可編程控制器課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

祝麗

摘 要 社會(huì)需要大批自動(dòng)控制技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人才，而高等學(xué)校作為培養(yǎng)人才的搖籃，必須承擔(dān)起高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重任。可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的自動(dòng)控制設(shè)備，也是幾乎所有高校和中等職業(yè)學(xué)校電氣工程類專業(yè)都開(kāi)設(shè)的必修課，“可編程控制器”作為一門專業(yè)技術(shù)性很強(qiáng)的課程，其實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)起到非常重要的作用。國(guó)內(nèi)外高校、企業(yè)培訓(xùn)部門和社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)都有開(kāi)展可編程控制器應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)，其實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)大多數(shù)是項(xiàng)目比較單一，相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多數(shù)都是教學(xué)儀器設(shè)備廠定制，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容以驗(yàn)證性為主，學(xué)生的可自主選擇性少，可變性差，在一定程度上影響了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。本文通過(guò)分析可編程控制器實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，結(jié)合我們學(xué)校自身的特點(diǎn)，對(duì)“可編程控制器”實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了研究和摸索，提出了一套相對(duì)新穎的改革創(chuàng)新方案。

關(guān)鍵詞 可編程控制器 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué) 探索

中圖分類號(hào)：G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1“可編程控制器”課程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀及問(wèn)題

根據(jù)目前高校的具體實(shí)際情況，加上師資力量、傳統(tǒng)觀念、統(tǒng)籌資金等方面的原因，可編程控制器實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：

第一，教師自身的實(shí)踐能力有待提高。目前高校工科類教師理論知識(shí)能力較高，實(shí)踐能力缺乏，能滿足實(shí)踐過(guò)程中實(shí)訓(xùn)技能要求的人數(shù)比例不高，尤其是較多的年輕教師缺乏實(shí)踐教學(xué)的專門訓(xùn)練，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較為薄弱，對(duì)于平時(shí)在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的各種各樣的實(shí)際問(wèn)題難以解釋與解決。

第二，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視不足，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容缺乏新意。由于教學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)受“應(yīng)試教育”思想的影響，傳統(tǒng)的課程教學(xué)往往重視理論教學(xué)，即使設(shè)置了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，很多實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證性為主，學(xué)生只要根據(jù)教師的步驟和方法就能把實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中自然也失去了主體的地位，只注重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，缺乏對(duì)原理的分析，更談不上對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

第三，實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)陳舊，大型整體性設(shè)備難以及時(shí)更新。目前高校實(shí)驗(yàn)室選擇的可編程控制器實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多是教學(xué)儀器設(shè)備廠定制的機(jī)柜式實(shí)驗(yàn)臺(tái)（或?qū)嶒?yàn)箱），這類設(shè)備可開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是定型的，可擴(kuò)展性差、靈活可變性差，不利于學(xué)生開(kāi)展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。對(duì)于日益更新的知識(shí)體系，實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)備價(jià)格相對(duì)高昂，經(jīng)常得不到及時(shí)的更新，同時(shí)由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題很多高校的可編程控制器實(shí)驗(yàn)室設(shè)備臺(tái)套數(shù)不能滿足學(xué)生人手一套，這樣真正參與到實(shí)驗(yàn)中的同學(xué)只有少部分，大部分學(xué)習(xí)興趣不高的學(xué)生沒(méi)有參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)。

第四，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制與考核辦法，現(xiàn)行可編程控制器課程的評(píng)價(jià)往往以理論考核為主，而實(shí)踐教學(xué)的考核作為輔助，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)很難準(zhǔn)確的給出學(xué)生相對(duì)客觀的實(shí)踐教學(xué)成績(jī)，也制約了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革創(chuàng)新。

