可編程控制器原理與應用課程教學改革模式探究

藕艷萍 張 捷 孟 瑞

（廈門工學院 福建·廈門 361021）

0 引言

“可編程控制器原理與應用”是電氣工程及其自動化等專業的專業必修課程。是電氣工程及其自動化、自動化專業的核心課程，作為機與電的紐帶起到了重要的作用。該課程的培養目標是：掌握電氣設備的使用、安裝、調試、維護等技能，能面向企業、勝任工作的高素質應用型專門人才。可編程控制器原理與應用是繼傳統的繼電器控制之后的一門新的控制技術，已經普遍應用到生產過程的自動化控制系統中，起到了一個非常重要的作用。該課程實用性較強，要求學生在掌握可編程控制器的基本理論知識的基礎上，能夠具有一定動手解決實際控制問題的能力。本課程傳統的教學模式注重理論教學，理論課時占有42 學時，實驗課程僅有6 學時，造成了學生很難將課堂上學習到的理論知識與實踐工業控制過程中需完成的控制任務聯系起來。因此，對“可編程控制器原理與應用”這門課程的教學改革變得十分必要。

1 課程特點和教學目標

“可編程控制器原理與應用”這門課程是自動化相關專業的一門專業課，可編程控制器（簡稱PLC）是從傳統繼電器控制電路的基礎上發展而來的，是以微處理器為核心的工業自動控制裝置，其種類繁多，不同廠家的產品各有特點，有一定的區別，又具有一定的共性。在教學過程中，需要將PLC 的共性講解透徹，又需要提及各種不同類型的PLC 之間主要的區別，使學生學習完這門課程后，能夠選擇某一類型的PLC 解決工業上的控制任務，同時也需要學生具備自學使用其他類型PLC的能力。

首先從專業能力目標（包括知識和技能目標）來說，力求使學生掌握可編程控制器的硬件組成及工作原理，能夠使用基本編程指令及常用功能指令，能夠針對不同的控制任務采用不同的方法編程，具備程序調試模擬的基本能力，初步具備可編程控制系統的設計和技術改造的能力以及具備分析、解決工程實際問題的能力。

其次在方法能力目標，要求學生通過模擬調試，學會發現問題、分析問題和解決問題的學習方法，通過小組學習和討論，培養學生的交流溝通能力及與人共處能力，具有綜合運用知識與技術，從事程度較復雜的技術工作能力，具有獨立進行系統分析、設計、實施、評估的能力，具有獲取、分析、歸納、交流、使用信息的能力，具有自學能力、理解能力與表達能力，具有合理利用與支配資源的能力。

另外從社會能力目標的角度來看，培養學生具有良好的職業道德和愛崗敬業精神，具有團隊意識及妥善處理人際關系的能力，具有溝通與交流能力，具有計劃組織能力和團隊協作能力。通過任務的設定、驅動，培養學生善于觀察、勤于動腦、長于動手的良好學習習慣，培養學生遇到問題會思考、會分析、會總結的綜合素質能力，增強學生的自主學習、不斷探究、勇于創新的意識。

2 教學內容

在以往的課程教學安排中，選用的教材只包括PLC 部分，選修課程也未安排介紹低壓電器的課程，因此學生對于 PLC的作用理解不夠徹底。以三相異步電動機的正反轉控制為例，學生無法很好地理解輸入/輸出分配的含義，同時也無法理解PLC 和電機之間的連接關系。因此在教改中首先更換了教材，選用了既包含繼電器控制電路部分，又包含PLC 部分的教材。其次對于PLC 的型號也做了選擇，以往的教材中介紹的PLC型號為西門子S7300 系列，該系列PLC 為中型機，實現功能更多，指令系統相對比較復雜，學生在學習時不容易掌握。因此，在更換教材時也重點考慮了PLC 型號問題，新選教材既介紹了S7200 系列的小型機，也介紹了三菱公司的FX系列的PLC，這兩類型號的PLC 在如今的市場份額占據較大，也是學生走到工作崗位中碰到概率較大的兩類機型。

3 教學模式

傳統的教學模式主要以教師為主體，課程的大部分知識點均是以課堂講授的方式教給學生，但效果較差，因此對教學模式的改革也很有必要。由于課程的特殊性，主要需要的還是讓學生實際動手去實踐、探索，因此將教學模式改為“教學做一體化”的模式，在教室講完理論知識后，教學場地轉換到實驗室，通過項目化的方式，將知識點貫穿在各個不同的實驗項目中，學生可以自己在電腦上進行編程，配合實驗箱上的模擬仿真模塊對控制項目進行抽象化仿真，理論知識可以得到實際運用，學生在動手的過程中遇到的問題也能及時得到解決，提高了學生課程知識的掌握程度，提高了教學效果。

