卓越工程師計劃下的“電氣控制與PLC”課程教學方法改進

梁喆　歐陽名三

【摘 要】電氣控制與PLC是電氣工程與自動化專業的必修課程，其知識點和工業現場聯系較多。為提高卓越工程師計劃下的電氣控制與PLC教學效果，更加緊密地結合專業特點開展電氣控制與PLC的教學，本文分析了電氣控制與PLC課程的特點，對卓越工程師計劃下的課程教學方法改進從理論教學和實踐教學兩個方面進行了探討，通過改進的方法進行教學的時候提高了學生靈活運用理論知識的能力，促進卓越工程師計劃下的電氣控制PLC課程教學效果的提高。

【關鍵詞】電氣控制與PLC；卓越工程師；教學方法

卓越工程師教育培養計劃主要目標是面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。[1-2]

2010年我校的電氣工程與自動化專業被教育部批準實施“卓越計劃”。電氣控制與PLC是電氣工程與自動化專業一門實踐性較強的專業課程，即強調知識的綜合性、實用性，又強調綜合分析和解決生產實踐問題的能力[3]。目前傳統的電氣控制與PLC課程體系及教學模式跟卓越計劃的培養理念和教學需要還有一定的距離，因此，如何較好地實施卓越班級的電氣控制與PLC教學，已成為了卓越工程師計劃下的各高校面臨的一項新課題。

筆者作為“電氣控制與PLC”課程的主講教師，結合電氣工程與自動化專業的特點，對“電氣控制與PLC”的教學方法進行改進。在理論教學中，采用知識講解、多媒體演示與學生互動相結合的教學手段，充分地調動學生的學習積極性，加深學生對課程內容的理解；實踐教學中，改革實驗內容，并以工程實例為課程設計內容，提高學生解決實際問題的能力，從而達到提高教學質量的目的。

1 課程特點與現狀分析

對本課程教學現狀分析，搞清楚課程特點，認清學生的學情特點現狀，是搞好教學方法改進的前提。

1.1 課程特點

電氣控制與PLC課程是在電路、電機及拖動、自動控制原理、單片機等課程的基礎上學習的一門專業課程。通過本課程的學習，使學生掌握工廠常用低壓電器及其電氣控制的原理和方法；掌握PLC的結構和工作原理，具備一定的PLC程序設計和PLC技術應用能力，培養學生在工業自動化控制技術中的分析能力和解決實際問題的應用能力。

1.2 課程教學現狀

電氣控制與PLC課程雖然是我校電氣工程與自動化專業、自動化專業中一門非常重要的專業課程，我校主要選用西門子S7-200系列PLC作為教學對象。由于目前對通過該課程培養學生的的工程實踐能力缺乏足夠的重視，授課內容的設置上還是采用傳統授課方式。使得電氣控制與PLC課程教學難以適應目前市場用人的需求，主要體現在理論知識脫離實踐環節、學生工作后不能勝任工業現場中的作業要求等方面。另外，學生能夠實際接觸到的電氣控制系統和PLC裝置非常少，課程的結業考試多以基礎知識的考察為主，實驗也完全是簡單的驗證性、原理性實驗，這種現狀使得大部分學生學完這門課程后僅僅掌握了plc的工作原理和梯形圖的設計，但是工業上的電氣控制系統是什么樣子、眾多的PLC型號在實際使用的場合如何選擇、如何在現場安裝、如何接線、如何設計、調試這些非常實用的基本知識和基本技能都沒有掌握，甚至所謂的高分學生到了現場后也依然茫然不知從何處下手。

2 理論教學方法的改進

“卓越工程師計劃”的培養目標是工程技術人才，培養目標的調整相應地也要求教學方法必須作出改進。電氣控制與PLC課程是一門實踐性很強的課程，因此在“卓越工程師計劃”培養背景下要采用多手段結合的教學方法來進行電氣控制與PLC課程的教學。

2.1 采用多媒體教學法

電氣控制與PLC課程教學中的一個重要特點是讓學生根據工業現場的實際問題用編程實現控制。PLC是從繼電器、接觸器的控制動作，采用可編程技術發展演變而來的，所以在電氣控制與PLC教學中引入多媒體教學課件，形象地展示工業生產的控制設備和PLC內部工作原理，使得本來很抽象的東西變得具體了，有利于學生掌握諸如“PLC的周期性掃描工作方式”等知識點，而且記憶深刻。

其次，講解工業現場電氣控制線路或者PLC組成的電氣控制系統時，大量的控制要求對于缺少實踐經驗的學生來說，在短時間內是不易理解的。用動畫的形式演示給學生觀看，縮短了學生和現場之間的距離，這樣即便于學生理解和接受，又提升了教學效果，提高了教學質量。

