電氣控制與PLC應用課程改革探討

曹陽　王剛

摘 要：本文針對應用型本科院校對現場工程師的培養目標，根據企業對電氣控制系統設計研發的實際要求，對 “電氣控制與PLC應用”課程進行了多項改革，增加了實驗學時占總學時的比例，調整了教學手段，豐富了評價標準。初步形成了以案例化教學為授課方式，項目化教學為實驗手段的教學模式，充分鍛煉學生的實踐能力。結果表明，該課程改革取得了良好的實際效果。

關鍵詞：應用型本科；項目化教學；工程實踐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.269

0 引言

可編程控制器（PLC）是一種集計算機技術、控制技術和網絡通訊技術于一身的通用自動控制裝置，它具有結構簡單、編程方便、性能優越、靈活通用、使用方便、可靠性高等一系列優點，廣泛應用于工業、農業、國防等領域，在國民經濟中有著舉足輕重的作用。隨著國家加快發展裝備制造業，業內預計PLC市場將處于持續增長狀態。與此同時，PLC人才緊缺，眾多企業迫切需要掌握PLC技術的人才。數據顯示，全國僅有17萬PLC從業人員，這顯然與企業需求相差甚遠。因此，對于一所培養應用技術型人才的本科院校來說，加強電氣類相關專業PLC 課程的教學勢在必行。

應用技術型本科院校以培養具有突出實踐能力的高素質現場工程師為主要目標，應以本科教學和學生基本素質與工程技術應用能力培養為主導。所以，對學生的培養要和研究型本院校的深理論的教學模式區別開來，更加側重于實踐能力的培養。[1]電氣控制與PLC應用是一門自動化專業的核心課程，并且具有很高的綜合性和實踐性，因此，我院選擇這門課作為應用型人才培養的改革試點課程。

1 教學現狀分析

1.1 課時安排的缺陷

當前我院電氣控制與PLC應用這門課程總共學時為56學時。理論為學時為40，實驗學時為16.對于這樣一門實踐性非常強的課程來說，理論學時太多，實驗學時較少，學生沒有充足的動手操作的時間。這樣的課時安排和現場工程師的人才培養目標不一致。

1.2 教學方式的缺陷

當前課程以傳統教學方式為主，教師在課堂上講，學生記筆記，這對于大部分同學來說是一種被動的學習方式，從課后學生掌握的情況來看，大部分同學只能掌握30%的內容，如果課后不復習，效果更不理想。究其原因，主要有以下兩點，首先，在這樣的教學模式中，教師的講授占據了課堂絕大部分時間，學生無法參與到教學活動中來。其次，教師為了學生有效地吸收教學內容，會站在學生的立場上，對課程內容進行了詳細的準備和梳理，這就使學生不需思考和反思就可以獲得正確的答案，這在一定程度上形成了學生對教師的依賴，不利于學生形成良好的學習習慣。

1.3 實驗內容的缺陷

當前實驗內容一般都是驗證性的，如液體混合裝置、交通燈控制和機械手運動控制的設計實驗等這種實驗都是對書本上理論知識的一種驗證，這些內容和目前企業所要求的設計過程不相符，沒有完整的實現從設計到實施的整個流程，并且但是這種實驗網絡上資源較多，學生可以輕易獲得，實際鍛煉效果大打折扣。

2 課程改革的措施

2.1 優化課程結構

提高實驗環節在整個課程學時的比重。基本按照理論與實驗1：1分配課時。

調整上課環境。將課堂轉移到實驗室，即為學生在課堂上營造出工程實踐的背景，又為他們提供了即學即練的實踐條件[2]。學生對剛剛學習到的知識通過實驗的方式加以驗證，既有助于快速掌握，也鍛煉了動手實踐能力。

2.2 改革授課方式

改革過去單一的教師授課的教學方式，引入案例教學法。我們根據本課程知識點，設計了液體混合控制系統、機械手運動控制系統、運料小車控制系統、剪板機控制系統、專用鉆床控制系統、中斷程序應用等10個案例。這些案例包含了這門課程的所有重點內容，每次授課均以案例開始，首先介紹應用背景和案例，然后引入案例的解決方法，從中指出課程的知識點。這樣的教學方式使得傳授的知識由枯燥乏味變為直觀生動，而且與工程實踐緊密結合。以十字路口交通燈控制為例，首先讓學生了解交通燈的動作過程：東西綠燈亮6秒后，閃2秒，滅；黃燈亮2秒后，滅；紅燈亮10秒；綠燈亮……循環。對應東西綠、黃燈亮時南北紅燈亮10秒，接著綠燈亮6秒后，閃2秒，滅；黃燈亮2秒后，紅燈又亮……如此循環，這樣的動作過程要用PLC來實現就要用到定時器指令和比較指令，定時器指令完成信號燈定時控制，比較指令和基本指令完成信號燈之間的切換控制。從而引出定時器指令和比較指令的知識點。在講解完指令的使用方法之后，再結合案例，將整個控制過程通過指令實現。通過這樣形象的案例，使學生能夠明確學習目標，激發學生的學習動力，提高學習興趣。

