《電氣控制與可編程序控制器》課程綜合教學改革與實踐

張培志　羅敏　青小渠

摘要：本次教改以全面提高學生電氣控制系統綜合設計能力為主線，以培養社會上亟需的電氣技術人才為目標，在課堂教學、實驗教學、網絡課程建設、教材及教學團隊建設等方面進行了綜合教學改革與探索，取得了不錯的效果。

關鍵詞：教學改革；課堂教學；實驗教學；網絡課程；教材

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0103-03

《電氣控制與可編程序控制器》是電氣類的自動化、電氣自動化、測控技術、電子信息工程專業，機電類的機械工程及自動化專業，高職類的機電一體化和數控技術等專業的一門重要的專業課。它是一門知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發展快、既強調理論又偏重實踐應用的課程，與實際生產和工程應用結合緊密，學生走向工作崗位可能直接應用的一門專業知識，也是每年雙選會上用人單位非常看重的一門專業課程。

為了進一步加強本科教學工作，全面提高本科人才培養質量，各個高校都在實施新的一輪“本科教學改革與質量工程”。為此，我們課題組選擇了“《電氣控制與可編程序控制器》課程教學改革與實踐”作為教改項目，在課堂教學、實驗教學、網絡課程建設、教材建設等方面進行了綜合教學改革與探索，取得了不錯的效果。

一、課堂教學環節是基礎和關鍵

對于授課的教師來說，在課堂上向學生傳授什么樣的知識、如何傳授好知識，在課堂教學過程中如何搞好對學生能力和素質的培養，都是教學工作的基礎和關鍵。近年來，為了全面提高本課程的教學質量，我們認真分析了本課程的結構特點和教學需求，圍繞著激發興趣、提高質量，主要從教學內容的選擇和組織、先進的教學工具輔助教學的改革入手，實現課堂教學過程的整體優化。

1.抓好課堂教學內容的選擇和組織。《電氣控制與可編程控制器》課程由“電氣控制技術”與“可編程序控制器”兩部分組成，兩部分之間既相互聯系，又相互獨立，兩部分內容在工業現場都應用廣泛，兩部分教學內容顯得同樣重要。

“電氣控制”部分主要包括：基本的電氣元器件介紹，基本的電氣控制線路分析，傳統的復雜電氣控制線路分析與設計等內容。

“可編程序控制器”部分主要包括：可編程序控制器的接口電路，梯形圖、狀態轉移圖和應用指令的軟件編程，可編程序控制器在工程中的應用等內容。

本課程具有課時少但教學內容多的特點，課程教學目的是讓學生掌握電氣控制線路的分析和設計。為了實現教學目的，我們緊緊圍繞著抓基礎、學方法、重應用的科學教學法，抓好課堂教學內容的選擇和組織。

該門課程的基礎就是電器元件表示方法和選型、可編程序控制器的接口電路和軟件編程。這部分內容對學生學好該門課程至關重要，學生必須熟練掌握電器元件的圖形符號、文字符號、主要特點和元器件選型方法。因此在課堂教學中，我們對教材中使用的元器件的工作原理、特點、圖形和文字符號盡可能詳細講解，對時間繼電器等較難理解的內容，盡量采用比喻法、比較法教學；介紹國家最新的圖形和文字符號國家標準；所有元器件圖形和文字符號都必須嚴格按國家標準做在作業本上；適當增加一些元器件選型的作業，要求同學通過上網查詢企業資料完成。

“學方法”就是教師深入研究教材內容，對電氣控制線路分析方法與設計方法進行系統總結，在課堂上主要是傳授方法，讓學生牢固掌握方法，達到事半功倍的效果。

例如在教材“基本電氣控制線路的分析”教學過程中，我們總結出來的教學方法是對基本電氣控制線路的分析宜采用主回路要“記”，控制回路要“推”。因為基本的電氣控制線路總是由主回路和控制回路組成，如正反轉控制線路，三相籠形異步電動機Y-△形降壓啟動控制線路，三相籠形異步電動機能耗制動控制線路等。基本的控制線路主回路并不多，每位同學必須記住不同主回路的共同點和不同點，以便一見到控制線路的主回路，就能判斷控制線路的功能。控制回路則很多，控制回路宜“推”不宜“記”。推導的方法是先找出控制回路的按鈕，然后用非常成熟的工作流程圖分析，按鈕按下后，主回路的動作結果就可以了。這樣的方法學生掌握起來比較輕松，極大地提高了同學們的學習積極性。

又例如在PLC教學過程中，本課題組的老師在授課時不但重點講授與實驗室配套的三菱公司的PLC，而且抓住三菱公司PLC與其他公司PLC的共性進行重點講解，以此擴展學生的知識面，使學生不但掌握了三菱公司PLC的應用技術，同時也掌握了在國內廣泛使用的西門子、歐姆龍等其他公司PLC的應用技術，這樣的授課方式受到學生們的歡迎。