2.2 采用案例教學法

卓越工程師計劃和應用型人才的培養都比較注重工程實踐和專業知識綜合運用能力的培養。電氣控制與PLC是一門與工業生產和生活結合非常緊密的課程，很多學生學完這門課程以后，雖然能夠編寫PLC的梯形圖，但是在工業現場，見到設備后仍然不知如何下手。因此教學中引入大量工程案例或者我們生活相關的案例進行教學，這樣可使學生在學習中體會到所學專業知識的用處，從而提高學生的學習興趣、開拓學生的視野、培養學生的創新性能力[4]。

如在講到順序功能圖編寫梯形圖程序的時候，以我們生活中經常遇到的十字路口交通燈為例進行設計訓練，采用動畫的形式展示交通燈的控制過程，讓學生思考如何進行PLC的編程設計。做為啟發思路，給出一個可以實現部分功能的設計方案，要求學生短暫思考后，討論方案的可行性，學生通過討論很快指出方案中存在的問題，采納了學生意見后，用PLC仿真軟件運行學生更改后的方案設計，達到了十字路口交通燈工作的效果。通過動畫演示、模擬仿真，從設置問題情境，到熱烈的討論，學生的思維進入了積極的狀態，在分析錯誤程序的過程中逐漸體會了編程思路及在工程中需注意的實際問題。

3 實踐教學的改進

這里把實踐教學從總體上分為二個方面進行討論。第一是實驗教學，指理論課程的實驗；第二是課程設計。

3.1 實驗方案改進

將實驗環節分成二個組成部分：基本的編程指令驗證實驗和綜合性實驗。對指令驗證實驗而言，應當少而精，讓這些驗證性實驗起到鞏固課堂教學內容、加深理論理解作用。對綜合性實驗而言，將學過的主要功能部件有機地組合起來，形成一個具有一定實際意義的整體，使學生掌握PLC控制系統整合的基本方法。為了在設計實驗過程中激發同學的創新性，實驗中鼓勵同學突破實驗指導書所給的實驗內容大膽進行創新設計，要求學生可以采用不同的編程方法，選用不同的器件等。諸如在進行“四節傳送帶的模擬實驗”時，PLC試驗臺給出的電機運行采用模擬的形式，用LED燈亮和滅的形式表示電機運行和停止，這樣僅僅是驗證實驗，學生只起到搬運工的作用，即輸入程序，運行，看現象。這時利用實驗室配套的小型異步三相電動機，要求學生根據實驗指導書的內容，利用實際的電機重新設計實驗的內容，大部分學生通過討論，電氣接線，編程，在90分鐘的實驗時間達到實驗的目的。對于此種方式，很多同學樂于接受，此種實驗方式讓學生感覺到有充分的發揮余地，從而培養學生靈活運用所學知識解決實際問題的能力，激發學生潛意識中的創造性。如此培養出來的學生才能滿足“卓越計劃”所要求的“適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才”。

3.2 課程設計改進

課程設計的時候以項目開發過程開展課程設計。電氣控制與PLC課程設計主要以小組形式開展課程設計。指導教師根據生產和生活實際提出多個設計項目（如電梯的控制系統、流水線的控制系統、交通燈的控制等），各小組成員根據自身的能力和興趣選擇不同的項目進行設計，保證讓每一個學生都參與設計，提高了學生的自信心，從而激發學習熱情。設計過程中，模擬企業項目開發的流程實施課程設計，要求學生進行需求分析，對項目中需要用到的器件以及導線進行選型，整個控制系統進行功能模塊的劃分，PLC的I/O口的分配，順序功能圖的繪制，梯形圖程序的編寫，以及外部接線圖的繪制。

4 結論

綜上所述，學校加入卓越工程師計劃后，電氣控制與PLC課程教學的上述改進方案在電力系統與自動化專業和自動化專業中實施開展，提高了學生的創新能力、應用能力和綜合能力，畢業生的動手能力得到了企業認可。還將學生的主觀能動作用充分發揮，體現了以學生為本的教學理念。

【參考文獻】

[1]王文福.基于“卓越工程師培養計劃”的自然地理教學模式的構建[J].長春師范學院學報（自然科學版），2011，30（4）：136-139.

[2]張春燕.電氣信息類“卓越工程師”人才培養模式研究與實踐[J].中國電力教，2013（5）：12-13.

[3]刁統山，王連飛，楊愛新，等.改革PLC教學培養創新型人才[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：166-168.

[4]余江.基于案例教學法應用角度下的PLC教學研究[J].滁州職業技術學院學報，2014，13（3）：72-74.

[責任編輯：王楠]