智能制造工業(yè)4.0時代下電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)方法與實踐改革探索

吳躍飛

摘 要：致力于全面滿足工業(yè)4.0與“互聯(lián)網(wǎng)+”時代高級工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需求，我們面向智能制造的電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)方法與實踐改革，通過優(yōu)化課程體系、創(chuàng)新教學(xué)模式，開展項目化教學(xué)改革，實踐優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案課程體系，凝練特色人才培養(yǎng)方向。該課程改革以增強學(xué)生的核心競爭力和自主創(chuàng)新為目標(biāo)，培養(yǎng)本科生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)改革;電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù);智能制造

中圖分類號：G64? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-9132（2021）25-0007-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2021.25.003

近年來，在發(fā)改委戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的引領(lǐng)下，我國裝備制造業(yè)正在由低端裝備制造向智能制造與智慧化裝備發(fā)展。相比于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，智慧化裝備制造具有明顯的技術(shù)革新：智能的感知控制、全面的互聯(lián)互通、深度的數(shù)據(jù)應(yīng)用、創(chuàng)新的服務(wù)模式等，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)制造的智能化改造，提升產(chǎn)業(yè)價值，激發(fā)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。面向智能制造的相關(guān)本科專業(yè)課程實踐教學(xué)改革受到各高校的重視，本文注重全面深化電氣控制與PLC課程的體系結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法、實踐方式的改革，展開學(xué)科、專業(yè)與行業(yè)前沿跟蹤調(diào)研，結(jié)合當(dāng)前人工智能、智能制造等新興領(lǐng)域需求，進(jìn)一步尋求面向人工智能的智能制造課程發(fā)展方向[1-4]。

南京郵電大學(xué)結(jié)合發(fā)改委規(guī)劃和學(xué)校發(fā)展的現(xiàn)狀，成立了現(xiàn)代工程研究中心。該中心的智能柔性生產(chǎn)制造平臺通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將狀態(tài)感知、傳輸、計算與制造過程融合起來，實現(xiàn)機加工設(shè)備、實體倉庫、AGV小車等單元模塊之間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。平臺集合工業(yè)機器人、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、仿真及機器視覺等技術(shù)，構(gòu)建了從感知、分析、決策到精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)的生產(chǎn)管理體系。本文從測試技術(shù)與儀器專業(yè)出發(fā)，依托于南京郵電大學(xué)工程中心，引入了很多智能制造方面的教育培訓(xùn)儀器，完成了多個中試和產(chǎn)業(yè)化示范裝置，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的實驗實踐能力。

一、電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程主要現(xiàn)狀

本課程是電氣自動化、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的課程體系中的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及內(nèi)容十分廣泛，包括電機與拖動、機械裝備自動化、機電一體化技術(shù)、機械CAD/CAM、精密加工工藝、數(shù)控技術(shù)與裝備等。該課程通過開展精品開放課程建設(shè)，以國家精品開放課程相關(guān)精神為指導(dǎo)，建設(shè)視頻公開課和資源共享課，打造課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和資源共享平臺。本課程建設(shè)中也存在一些問題和不足之處，主要包括[5-6]：

第一，理論教學(xué)方面不足，授課內(nèi)容單調(diào)。在以往的教學(xué)中，本課程中的基本概念、基礎(chǔ)理論和公式推導(dǎo)比較多，從而導(dǎo)致學(xué)生在聽課中感到枯燥乏味。同時，本課程的潛力尚未完全發(fā)揮，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣激勵機制尚需進(jìn)一步完善。

第二，高校中既能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力又擅長將課程理論和實踐結(jié)合的復(fù)合型教師較為稀缺，導(dǎo)致很多具有工程應(yīng)用前景的課程多數(shù)停留在理論階段，難以實驗和應(yīng)用，從而更難培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。同時，由于一些教育培訓(xùn)儀器中部分核心功能的技術(shù)壁壘問題，教學(xué)成果難以及時下放到測試與實際生產(chǎn)中。從科技理論成果到產(chǎn)品化需要一個中間環(huán)節(jié)，但目前多數(shù)高校針對這一中間環(huán)節(jié)尚缺少相關(guān)教學(xué)模式及教學(xué)機制，導(dǎo)致現(xiàn)代制造業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程受阻。

