行改革，最大程度激發學生的學習熱情，培養學生的綜合實踐能力，以滿足社會對工程應用人才日益增長的要求。

二、課程體系與教學內容優化

課程體系是課程建設的核心，將直接影響人才培養質量。按照“重視基礎、反映現代、趨向前沿、綜合交叉”的課程建設與內容體系優化原則，把精品課程建設納入到整個專業教學的課程體系建設中，形成課程模塊，建立理論基礎、專業設計、專業標準和規范，及電氣控制與PLC的綜合設計實訓三位一體的教學體系。

教學內容以工程技術為導向，工程項目為載體，提高案例在教學中的比重。專業課的教學，知識面一定要寬，但不一定要非常深。因為教了西門子S7的200系列，還有300、400系列，學了三菱的FX，還有A系列、Q系列，此外還有其他廠家、其他型號的PLC。所以應當準確定位“電氣控制與PLC”課程在自動化專業人才培養過程中的地位和作用，正確處理該門課程建設與相關系列課程建設的關系，突出電氣控制與PLC的共性技術，強化基本理論體系，而削減那些孤立的、繁瑣的細節內容。確保課程教學內容的先進性，及時反映本學科領域的最新科研成果。

“電氣控制與PLC”為自動化學院的自動化專業兩個方向和測控技術與儀器專業學生共同的專業課程，在強調共性的同時，不能忽視三個專業（或方向）各自的特點，如針對自動化專業的學生，重點介紹自動化生產線、自動化生產裝備的電氣控制和PLC應用的內容，而對數控技術方向的學生突出數控機床的電氣控制，測控技術與儀器專業則加強針對PLC的現場總線控制方面內容。為此，根據不同專業方向，制訂了不同的教學大綱，理論學時、實驗學時及課程內容都有所不同。表1給出了我院自動化不同專業方向的電氣控制與PLC課程的教學與實驗教學的學時分配情況。

三、教學方法與教學手段改革

1.理論教學

課程建設主要圍繞培養學生的工程實踐能力和工程設計能力，在教學過程中，始終貫徹“基于工程技術，以工程項目為載體，理論與實踐相結合”的基本思路。整個教學過程有針對性的采用案例分析、啟發式、交互式、逆向式、分組討論和角色扮演等不同的教學方法，形成一套科學的教學、實踐體系。比如在分析一個復雜的電氣控制系統時，請多個同學扮演不同的電器，根據工況由學生表述該電器的動作狀態，所有同學都需要關注系統的工況，并實時做出反應，要求學生做到靈敏、準確、可靠。而在工程實例學習中，學生可以擔任工藝人員設計人員、施工人員和工程經理，這樣可以完成工藝要求、性能的提出、系統設計、安裝調式、進度和成本管理等工程項目的各環節。

在教學過程中突出學生主題意識，充分發揮學生的主觀能動性。一方面課堂所傳授的知識遠遠不能滿足實際需要，另一方面積極學習也是職業所需要基本工作能力。課程組通過學校精品課程教學網站，建立了較為全面的教學資源庫，包括主要的課件、試題庫、仿真模型及程序、典型電路、設計實例和工業自動相關網站的鏈接，為學生開辟了第二課堂。

2.實踐教學

“電氣控制與PLC 技術“是一門實踐性較強的技術專業課程，迫切需要將理論和實踐結合起來，并進一步加強實踐環節。文獻[4]指出我校自動化2009屆、2010屆平均有31%的學生認為實習和實踐環節不夠，其中75%的畢業生認為最需要加強專業實習。但由于客觀條件的限制，能為大學生提供專業對口的專業實習機會并不多。為此，課程組對照工程人才的標準，培養會設計、能分析的工程技術人員，并加強職業道德及社會責任感教育，依托我校和西門子公司共建的西門子先進自動化聯合示范實驗中心及學院的電氣控制與PLC、現場總線實驗室，建立了有課程實驗、課程設計、實習、畢業設計和大學生創新實驗等多層次多方面的實踐環節。

學生除了完成教學大綱要求的基本實驗外，根據不同的要求，還要完成課程設計、課程實習。課程組對課程設計與實習課題進行修訂，突出實用型，以工程項目為背景。在課程考核中，強調設計圖紙規范、清潔、整齊，圖形符號、文字符號和有關說明、標準符合國家有關制圖標準。比如，數控技術卓越班的同學要完成為期3周的課程實習，在課程實習階段要學習S7-300PLC的硬件組態、軟件編程，掌握觸摸屏和變頻器的應用，最后完成基于PLC、觸摸屏和變頻器的工程實踐設計。

此外，課程組還設計了電氣控制實驗裝置和基于PLC高速輸入口的溫度檢測、轉速檢測的PLC接口模塊，為學生提供了多層次的實訓平臺。圖2為學生自行開發的PLC實驗接口模塊原理圖，該模塊包括LM2596構成的DC-DC電路。將PLC的24V電源變換為5V，為模塊的其他電路提供電源；此外有AD590和LM331實現溫度檢測、信號調理及壓頻轉換，將溫度信號轉換為頻率信號提供給PLC高速計數口；由CD4511構成了譯碼鎖存電路，通過PLC的輸出口顯示檢測的數值。

課程組成員結合自身承擔的橫向課題，確定了多個和電氣控制相關的課題。以2012年為例，課程組老師指導與PLC相關的畢業設計課題32項。通過高度貼近實際工程的畢業設計，使學生可以從事電氣工作的能力大大提高，為他們以后的工作奠定了很好的基礎。

對部分學有余力的學生，還鼓勵他們參加大學生科技創新活動，學生可通過獨立選題、自由立項等方式申報可以創新項目。此外學校還定期舉辦PLC編程大賽。通過這些實踐教學，使學生樹立起正確的設計思想，掌握電氣控制與PLC設計的基本方法和技能，培養分析和解決問題及獨立設計的能力，訓練設計構思和創新能力。

四、結語

綜上所述，通過電氣控制與PLC精品課程的建設，完善和優化了教學內容，建立了比較豐富的教學資源庫，構建了多層次的實驗和實習的平臺，逐步形成了一個以基于以工程項目為載體的，以社會需求為導向的，以培養大學生生實踐能力、工程應用能力和創新意識為目的的教學與實驗體系。

參考文獻：

[1]王永華.現代電氣控制及PLC應用技術[M].北京：北京航空航天科技大學出版社，2010.

[2]侯世英，馮彩絨，孫韜.基于CDIO 的“可編程控制器應用技術”教學改革[J].電氣電子教學學報，2012，（34）：15-16，41.

[3]刁小燕，黃永紅.“PLC原理及應用”精品課程建設的探索[J].電氣電子教學學報，2012，35（3）：36-37.

[4]麥可思數據有限公司.南京工程學院自動化專業的社會需求與培養質量深度分析[R].2011.