電氣控制技術與PLC課程教學改革研究

摘要：分析了電氣控制技術與可編程控制器（PLC）課程的重要性和特點。針對該課程傳統教學存在的不足，分理論、實踐兩個教學環節進行了分析與改革。提出采用案例式與移動式實驗教學方式來提高學生學習的主動性和創造性的教學改革方法。從教學效果來看，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：電氣控制與PLC；實踐改革；案例式教學；移動式實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0033-02

多年來，高等教育工作者們一直在尋求適合于我們國家大學生的教學模式。不論是理論教學還是實踐教學都存在著學生眾多，而師資薄弱，實驗設備不足和更新不及時等多方面的問題，尤以理工類院校為甚。近年來，從國家教育司到地方政府都對學科建設提出了更高的要求，也進行了大量的資金投入[1-2]。“電氣控制技術與PLC”這門課是控制學科中必不可少的一門課。它是工業控制中的控制器，控制器的選擇與相關電路的設計一直是控制系統設計中非常重要的環節，也是控制工程中決定系統工作性能是否良好的一個非常關鍵的因素，其硬件與軟件設計良好與否會直接影響控制任務的實現情況。PLC自20世紀70年代出現以來，以其無以比擬的可靠性在工業控制系統設計中一直受到各大工程師們的親睞，因此掌握這門實踐性很強的專業課程對控制學科方向的學生來說是非常必要的。

PLC技術的發展更新快，涉及內容廣，強調軟硬件配合并且與實踐聯系緊密。如何充分調動學生的學習積極性，采用互動案例式理論教學方法以及移動式的實踐教學理念，以培養學生主動思考問題和動手解決問題能力，全面提高課程的教學質量和效果，為學生今后學習就業及培養工程實踐能力和創新能力的高級工程技術人才，打下堅實的基礎。

一、專業培養要求和傳統教學方法

1.專業培養要求

電氣控制技術與PLC是自動化專業和電氣工程及其自動化專業的主要專業課[3]，為必修課。為配合專業教學，另加設有課程設計。通過本課程的學習，使學生具備電氣控制與PLC技術的基礎知識和基本技能，建立完整的電氣控制系統的概念。能夠熟練地分析電氣控制電路，并排除電氣電路故障。能夠熟練地選用合適的PLC型號，進行外圍電路設計，并進行PLC程序編制，從而進行一般電氣控制設備的PLC改造，完成所承擔的控制任務。

2.傳統的教學方法及不足

傳統的教學方法大多是老師為主動的，學生被動的[4-5]。主要由于：1）教學方法主要采用課堂講授的方法，在課堂上，從大學物理講到電路，又從電路講到控制理論，總想代替學生完成思考，教師總覺得教學時間偏少而教學內容太多。這樣造成老師每次講課很累，學生依舊云里霧里。在教學的過程中學生沒有參與進來，老師也忽視了學生的主動性和積極性的調動[4]，教學效果欠佳。2）教學大綱的教學重點在于線路與程序的理論邏輯設計，考查方式也是重理論，輕實驗。另外，學校的實驗設備投入明顯滯后于教學要求，有些實驗往往沒辦法開設。實踐環節不考核，也不計入考試成績，因此造成學生的不重視。因此實踐教學環節的改革尤為重要。

二、理論教學改革的方法及實現

電氣控制技術與PLC這門課工程應用特點較強，因此只要確定一個良好的教學指導大綱，教師以工程實例為導向的理論講授和學生以實驗和課程設計為實訓的實踐自主學習相結合，讓理論教學服務于實踐教學，同時改革理論與實驗的教學方法，在教學過程中老師要注重引導與培養學生的學習興趣。引導學生主動去學習，以提高教學效果。