第三，目前教學(xué)過程中過分強調(diào)抽象的理論和繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，理論與工程應(yīng)用實際相脫節(jié)。專業(yè)核心課程教學(xué)質(zhì)量是影響學(xué)生學(xué)業(yè)能力的主要因素之一，必須下決心改革過時的教學(xué)模式和考核方式，進(jìn)一步加強和推進(jìn)教學(xué)研究與改革、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)工作。在當(dāng)前學(xué)生培養(yǎng)模式中如何推進(jìn)和落實現(xiàn)代高等教育所倡導(dǎo)的學(xué)生為中心、面向產(chǎn)出和持續(xù)改進(jìn)等先進(jìn)理念，強調(diào)高校人才培養(yǎng)要面向社會需求是一個亟待解決的問題。

二、課程教學(xué)實踐改革

該課程改革以增強學(xué)生的核心競爭力和自主創(chuàng)新為目標(biāo)，培養(yǎng)本科生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，具備對智能制造領(lǐng)域進(jìn)行共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新的能力，并能在智能制造產(chǎn)業(yè)方面解決技術(shù)瓶頸問題。全面深化本課程的體系結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法、實踐方式的改革，以面向未來、適應(yīng)需求、引領(lǐng)發(fā)展、理念先進(jìn)、保障有力的一流國家精品課程為建設(shè)目標(biāo)，展開學(xué)科、專業(yè)與行業(yè)前沿跟蹤調(diào)研，結(jié)合當(dāng)前人工智能、智能制造等新興領(lǐng)域需求，進(jìn)一步探索面向人工智能的智能制造課程發(fā)展方向;更新教學(xué)內(nèi)容，并建成本課程優(yōu)秀創(chuàng)新教學(xué)團(tuán)隊，創(chuàng)新培養(yǎng)模式，注重實踐教學(xué)、研究性教學(xué)和信息化教學(xué);健全教學(xué)質(zhì)量保障機制。

該課程改革項目實施，通過產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合，以現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)為立足點，致力于全面滿足工業(yè)4.0與“互聯(lián)網(wǎng)+”時代高級工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需求，通過優(yōu)化課程體系、創(chuàng)新教學(xué)模式，將本專業(yè)建成國內(nèi)同類高校中特色鮮明、人才培養(yǎng)質(zhì)量高、廣受社會歡迎的專業(yè)，逐步達(dá)到國內(nèi)一流水平。本課程的發(fā)展與建設(shè)按照任務(wù)目標(biāo)有序推進(jìn)，分項任務(wù)進(jìn)展情況如下：

（一）優(yōu)化課程體系內(nèi)容，增強新穎性和實用性

面向智能制造的電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)方法與實踐改革以現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)為立足點，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力，教師將自身科研和學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，帶動學(xué)生提升其工程實踐創(chuàng)新水平。改革和創(chuàng)新實踐教學(xué)模式，積極開展第二課堂和課外實踐活動，實施本科生進(jìn)團(tuán)隊，科研反哺教學(xué)、產(chǎn)教融合，依托教師承擔(dān)的與本課程相關(guān)的課題，發(fā)揮本科生創(chuàng)新能力和工程實踐能力，更新教學(xué)資源，帶動學(xué)生提升其工程實踐創(chuàng)新水平。

（二）以學(xué)生為中心，引入仿真軟件，改善教學(xué)效果

課堂教學(xué)中將引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行階段性總結(jié)，通過繪制思維導(dǎo)圖的方式將所有知識點進(jìn)行串聯(lián)。通過更多的案例式教學(xué)，以學(xué)生解決工程問題為導(dǎo)向，提升學(xué)生解決實際問題的應(yīng)用能力。加深學(xué)生的理論分析，引導(dǎo)學(xué)生掌握現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的手段。在實驗教學(xué)過程中，盡量讓學(xué)生多動手，借助于實際系統(tǒng)，讓學(xué)生對電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)有感性的認(rèn)識。除了加大重點難點的授課時間和輔導(dǎo)答疑時間以外，還要充分利用多媒體課件來彌補傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足。同時，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)增大教學(xué)信息量并擴(kuò)充理解課堂教學(xué)內(nèi)容的渠道。