另外采用項目化教學，把教學內容由章節形式變成了項目形式，共設計了7 個項目，這7 個項目是按照課程定位與目標來設計的，涵蓋了教材所有內容，每個項目均有其專業能力、方法能力以及社會能力目標，把教學內容滲透到項目中，把理論、實驗、實訓統一在項目中去完成。在設計這7 個項目時，按基礎篇、提高篇和應用篇三個階段循序漸進，逐次完成能力和素質的培養。同時還考慮到了其他專業和課時的影響。如：針對定時器的應用，設計了搶答器及LED顯示、交通燈控制模擬系統兩個項目，這樣就可以根據專業和課時靈活選擇一個項目。

4 教學手段

教學手段改革主要采用多種教學方法的混合運用，其中包括項目驅動教學法、案例教學法、探索式教學法等。項目驅動教學法：在課程的宏觀設計中，精選數個工程案例中有代表性的設計項目，如：交通燈控制模擬、機械手控制模擬。項目主題與真實企業生產實際相聯系，學生的學習更加具有針對性和實用性。案例教學法：把每個重要知識點的教學均與案例結合起來，重視學生分析問題、解決問題能力的培養，讓學生了解分析問題的思路，要解決什么問題，如何解決，應用什么理論和方法，并根據分析結果提出針對性的對策和措施，訓練學生綜合運用所學知識去解決實際問題的能力，激發學生學習的興趣和求知的欲望。如：在學習觸點競爭時可用一個點動加長動控制電路為案例進行教學，實現重點和難點的突破。探索式教學法：讓學生通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探索，自行發現并掌握相應的原理和結論。在教師的指導下，以學生為主體，讓學生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發現事物發展的起因和事物內部的聯系，從中找出規律，形成自己的概念。對于同一控制任務，可能會有幾種不同的控制方案，例如：設計一個自動裝卸料系統，可以用經驗法，也可以用順序功能圖法，這樣就可以讓學生去探索各種方案，并探討總結各方案的優缺點，從而培養了學生思考問題、分析問題、解決問題的能力以及創新能力和創新意識。情境教學法：由教師演示一個實驗，或創設一個情境，讓學生進行觀察和體驗，從而加深對知識的理解。如：在講互鎖電路時，為了讓學生深刻理解和正確運用互鎖這一概念，可以創設一個知識競賽的場景，讓學生設計一個搶答器。

通過以上方法的混合靈活使用，使學生在整個學習過程中，不僅需要牢固掌握課堂上所講授的知識，還需要通過查閱網站等手段去擴充視野，及時掌握PLC 的發展動態和前沿知識。整個過程能啟發學生思維，循序漸進地調動學生的求知欲，激發學生的學習興趣以及積極性、主動性。

5 課時安排

為了更好地實施教學內容和教學手段等改革措施，在課時安排上也做了調整。理論課時適當減少，保證理論知識點能夠講完。實驗課程大幅增加，除了課內實驗增加到七個（包含繼電器部分和PLC 部分）以外，還增加了為期一周的課程設計以及18 個課時的認知實訓環節，極大地增加了學生動手的機會，并大范圍接觸到了工業生產過程中常見的控制任務，為以后的相關工作打下了基礎。

6 考核方式

“可編程控制器原理與應用”這門課程傳統的考核方式是期末卷面成績占70%，平時成績占30%，主要包括上課出勤、作業完成情況以及實驗成績，這樣分配的結果是學生只需要在期末考核前認真復習一下就能順利通過考試。因此，在考核方法上也進行了修改，更加注重過程性考核，提高平時實驗、實訓以及作業的占比，督促學生重視平時的學習，多動手多鍛煉。

7 結束語

通過對“可編程控制器原理與應用”這門課程的教學改革，教學效果有了明顯的提升。首先多種教學手段和教學方法綜合運用，學生的學習積極性和主動性被充分調動；其次，理論聯系實踐，教學做一體化教學模式提高了學生的操作能力和實際應用能力；通過對“可編程控制器原理與應用”課程改革，實現了以學生為主體的教學過程，學生能自主完成項目，在掌握理論知識的同時，學習能力、應用能力、創新精神明顯提高，達到了預期的目標。