面向“應用技術(shù)”的PLC課程教學改革與實踐

杜云 王燁 郝崇清

摘 要：面向“應用技術(shù)”的培養(yǎng)目標和要求， 結(jié)合學校現(xiàn)有條件，針對“電氣控制與 PLC”課程特點和存在的問題，對課程的教學內(nèi)容進行優(yōu)化，全方位改革教學模式、三級項目、實踐環(huán)節(jié)及考核方式。教學實踐表明，學生學習主動性增強，學生的工程能力和實踐能力得到了訓練，教學效果良好。

關鍵詞：應用技術(shù)；PLC；教學模式；實踐環(huán)節(jié)；工程能力

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）08-0144-03

Abstract： According to the requirements and goal of training program of "Application Technology"， the teaching content of "Electrical control and PLC" course is optimized under the existing school conditions by focusing on the characteristics and problems. Overall reforms should be implied from several aspects including the teaching mode， three-level projects， practical teaching， and assessment methods. Teaching practice shows that after these reforms， students' learning initiative has been greatly improved， and students' engineering and practicing abilities have been well improved. The teaching effect is good.

Keywords： application technology； PLC； teaching mode； practical teaching； engineering ability

前言

近年來，隨著高等教育改革的深入，一些二本和三本院校包括我校的理工學院轉(zhuǎn)型為應用技術(shù)型大學，采用“四四制”人才培養(yǎng)模式，其是指在4年本科教學活動包括3年的知識儲備階段和1年的企業(yè)實踐階段，以培養(yǎng)學生的實踐工程能力，真正實現(xiàn)“零對接”。從我校理工學院實際情況和電氣類專業(yè)特色出發(fā)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求和課程特點，對課程教學進行改革與實踐，使學生真正實現(xiàn)學校和企業(yè)的“零對接”，完成學生向企業(yè)技術(shù)人員的角色轉(zhuǎn)變。電氣控制與PLC（Programmable Logic Controller，PLC）課程是本專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，具有很強的實踐性，其廣泛應用于生產(chǎn)和生活的各個領域。該課程既注重理論基礎又強調(diào)實踐應用，所以面向“應用技術(shù)”，通過優(yōu)化教學內(nèi)容，對授課模式、實驗環(huán)節(jié)、綜合訓練和考核方式進行改革和實踐有重要的應用價值。

一、改革前的教學狀況

電氣控制與PLC綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，應用十分廣泛，具有很強的實踐性。但是在現(xiàn)實教學中，通常以課堂講解為主，輔以少量教學實驗。這種教學方式的不足主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（一）教學模式陳舊

“理論講授+實驗”的教學模式上仍以灌輸式為主，學生被動接受，不重視PLC這門課程靈活性大、能充分發(fā)揮學生創(chuàng)新性等特點。即便采用多媒體教學，仍然存在內(nèi)容多、學時短的矛盾，很難激發(fā)學生學習的積極性。另外，PLC技術(shù)的發(fā)展較快，往往教學內(nèi)容不能及時跟上時代的發(fā)展[1]。

（二）考核方式單一

在本課程中，考核仍以筆試為主，期末考試占70%，平時成績以作業(yè)、實驗、考勤、平時表現(xiàn)組成占30%。考核方式單一導致學生主動學習性差，掌握知識僅停留在書本層面，不能學以致用，缺少對學生實踐能力與創(chuàng)新能力方面的考核[2]。

（三）實踐環(huán)節(jié)流于形式

長期存在的重理論輕實驗的狀況使實驗教學只是驗證課堂所學理論知識，而忽視動手能力培養(yǎng)和工程實踐技能培養(yǎng)。學生在實驗過程中按部就班、 被動接受、 缺乏思考，缺乏運用所學知識分析問題和解決問題的鍛煉[3]。

為了改變目前教學狀況， 結(jié)合學校現(xiàn)有條件以及 “應用技術(shù)” 的培養(yǎng)要求，從教學內(nèi)容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)及考核方法等方面對“電氣控制與 PLC” 課程進行改革和實踐。