2.3 提高實驗的實踐性

采用項目化的教學方法，將實際工程項目涉及的內容都融合在教學項目中。

項目教學法就是將一個相對獨立的項目交給學生完成，即從信息收集、方案設計與實施，到最終評價，都由學生獨立完成。教學過程中，教師只是學生學習過程中的引導者、指導者和監督者[3]。項目教學法的突出特點就是要通過一個完整工程項目的實施，將課程相關知識點貫穿其中。

一個完整的PLC 控制系統設計過程通常包括以下幾個方面[4]： ①詳細了解被控對象的生產工藝要求，分析控制要求； ②根據要求確定所需要的輸入輸出設備； ③選擇PLC 機型； ④分配I /O 點，繪制設備接線圖； ⑤PLC軟件設計，同時設計控制平臺和電氣柜； ⑥進行軟件測試及系統整體調試； ⑦系統聯機調試； ⑧編程技術文檔。而在這一過程中， “電氣控制與PLC 應用”課程僅講授了一部分內容，其他未講授的內容恰恰是該課程在實際應用中所需的。因此，為了使學生更加準確的了解一個項目，我們在實驗環節上不僅局限于“電氣控制與PLC應用”這一門課程的知識，而且將實際工程項目設計中的各環節都融合在實驗項目中。這樣即理解了所學的理論知識，又提高了操作技能的水平。

為保證項目教學的有效進行，筆者在教學中采取了以下方法和措施。

（1）確定項目任務，教師根據教學大綱，選擇有教學內容契合度較高的項目任務；

（2）將一個工程項目按照工藝過程分成多個模塊。對每個模塊所涉及的知識和設計方法做詳細講授；

（3）對學生分組，每組學生選擇完成一個階段的任務，明確每個人完成的具體內容，以便評價；

（4）針對學生在完成項目過程中遇到的困難，教師應及時解答，盡量采用非正面的指導方式，鍛煉學生獨立思考的能力；

（5）設計結束后，要求學生整理自己的項目成果，每組向班級展示本組的設計結果，然后小組之間進行成果互評，結果按一定比例計入總分；

（6）教師對項目執行過程進行點評，和學生共同探討不足之處。

2.4 修改評價標準

改變以期末考試加平時成績作為最后成績的考核方式，重視工程實踐能力的的考核。具體來說，首先，將實驗成績占總成績的比重提升到50%；其次，采用科學的方法保證評價的準確性。總成績分三部分：教師評價，小組成員互評，小組成員自評。最后，嚴格按照PLC項目開發過程對各個環節進行評價，并且增加了思考題，鼓勵學有余力的同學提出自己的設計思路。

3 小結

本文針PLC技術人才在人才市場的需求形勢和應用技術型本科院校人才培養目標對“電氣控制與PLC應用”課程體系進行了多項改革。教學過程中強調教學內容和工程應用的相互銜接。使學生在學習過程中獲得更多的工程方面的認識。同時也培養了學生獨立思考和批判質疑的良好習慣。有效地激發了學生的求知欲望，強化了學生主動獲取知識的意識。

通過三學期的課程改革實踐，改革成果逐漸顯現，課堂上，學生對學習內容更加感興趣，課堂氣氛活躍。學生在學習的過程中能夠提出自己的意見。由于具備了扎實的知識基礎，學生在就業過程中能夠從容應對技術考核，企業對學生實踐能力也有較高的評價。

參考文獻：

[1]朱偉興，馬長華，李鳳祥，張世兵.應用型人才培養的教學模式研究與實踐[J].南京：電氣電子教學學報，2012（s1）：36-38.

[2]陳冠玲，馬文新，胡志華.應用型電類專業的實踐教學體系構建[J].南京：電氣電子教學學報，2011，33（02）：61-62.

[3]鄧鐵軍，陳穎，賀志軍.基于PMBOK原理的“項目式”教學法研究[J].武漢：高等工程教育研究，2010（01）：159-163.

[4]陳建明主編.電氣控制與PLC應用[M].北京：電子工業出版社，2008.

課題：2015年教育部高等學校自動化類專業教學指導委員會專業教育教學改革研究課題《具有工業機器人特色的自動化類工程人才培養體系的研究與實踐》（課題編號：2015A06） ；江蘇省教育科學研究院現代教育研究所課題《MIT OCW背景下的獨立學院網絡課程建設對策及實施方案研究》（課題編號：2015-R-44775）

作者簡介：曹陽（1985-），男，江蘇徐州人，碩士，工程師，研究方向：PLC控制與網絡通信方面的研究。