2可編程控制器實(shí)踐教學(xué)改革的措施

2.1師資隊(duì)伍建設(shè)確保教師實(shí)踐教學(xué)的主導(dǎo)工作有效進(jìn)行

快速的知識(shí)更新時(shí)代，往往會(huì)讓教師原本儲(chǔ)備的實(shí)踐教學(xué)知識(shí)變得落后，為了能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的更新，首先高校應(yīng)該鼓勵(lì)教師去專業(yè)對(duì)口的企業(yè)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)習(xí)，了解現(xiàn)在企業(yè)在使用什么樣的可編程控制器，在工作過(guò)程中需要具體掌握哪些實(shí)用性的操作，這不僅僅有利于教師自身理論知識(shí)的升華，提高自身的實(shí)踐動(dòng)手能力，更有助于教師在課堂實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中幫助學(xué)生更好的理解知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也能幫助學(xué)生提高動(dòng)手能力、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力;其次高校應(yīng)該邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)水平超高的研發(fā)人員到校內(nèi)進(jìn)行講座，介紹實(shí)踐方面經(jīng)驗(yàn)。

2.2加重實(shí)踐教學(xué)課時(shí)的比例，理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生在“學(xué)中做，做中學(xué)”中體驗(yàn)實(shí)踐學(xué)習(xí)的樂(lè)趣

首先，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)比例有原來(lái)的3：1調(diào)整到現(xiàn)在的1：1，增加了實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)數(shù);其次，課時(shí)安排也有傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的分開(kāi)上課調(diào)整為了理論課和實(shí)踐課一起上，每次4課時(shí)，講完理論內(nèi)容直接操作實(shí)驗(yàn)，在理論講課中滲透實(shí)驗(yàn)的原理，在實(shí)驗(yàn)中遇到深?yuàn)W的理論問(wèn)題可以根據(jù)實(shí)踐具體內(nèi)容再次展開(kāi)，讓理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)充分結(jié)合，相輔相成，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和實(shí)踐內(nèi)容的深刻理解，更好的萌發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維;再次，通過(guò)增加實(shí)踐課時(shí)、理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，他們通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目的邊學(xué)邊做，體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)的快樂(lè)，讓學(xué)習(xí)變得更為主動(dòng)，這也為今后的走上工作崗位的自主學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2.3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新設(shè)計(jì)使實(shí)踐學(xué)習(xí)更豐富，更有選擇性

可編程控制器課程具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型分為：基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、工程應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)三大類，各類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的組成框架如表1。

表1：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成框架

基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)設(shè)置10～12個(gè)，主要結(jié)合可編程控制器的編程軟件操作、基本位邏輯指令應(yīng)用、定時(shí)/計(jì)數(shù)器指令應(yīng)用、順控指令應(yīng)用、功能指令應(yīng)用、程序控制類指令應(yīng)用、模擬量信號(hào)處理應(yīng)用、高速脈沖處理應(yīng)用和通信類指令應(yīng)用等幾大塊知識(shí)點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，研制配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材，編寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，錄制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的視頻教程。通過(guò)這些基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，讓學(xué)生能快速掌握可編程控制器的基本應(yīng)用方法。

綜合型實(shí)驗(yàn)設(shè)置6～8個(gè)，主要結(jié)合可編程控制器在一些典型的機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，如：多級(jí)傳送帶控制、多軸機(jī)械手臂控制、物料分揀系統(tǒng)控制、恒壓供水系統(tǒng)控制、恒溫系統(tǒng)控制、噴泉系統(tǒng)控制、電梯系統(tǒng)控制等，編制具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將變頻器、觸摸屏等設(shè)備集成到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，通過(guò)綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生能掌握可編程控制器在一個(gè)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力。

工程應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)設(shè)置3～5個(gè)，結(jié)合行業(yè)、企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，編制能模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如：污水處理工程、化工冶金工程、模具加工和工業(yè)機(jī)器人控制等，將工業(yè)組態(tài)技術(shù)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，通過(guò)項(xiàng)目訓(xùn)練，提高學(xué)生工程應(yīng)用能力。

2.4開(kāi)發(fā)模塊化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備使實(shí)踐教學(xué)更具創(chuàng)造性和靈活性