二、課程教學改革措施

（一）優(yōu)化教學內(nèi)容，改革授課方式

我校的電氣控制與PLC課程只有40學時，其中包括6個學時實驗，如何在有限的學時即使課程內(nèi)容與時俱進，又對學生的工程實踐能力進行培養(yǎng)，突出課程理論與實踐相依托的特點是我們教學內(nèi)容和授課方式改革應重點考慮的問題。首先選擇講解市場占有率最高的PLC產(chǎn)品。在不改變學時數(shù)的情況下， 剔除陳舊過時理論和內(nèi)容，認真梳理相關課程的交叉知識，盡量避免知識的重復講解。電氣控制與 PLC 的銜接用典型工程問題優(yōu)化整合，避免走馬觀花式教學。

以案例教學，項目驅(qū)動的方式來授課。對應課程應掌握的知識點，設計電動機正反轉(zhuǎn)、電動機Y/△啟動控制、物料傳送帶控制或運料小車運動控制的電氣控制和PLC控制的典型案例，路口交通燈控制、 混合液體過程控制、機械手運動控制、分揀大小球裝置控制、樓宇電梯控制、恒壓供水控制以及PPI通訊控制等 PLC控制案例。既有基礎性實訓項目，用于學生對電氣控制和PLC功能的熟悉、掌握和應用：又有具有一定的系統(tǒng)復雜性的實際生活場景具體應用[4]。結(jié)合實例來講授重點理論和核心知識點，將知識點和技能訓練融于各個案例之中。“案例”和“項目”的講解和設計激發(fā)學生學習的主動性，學生對于知識變被動接受為主動探索。在吸引學生興趣之后，在教學過程中設置兩個三級項目，讓學生自行設計，在任務的驅(qū)動下，學生自學未講的內(nèi)容，以小組的形式完成所布置的任務，即解決了課時少內(nèi)容多的問題，也鍛煉了學生的自學能力和團隊協(xié)作能力。每個三級項目在教師講解設計思路和方法后，學生通過查閱相關參考資料，確定控制方案，繪制I/O接線圖，編寫梯形圖，項目報告撰寫、答辯，完成整個設計過程。學生在設計過程中鞏固了理論知識，并與實踐結(jié)合，分析解決問題能力以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到了鍛煉[5]。

（二）實驗模塊改革

原來我校的實驗是6個學時，一共3個實驗，包括了電氣控制的電機正反轉(zhuǎn)、PLC控制的電機正反轉(zhuǎn)以及霓虹燈控制。實驗內(nèi)容簡單，僅是課程內(nèi)容的驗證。針對實驗學時少的情況，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標，對實驗教學環(huán)節(jié)進行改革，建立了層次性、開放性的實驗教學內(nèi)容體系。實驗模塊共安排三個環(huán)節(jié)： 基本實驗、設計實驗和開放實驗。

其中基本實驗是緊跟理論教學進程的驗證性實驗，目的是使學生掌握電氣控制與PLC的基本功能。仍安排2個學時實驗包括電氣控制電機正反轉(zhuǎn)和PLC控制的電機正反轉(zhuǎn)。在相關章節(jié)的課堂教學結(jié)束時進行，加深對所學理論知識的理解。第二層次為設計性實驗。在完成教師布置的三級項目理論設計基礎上，自行設計實驗方案，用4個學時時間，進入實驗室上機調(diào)試、修改等，來提高學生獨立分析問題、解決問題的能力。第三層次為開放實驗。教師根據(jù)自己的科研課題，拿出學生可以完成的部分撰寫項目要求放到網(wǎng)上向全體學生公布，學有余力的學生根據(jù)自己的興趣，選擇開放實驗題目，在指導教師的指導下，學生獨立進行線路的設計和實驗驗證， 通過同學之間交流解決遇到的問題。網(wǎng)上預約進實驗室的時間，課題內(nèi)容密切聯(lián)系企業(yè)生產(chǎn)實踐與科研，使學生在實際課題中得到扎實的鍛煉。學生在完成實驗須提交包括控制電路設計方案、軟件程序、調(diào)試記錄、參考文獻及心得體會等內(nèi)容的實驗報告。學生反映通過開放實驗加深了對知識的理解和掌握， 有效彌補了課內(nèi)實驗學時不足[6，7]。

