“新工科”背景下PLC課程虛實結合多層次實踐平臺構建

翁國慶 張有兵

摘? 要：文章提出了一種“新工科”背景下PLC課程虛實結合多層次實踐平臺的構建方案。為突破現有實踐教學環節的局限，方案從PLC基礎實驗平臺、高級實訓硬件平臺、綜合控制系統應用平臺、監控系統應用平臺、靈活自主性創新實踐平臺五個方面，融合“實物”平臺和“虛擬”平臺兩種模式，進行多層次的混合遞進式實踐平臺構建。實踐表明，所提PLC實踐平臺構建方案可實現有效解決現有實踐平臺的多種問題，顯著提升了學生的創新實踐能力。

關鍵詞：新工科;PLC實踐平臺;虛實結合;多層次

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）23-0011-04

Abstract： A construction scheme of PLC multi-level practical platform with combination of virtuality and reality based on the background of new engineering is presented. In order to break through the limitations of the existing practical teaching method， the progressive type PLC practical platform is proposed. On the one hand， the scheme includes five aspects including basic experiment platform， advanced practice platform， application platform of comprehensive control systems， application platform of monitoring system and innovation practice platform. On the other hand， the scheme integrates two modes including full-scale platform and virtual platform. The practice shows that the proposed scheme can effectively solve the problems of the existing PLC practical platform and significantly enhance the students' innovative practice ability.

Keywords： new engineering; PLC multilevel practical platform; combination of virtuality and reality; multi-level

為滿足“新工科”背景下高校培養工程實踐能力較強、理論知識扎實、能夠勝任行業發展需求的高素質應用型人才方面的迫切要求，要求學生具有系統的工程實踐學習經驗，具備設計和實施工程實踐的能力，并能對結果進行分析[1]。實踐教學環節可以加深學生對理論知識和基本概念的直觀理解，提高動手能力，激發創新思維[2]，因此，實踐教學的新理念、新模式對于創新型人才培養具有重要作用。

作為現代工業自動化三大支柱之一，PLC是自動化控制領域一種極其重要的控制設備。同時，PLC類課程的最大特點是應用性、實踐性強，理論和實踐結合得特別緊密[3]。其實踐教學環節對于學生理論結合實際、創新實踐的“新工科”思維和能力的培養作用非常突出。但是，目前國內高校在該課程實踐教學環節的安排普遍存在形式單一、平臺簡單、交互性差、內容與社會需求脫節、學生興趣低、教學效率低下、運行經費不足等問題。隨著社會、企業對高校工科人才實踐創新能力要求的不斷提高，特別是在“新工科”人才培養理念下，為推動科學范式向工程范式轉型，讓學生的學習更貼近實際需求，高校PLC類課程實踐教學體系的建設和優化顯得愈加重要和迫在眉睫。

本文提出遵循“新工科”人才培養理念，對現有PLC類課程的實踐教學環節進行革新，對學校現有“電氣控制PLC實驗室”硬件、軟件進行資源整合、升級和優化，構建一種虛實結合多層次混合遞進式實踐平臺[4]，使相關課程教學更能提升學生實踐創新能力、復雜工程問題解決能力，培養出的專業學生更能適應現代企業、社會的高層次人才需求。

一、虛實結合多層次PLC實踐平臺的構建思路

針對PLC類課程實踐教學環節中普遍存在的上述缺陷，基于實驗室現有實際條件和課程實際教學情況，以新工科人才培養理念為指導精神，構建的虛實結合多層次PLC實踐平臺的框架如圖1所示。

二、虛實結合多層次PLC實踐平臺的構建過程

（一）PLC實踐硬件平臺的整合升級

除常規配置的S7-200 SMART PLC實驗箱，用于相關專業電氣控制與PLC技術課程開展課內基礎實驗的實踐硬件平臺外，實驗室整合升級了一系列PLC高級實訓硬件平臺。

一方面，新購置一批價格較高、綜合性能較好的PLC高級實訓裝置，包括多層電梯、立體車庫、多角度機械臂、物流材料分揀、單容水箱等;另外，整合了早年羅克韋爾公司捐贈學院的一批大型工業控制流水線PLC控制實訓裝置，整套裝置包括物料分揀、傳送加工、機械臂轉移、進庫出庫四個環節。如圖2所示，這些高級實訓裝置均可用于電氣控制與PLC技術課程的課外擴展實踐、PLC控制系統課程設計實踐課程以及專業學生相關課外科技實踐活動等的硬件平臺。