1.啟發互動式教學方式，引導學生學習興趣

計算機和網絡的發明改變了人類的計算方式，也改變了人類的思維方式。大部分學生遇見問題首先想到的是百度。怎樣改變學生這種見到各種問題就問網絡的茫然心理呢？該課程實踐性很強，我們可以在教學中突出經典控制環節的線路內容，弱化理論分析，注重總結經驗，多講工程應用。做到深入淺出，理論聯系實際。改革原來的教師為主體的教學模式，讓學生積極參與到教學過程中來，只要學生主動參與，勤于思考，轉換被動學習模式，就會發現學習的樂趣。

經過多年教學總結，有兩種教學方法可以提高學生的學習興趣。一是改革作業與考核形式，引導學生發現這門課在整個自動化專業體系中的作用。在每章課開始時，給學生布置作業任務，要求作業不要拖，這樣學生的學習變得有的放失，老師引導學生去思考，當堂的內容盡快消化。這相當于要求學生預習，并要復習，并將作業情況計入期末成績。

二是采取了“互動啟發式[4]”的教學方式。具體作法是：在課堂教學中開辟一定時間提前一到兩周指明要學生參與教學討論的內容，讓學生分小組集思廣義，每組推薦一位同學給其他同學及任課教師講解所準備的內容，其他同學補充。每次課程開始時，借助現代化的聊天工具，所有學生這門課的問題均可以在這個群里討論。讓每個同學都參與到問題的討論過程中，老師作最后的總結。學生通過集體備課自己組織課堂教學，會主動地提前查閱資料，將控制技術與PLC技術的熱點問題和學科前沿知識自覺地引入課堂之中，這不僅提高了學生的學習興趣，而且拓展了學生的知識面。

2.工程案例教學方式，提高學生創造能力

無論是常規電氣控制技術還是PLC的教學過程，在工廠電氣控制系統的設計與過程中所涉及到的執行電器無外乎兩種，一是電磁閥，二是電動機。因此選取實例時應根據專業特色選取合適的執行電器的控制系統。并且盡量選取大家生產實際和日常生活中耳聞目睹的工程實例來講解。將知識轉化為生產力，而且我們的生活處處被控制包圍著。在教學的過程中學生也會深深地體會到電氣控制在自動化專業課程體系中的重要性和實際意義，增強學生學習的目的性。

如在電機的正反轉控制線路的教學中，其應用實例很多，我們選取日常生活中大家都接觸過的“商場的自動門”的實例。此實例每個學生都見過，也是知道它是需要控制的，但好多學生并沒有將它與這門課聯系起來。從這個實例聯系到位置傳感器，聯系到有觸點位置開關與無觸點的非接觸紅外傳感器的區別與應用。做到電機、傳感器、自動控制與電氣控制的知識串聯，同時講到在控制線路設計與實現過程中，電器元件的選取原則與設計過程中應注意的問題。如在后半部分PLC的講解過程中，結合“工程自動裝卸車”的實例中電機正反轉控制，講解由常規繼電接觸器控制電路轉化為PLC梯形圖控制時，常規電氣的常開常閉點與PLC的軟元件中的常開常閉點的邏輯關系以及轉化方法，PLC的接線圖與常規繼電接觸器控制的線路圖的關系，以及實現正反轉切換控制的PLC梯形圖的轉化之后，在實驗室邏輯功能上調試是正確的但在工業現場卻會出現切換的瞬間熔斷器燒毀或電源跳閘的現象及原因，并預留思考題。讓學生思考如何解決這類問題[6]，培養學生的思維創造能力。

三、實踐教學環節的改革方法及實現

實踐教學環節包括課程實驗和課程設計兩大部分。通過實驗和課程設計來強化所學知識。

1.移動式實驗教學模式，實驗教學環節模塊化

一次良好的實驗教學，不但需要實驗室設備的及時更新與建設，而且需要實驗人員大量的精力投入。由于實驗室的更新與建設速度明顯滯后于學生人數的增加速度，因此在實踐教學環節，我們將實驗與課程設計進行模塊化分割，分為實踐前的準備、實踐過程的調試、與實踐后的結論分析三個模塊，采用移動式的實踐教學模式。實踐任務的下達在理論課堂上完成，實踐線路與實驗程序在課后完成，為節省增加實驗室的調試時間，實驗程序的輸入可以在宿舍里完成。