“重應用”就是教師將枯燥的理論知識與生動的現實工程相結合，并且形象、逼真而且準確地反映實際情境，是提高教學效果的一項重要方法。在“可編程序控制器”教學時，盡可能多地采用案例教學法。案例教學法能很好地創設一個模擬平臺，使學生們在實際的案例中得到接近于真實的訓練，這無疑是一種良好的教學方法。而在案例的選取上，應盡量做到知識性與實踐性、現實性的有機結合，使學生在虛擬的實踐條件下得到類似于真實的實踐訓練，并從中掌握知識、應用理論、培養能力。

2.利用了先進的教學工具努力提高教學質量。“電氣控制部分”具有圖多、圖大的特點；三菱公司的FX系列產品有豐富的指令系統、強大的通信網絡功能、操作方便調試靈活的編程調試環境。而教師在課堂上使用“一支粉筆、一塊黑板”的教學方式為學生展現三菱公司FX系列產品的強大功能是相當困難的；在有限的教學時間內完成如此豐富的教學內容也是不可能的。

因此，使用多媒體教學方式講授《電氣控制與可編程控制器》課程，授課內容可達到傳統教學方式同等時間授課內容的兩倍以上，使授課質量和效率得到了明顯提高：降低了教師課程教學勞動強度和授課出錯率，使教師充分體驗多媒體教學方式的優越性。學生在課堂上也被多媒體生動活潑的展現方式所吸引，收到良好的教學效果。使用多媒體教學方式可以把以前認為難理解、難掌握的知識點讓學生在輕松愉快的氣氛中理解和掌握。

教學實踐表明多媒體教學也存在一些問題，如知識點保留時間過短，學生無法記住這些知識點、無法做筆記等。最好的方法還是黑板書寫與多媒體有機結合，一些不易書寫的圖形、表格、資料可以采用多媒體投影，一些重要的公式、定理及推導過程還是采用黑板書寫效果好。

二、實驗教學改革

教學的目的除了傳授知識外，還有一個重要目的是提高學生的素質和綜合能力。抓好實踐環節是提高學生的素質和綜合能力的重要途徑。在教學實踐過程中我們進行了以下幾個方面的嘗試。

1.綜合設計性實驗開發，配套實驗指導書更新。《電氣控制與可編程控制器》課程，根據不同專業的不同教學學時，都安排有8～12學時的實驗課。以往的實驗課，實驗指導書是根據廠家的設備說明書編寫，電路和軟件都很詳細，學生只要按指導書上的步驟連好電路和輸入軟件，實驗就可以完成。全部是驗證性實驗，學生做實驗的積極性不高，實驗效果也不好。保留一半的基礎驗證性實驗，我們把另一半的實驗開設成綜合設計性實驗，更新了配套的實驗指導書，實驗指導書上綜合設計性實驗只有實驗目的、實驗設備和實驗器件的資料和實驗要求等內容，不提供具體的實驗電路和軟件。我們提前一周把實驗題目公布給學生，讓學生分組根據已學知識，收集和整理相關資料，自己設計實驗所需電路和軟件。軟件允許學生選擇梯形圖、步進指令或者指令表程序中的任意一種編寫，在老師審核同意后就可進行實驗操作。綜合設計性實驗開設，極大地提高了學生做實驗的積極性，鍛煉了學生的動手能力。

2.開設課程設計課程。《電氣控制與可編程控制器》課程是一門實踐性很強的專業課程，實驗課的開設對學生動手能力的培養很有幫助，但是實驗課課時有限；實驗課往往是局部電路的驗證和設計，還不能夠讓學生全面了解和掌握電氣產品設計的全過程。為此，我們在自動化、電氣自動化等專業的教學計劃中安排有兩周的《電氣控制綜合課程設計》課程。

綜合課程設計要求學生在教師指導下獨立完成某一電氣控制系統設計。學生需要掌握電氣控制系統的完整設計過程；熟悉有關設計規范，會用圖紙、文字資料表達設計意圖；在設計過程中，需大量查閱有關資料和設計規程、規定，學會收集設計資料的方法和途徑；提高編制工程設計圖紙資料的能力；根據任務書的要求，完成設計報告。

一個專業的課程設計一般由兩個教師負責指導，教師把一個專業的學生分成兩個大組，再按4～5人分成若干小組，教師為每組擬定不同的設計題目、設計任務及要求。電氣控制綜合課程設計在教師指導下由學生分組獨立完成，每組學生應完成的設計內容及要求如下。①根據工藝技術要求編制設計任務書。②控制系統方案設計：根據電氣控制要求，擬定設計技術要求；對方案進行分析比較和選定，要求對至少兩個以上方案進行對比分析；根據選定的控制方案繪制電氣控制系統方框圖。③根據選定的電氣控制系統方案進行電氣控制線路設計：單元電路設計；完整的電氣控制系統設計；完成元器件的選型。④根據現有的實驗設備完成模擬電氣控制系統的設計并仿真調試。⑤完成課程設計報告的撰寫。