（三）擴展實踐環(huán)節(jié)訓練模塊設計

擴展性實踐教學主要通過課程設計和生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)，進行較復雜系統(tǒng)設計，進一步拓展視野，提高動手能力。環(huán)節(jié)的緊密相扣使學生在課程中獲得的能力在擴展環(huán)節(jié)中得到強化和拓展。

1. 課程設計

為彌補實驗學時的不足，增加一周課程設計環(huán)節(jié)，進一步提升學生解決復雜工程能力。

課程設計題目難度高于三級項目難度，以結(jié)合實際生產(chǎn)項目為主，兼顧學校設備條件，使學生可以模擬調(diào)試實用性強的項目。為避免部分學生的依賴思想，增加設計題目，減少同組學生的數(shù)量。在校內(nèi)教師和企業(yè)教師的共同指導下，學生以小組為單位完成課題設計來對學生進行綜合性訓練。學生要在一周時間內(nèi)完成參數(shù)計算、設備和元器件選擇、主電路控制電路設計及繪制、PLC控制流程圖及梯形圖的設計繪制、實驗模擬調(diào)試。經(jīng)歷一個完善的工程設計，進行工程師基本素質(zhì)訓練，縮短學生與工程師之間的距離。最后通過答辯環(huán)節(jié)，鍛煉學生的工程表達能力并切實掌握每個學生的參與程度[8]。

2. 生產(chǎn)實習

我專業(yè)生產(chǎn)實習為4周時間，分為校外實習和校內(nèi)實習兩部分，其中校內(nèi)實習又分為單片機模塊和電氣控制與PLC模塊兩部分。在電氣控制與PLC模塊聘請企業(yè)具有高級職稱的技術(shù)人員做實訓教師，帶領學生用一周時間做電氣控制與PLC控制電機正反正控制動力柜的接線。在企業(yè)導師指導下，學生首先建立機電聯(lián)系，進而繪制電氣控制和PLC的I/O接線圖，模擬調(diào)試合格，進入實習室按照國家標準安裝接線。學生動力柜接線圖如圖1所示，生產(chǎn)實習更貼近工廠實際運行情況，鍛煉了學生的工程能力，學生的收獲和反響很好[9]。

三、改進考核方式，建立科學教學評價體系

合理的考核方式可調(diào)動學生的學習積極性，課程組一改傳統(tǒng)一卷定結(jié)果的評價方式，而將能力本位的教學評價體系應用于此門課的學業(yè)評價中。在傳統(tǒng)考核方式基礎上，考核由過程考核和期末集中考試組成，過程考核包括平時成績、實驗成績和三級項目成績。成績分布為平時成績15%，實驗成績10%，三級項目成績25%，期末集中考試成績50%。期末集中考試試卷內(nèi)容減少概念考題所占比例，相應增加應用類考題分數(shù)，重點考核學生對于實際工程案例的硬件配置和軟件設計能力[10]。

平時成績由作業(yè)、考勤、平時表現(xiàn)組成，由任課教師給出。實驗成績雖然只占10%，但是采取一票否決制，實驗考核不及格同學取消理論考試資格，促使學生重視實驗操作，重點考核實驗方案的設計，提高學生實際接線和排障能力。

三級項目考核成績根據(jù)兩個實際項目的完成情況給出，由項目設計過程報告、實驗設計正確性、操作規(guī)范性和最后項目答辯綜合給出成績，以培養(yǎng)學生理論結(jié)合實踐，獨立解決實際問題能力和工程實踐能力。

考核模式的改革理念可推廣到應用性較強專業(yè)課程教學改革中。

四、結(jié)束語

針對“面向技術(shù)”的培養(yǎng)目標和要求，根據(jù)我校實際情況并結(jié)合《電氣控制與PLC》課程的特點， 從教學內(nèi)容、教學模式、實驗和實踐環(huán)節(jié)和課程考核方式等方面進行了改革和實踐，激發(fā)了學生的學習興趣，有效提高了學生實際分析解決工程問題能力、動手能力，創(chuàng)新能力也得到強化和鍛煉。今后把參加課外科技活動與指導學生參加競賽有機結(jié)合起來，進一步激發(fā)學生的創(chuàng)造性。

參考文獻：

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