學生在做實驗之前先要自主的完成實驗程序編寫，通過這種作業與實驗預習相互關聯的方法督促學生參與到每一項教學活動中來。并且為培養學生在實驗教學環節的主體意識，加深對該課程理論知識的理解和認識。這種實驗與作業相結合的實驗教學模式，進一步培養了學生的自主學習習慣。

由于實驗室的設備套數有限，因此我們將學生實驗分組情況作了以下調整，由以前的3-4人一組，調整為2人一組，將實驗時間延長。原來不論實驗做沒做完下課了就結束，現在增加開放實驗時間，這次沒做完的實驗，學生可以與實驗教師互約時間，在開放實驗時間來完成。在實驗室的理論驗證中，仍然采用小組討論為主，教師指導為輔的教學方式[4]。教師只要檢查學生的線路會不會短路，其他問題仍然讓學生自己分析，借助實驗室的測量儀器來判斷自己設計的線路的問題出在哪里，在出現問題的過程中，注意發揮學生的創造性和主觀能動性，讓學生自己調試，指導教師只需第一次實驗時，教會學生分析問題與解決問題的方法，在整個過程中注意檢查、把關和解決學生的疑難問題即可。

2.課程設計題目多樣化，培養學生知識轉化的能力

在2010年的新大綱中，加重了課程設計的時間，由原來的一周增加至兩周。

為配合課程設計的完成，我們開發了教學型無塔供水系統、教學型電梯控制系統、交通燈控制系統、教學型鍋爐控制系統等一系列實驗設備，學生完成設計內容之后，可以在這些教學模型上進行軟硬件調試。有些悟性高的學生還可以自己選擇設計題目，實驗室專門有實驗設備，輸入點的電器用開關來代替，輸出點用指示燈來代替，可以利用這些開關和指示燈來完成諸多設計內容的調試。課程設計的題目由原來的10人一題到現在的2-3人一題，甚至可能一人一題，題目的增多，不但擴大了學生的視野。同時，也減少了學生之間的依賴性。

讓學生在實驗和設計中發現問題，能及時借助網絡資源、圖書館資源、小組討論和老師輔導找出問題的解決方法，解決問題的同時也掌握了理論知識，理論在實踐中得到應用。使學生的學習具有目的性，任何事情只有具有了目的性，才會有完成的動力。通過具體的控制任務，使學生能主動地使用原本冷冰冰的理論去解決活生生的實際問題，在學校的實踐教學環節中盡可能多的學會將知識轉化為生產力的方法，激發學生的好奇心以及學習本課程的主動性，達到理論為實踐服務的學習目的。

四、結論與展望

電氣控制與PLC課程教學改革是一個長期的教學任務。不論是采用多種教學模式進行課程理論教學，還是改革作業與實驗的完成方式，都取得了不錯的教學效果。尤其是將實驗的一部分內容移動到實驗室以外的場所，這樣不僅解決了實驗設備緊張的問題，也大大加深了學生參與實驗的程度。但教學改革是一個復雜的過程，與教師本人的教學水平[6]、教學內容的選取、教學對象的綜合素質、實驗室環境的建立與更新均有著千絲萬縷的關系。今后還要多方面努力配合，做到學生自主學習為主，教師引導為輔，充分發揮本課程在控制系統中的主導作用，為培養新型的應用型人才做出應有的貢獻。

參考文獻：

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[3]常曉玲，等.電氣控制技術與可編程控制器[M].北京：機械工業出版社，2004.

[4]王艷芳，等.傳感器與檢測技術課程教學改革研究[J].廣西教育，

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[5]徐艷麗.電氣控制與PLC技術教學改革的探索[J].教育改革，

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[6]束長寶，等.“電氣控制及可編程控制器”教學改革初探[J].電氣電子教學學報，2005，27（6）：82-85.

（責任編輯：劉翠枝）