結(jié)合可編程控制器實(shí)踐性、工程性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，摒棄傳統(tǒng)的使用大實(shí)驗(yàn)臺(tái)（實(shí)驗(yàn)箱）做一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，重新梳理課程的理論知識(shí)點(diǎn)和實(shí)踐技能點(diǎn)，研究設(shè)置菜單式的、可讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提供模塊化、組合式、 “積木”式的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈活多變性，突出對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。我們研制開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是基于小型網(wǎng)孔板式的、模塊化、組合式的設(shè)備套裝，如圖1，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，自由組合需要的實(shí)驗(yàn)套件，另外配套一些機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置（如圖2），可以開(kāi)展從基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)到綜合型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和實(shí)操訓(xùn)練。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)備套裝，一方面有助于學(xué)生掌握基于可編程控制器的電氣控制系統(tǒng)硬件線路的安裝技能的訓(xùn)練，另一方面有助于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2.5虛擬仿真與實(shí)驗(yàn)室的放開(kāi)促進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)

由于可編程控制器課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，實(shí)驗(yàn)只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，學(xué)生在課外對(duì)于自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果想要驗(yàn)證只能到實(shí)驗(yàn)室操作，現(xiàn)在我們讓學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬仿真，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等教學(xué)手段，在教師指導(dǎo)下，根據(jù)要求可自主的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)、完成課題的各項(xiàng)要求，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。通過(guò)仿真軟件，同樣可以起到很好的實(shí)踐內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果。同時(shí)可編程控制器課程實(shí)驗(yàn)室定期進(jìn)行開(kāi)放，考慮到該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)有較多的強(qiáng)電內(nèi)容，安全要求較高，需要有專業(yè)老師值班指導(dǎo)，對(duì)于有興趣學(xué)習(xí)該課程的同學(xué)提供了良好的實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

2.6科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系能夠保障實(shí)踐教學(xué)的順利開(kāi)展

可編程控制器課程的考核分為理論教學(xué)考核和實(shí)踐教學(xué)考核，比例為1：1。理論成績(jī)通過(guò)期末考試給出，而實(shí)踐成績(jī)由實(shí)踐操作、實(shí)踐考試、實(shí)踐課程設(shè)計(jì)三部分組成，比例為4：3：3。實(shí)踐操作的成績(jī)根據(jù)每次課的課堂表現(xiàn)，如硬件連接、程序代碼輸入、程序讀取及程序運(yùn)行是否熟練，運(yùn)行調(diào)試是否正常，故障分析是否正確、故障的排除方法是否準(zhǔn)確，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際完成情況打分;實(shí)踐考試部分相對(duì)復(fù)雜，考核會(huì)出幾套試卷，采取抽簽的方式，一人一組，獨(dú)立完成，教師根據(jù)實(shí)踐考試操作完成的情況和試卷內(nèi)容作答情況得出成績(jī);課程設(shè)計(jì)部分會(huì)先進(jìn)行分組，課題組通過(guò)選題、找資料、提出設(shè)計(jì)方案、完成調(diào)試、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，教師通過(guò)對(duì)組員進(jìn)行一對(duì)一的答辯，給出分項(xiàng)的成績(jī)。實(shí)踐證明，通過(guò)量化的考核方式有利于提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)及公平意識(shí)。

綜上所述，經(jīng)過(guò)幾年的努力和摸索，可編程控制器課程的實(shí)踐教學(xué)改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，開(kāi)發(fā)適應(yīng)學(xué)生成長(zhǎng)規(guī)律的、循序漸進(jìn)的、多層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)研究開(kāi)發(fā)可供學(xué)生自主選擇、自由組合式的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備，加上科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)和提高可編程控制器應(yīng)用技術(shù)方面的專業(yè)人才培養(yǎng)，為企業(yè)輸送更多的應(yīng)用型、技能型人才。

基金項(xiàng)目：浙江省實(shí)驗(yàn)室工作研究項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

[1] 李崇華.可編程控制器原理及應(yīng)用課程體系的建設(shè)與探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2018（07）：20-22.

[2] 劉長(zhǎng)欣，郭改文.利用虛擬仿真技術(shù)提升實(shí)踐教學(xué)的時(shí)效性[J].河南教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，28（04）：64-67.