完成課程設計，既要掌握控制理論、電氣控制與可編程序控制器和電機與拖動基礎知識，還要了解本專業的有關工程實際知識，如工程設計的程序和方法、電器元件選型的方法和步驟等內容。利用課程設計的機會，對學生進行綜合技能的培養，讓學生熟悉電氣產品設計的全過程，使學生在校期間就接觸工業自動化的最新技術并使實踐環節訓練更貼近工程實際，增強了學生的學習興趣，提高了實踐環節的教學質量。

3.開設第二課堂——電氣控制與可編程序控制器的高級技術。如何讓感興趣的同學在校期間就能夠很好地掌握電氣控制高級技術，為企業培養高素質人才呢？

我們為學生開設了第二課堂。我們共設置變頻器的應用、PLC模擬量模塊及其應用、PLC的通信、人機界面（觸摸屏）技術和PLC的仿真軟件五個模塊，每個模塊設置相應的學分且納入學校的教學計劃，實驗室對學生全天開放，學院安排專門的指導教師進行指導，學院定期對選擇模塊的學生進行考核，考核合格給予相應的成績。開設第二課堂使學生的動手能力得到了進一步提高。高級技術掌握得較好的同學，在畢業生雙選會上表現出很強的競爭力，在參加工作后表現出上手快、后勁足的優勢，普遍獲得用人單位的好評。

三、網絡課程建設

隨著多媒體技術和互聯網技術的飛速發展，學習模式和學習方法發生了巨大的轉變，課程網絡化成為教育方式多樣化的重要組成部分。網絡課程輔助教學作為課堂教學的補充和課外延伸，已在課程學習中起到越來越重要的作用。

2008年，利用學校提供的天空教室網絡平臺，《電氣控制與可編程序控制器》已完成網絡課程一期建設，相關專業的教學大綱、網絡課件、PPT課件、習題等內容已可以在網絡課堂上供學生使用。可以實現網上布置作業、網上批改作業、網上答疑等網絡平臺提供的功能。目前，我校網絡平臺的軟件正在更新，針對一期網絡課程存在上網內容比較單一，不同專業設置的對應內容太少，網上布置作業、網上答疑等網絡課程的輔助教學手段使用不夠充分等問題，我們組織課題組的老師，根據修訂的最新教學大綱，對網絡課件、PPT課件、習題、企業資源、可編程序控制器的仿真軟件等內容進行了更新；增加了網絡視頻，積極建設校級精品資源共享課程，為學生課后上網學習搭建了一個很好的平臺。通過近幾年的教學實踐，我們深刻體會到了在教學過程中學生是教學活動的主體，除了教師從教的方面努力調動學生的積極性提高課堂的教學效果外，還應配合現代化的教學方式和輔導手段，解決現代化教學方式效率高而學生做筆記困難的實際問題，學生也應從學的方面擺脫傳統教學方式對他們的影響，摸索總結出一套適應現代化教學方式的學習方法來，以進一步提高教學質量。

四、教材建設

我校有自動化等專業開設《電氣控制與PLC》、《可編程序控制器》、《機械電氣控制及自動化》等課程，其他高校情況類似。2005年前，我們在選用教材時發現，能夠滿足要求的教材不多。為此，我們課題組的老師從2005年開始就收集資料，總結多年的教學經驗，進行教材編寫。教材編寫的指導思想是理論結合實際，突出學生工程應用能力的訓練和培養，便于組織教學和實踐。內容安排上特別注意每篇之間既相互聯系，又相互獨立，以利于分別開設“電氣控制技術”與“可編程序控制器”兩門課程的院校選用。教材編寫時特別注意使用的文字符號和圖形符號符合最新的國家電氣制圖標準。《電氣控制與可編程序控制器》教材第一版于2007年9月由化學工業出版社正式出版。目前在我校自動化等專業已使用多屆；同時被東南大學、陜西農林科技大學、韶關學院等幾十所院校選用。《電氣控制與可編程序控制器》教材建設既滿足了教學的需要，又對提高該門課程的教學質量提供了幫助。2009年1月獲得中國石油和化學工業優秀教材二等獎，2012年3月入選四川省“十二五”規劃教材。2014年8月，《電氣控制與可編程序控制器》教材第二版也由化學工業出版社正式出版。豐富的課堂教學和實踐教學經驗是教材建設的質量保證，教材建設滿足了教學的需要，同時教材建設又提高了教師的教學水平。

五、結語

經過近幾年的教學改革實踐，該門課程的授課質量較好，獲得了同學的一致好評，也形成了多達7人的教學質量穩定、高水平的教學團隊，主講該門課的教師在教學上也取得了一定的成果，本課題組教師多次獲得學校課堂教學優秀獎。注重人才素質和能力培養是教學改革中討論的重要話題。隨著教學改革的不斷深入，教師和學生的認識會逐步提高，我們也想借助我校教學改革的東風提高思想認識，積極建設《電氣控制與PLC》省級精品課程，把該門課程的教學工作推向一個新的高度。我們要進一步扎扎實實做好具體的教學工作，在教學工作過程中更加努力地探索有利于學生素質和能力培養的新方法、新途徑。

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