地方院校《電氣控制與PLC》課程實驗教學改革實踐
——以河西學院為例

張 靜 李 成 虎 盛 海 龍 石 玉 軍

（河西學院物理與機電工程學院，甘肅 張掖 734000）

當前創新創業已經成為世界經濟發展的重要原動力，我國將創新創業教育作為高等教育的核心環節.在高校工科人才培養的過程中，實踐教學是激發學生學習興趣，培養學生實踐動手能力和創新創業能力的重要載體，實踐教學在“雙創”人才培養中發揮著重要的作用［1-2］.

《電氣控制與PLC》是河西學院電氣工程及其自動化、自動化、機械設計制造及其自動化等工科專業的一門核心課程.該課程理論和實踐結合緊密，要求學生不僅要掌握理論知識，同時還需具備較強的實踐動手能力和解決工程實際問題的能力，其理論學時為48，實驗學時為16.隨著控制技術的不斷發展，該課程原有的實驗教學已不能滿足社會對PLC技術人才的新需求.本文結合多年的教學實踐，在分析該課程實驗教學現狀的基礎上，以學生為主體，教師為主導，從實踐教學平臺、教學內容、教學方法、考核評價4個方面進行了實驗教學改革，以改善實驗教學效果，最終提高工科專業的人才培養質量和學生就業的核心競爭力.

1 《電氣控制與PLC》實驗教學中存在的問題

1.1 實驗設備陳舊

河西學院《電氣控制與PLC》實驗以往采用的是天煌教儀THNXZ-1型現代工業綜合自動化控制實驗平臺，如圖1所示.該實驗設備相對陳舊，臺套數不足.主要采用模塊式、組合式、插孔式的結構，生產廠家出于學生實驗安全方面的考慮，將所有的控制電器元件及其內部連線全部封閉在控制臺或掛箱內.學生在實驗過程中，只能通過控制臺或掛箱表面的插線孔，實現控制線路的連接.因此，學生在完成PLC實驗之后，對電氣控制線路中的接觸器、繼電器、熔斷器、S7-200PLC（CPU224）等電器元件的結構組成、工作原理及外部連線，仍然不清楚.這就導致學生將來面對真實的低壓電器時，還是無從下手，人才培養結果與行業企業的崗位素質要求相差甚遠，不利于實現學校和企業的無縫對接.

圖1 教改前使用的實驗臺及掛箱

1.2 實驗內容缺乏層次性

之前開設的實驗項目中，驗證性實驗偏多，綜合性實驗偏少.實驗內容與理論教學的銜接不夠緊密. 部分學生較難理解的重點理論知識，在實驗中沒有涉及. 實驗內容的層次性不強，如關于S7-200PLC控制部分，1個實驗項目中只有1項實驗內容，有些較難的實驗項目反而安排在課程前面，這不利于初學者對基礎編程的熟練掌握和循序漸進地學習，也不利于區分學生的實驗成績.部分實驗內容使用的指令不豐富，雖然程序較長，但只是簡單的邏輯重復，對培養學生的創新思維意義不大.

1.3 教學方法單一，教學手段落后

實驗教學中“互聯網+”的信息技術應用較少，“以學生為中心”的教學理念體現不足.傳統的實驗教學模式是：課前，教師布置實驗項目，讓學生根據教材撰寫實驗預習報告；課中，教師講解實驗目的、原理、操作步驟，演示儀器操作，強調注意事項，學生按實驗步驟操作、記錄實驗現象和數據，教師巡視指導；課后，學生撰寫實驗報告，教師批改.實驗期間由于實驗條件所限，部分學生無法在現場完整清晰地觀看教師的操作演示過程，使教師在學生實際操作期間，不斷地重復解答學生提出的相同問題，耗時耗力，學生的學習效率降低.另外，由于實驗設備臺套數不足，實驗分組多為2人或3人一組，同組同學往往相互依賴，投機取巧，主動性和自覺性差的同學，其實踐動手能力根本得不到鍛煉與提高.

1.4 考核評價方式單一片面

《電氣控制與PLC》實驗成績主要通過實驗報告（50%）+實際操作（50%）進行評定.一方面，由于設備數量少，學生不能單人單組操作，在有限的時間內，教師無法對學生在實驗過程中的表現進行詳細的考察；另一方面，由于實驗內容單一，學生相互抄襲實驗報告，老師給出的實驗成績往往缺乏客觀公正性.這樣的評價方式容易造成評定成績的隨意性和無差異性，也不利于調動學生學習的積極性和主動性.

2 《電氣控制與PLC實驗》教學改革實踐

2.1 設計制作低壓電氣控制實訓臺

由于原有的實驗教學平臺過于程式化、缺少靈活性和適應性，為此課程組設計制作了20個HXUDDK-1型低壓電氣控制實訓臺.該實訓臺主要由網孔板、實訓桌和元件儲存柜組成，其結構如圖2所示，開設的實驗項目詳見表1所示.借助該實訓臺，學生可結合電氣控制原理圖，自主選擇獨立的真實電器元件，在網孔板上進行電氣元件的布局、安裝、走線.通過組裝實驗，學生既可以熟悉各種電器元件（接觸器、繼電器、熱繼電器、熔斷器、斷路器、各種傳感器、三相異步電機、S7-200PLC SMART、變頻器、觸摸屏、步進電機等）的結構組成、工作原理、外部接線和正確選擇，又有助于理解鞏固《電氣控制與PLC》課程的理論知識，使學生的實踐動手能力、創新思維和解決實際工程問題的能力得到了鍛煉和提高.此外，該實訓平臺還可供電氣類、自動化類、機械類等工科相關專業學生用于課程設計、畢業設計和學生課外創新實踐.

圖2 HXUDDK-I型低壓電氣實訓臺

表1 HXUDDK-I型低壓電氣實訓臺實驗項目表

2.2 優化實驗內容

針對原有實驗內容少，設計缺乏層次性，學生對基礎知識理解不透，靈活應用性差等問題，課程組緊密結合《電氣控制與PLC》課程的理論教學，對實驗內容重新設計，教學改革前后的實驗項目對比情況詳見表2.從表2可以看出：（1）對原有部分實驗內容進行整合或刪除，如將原有“定時器/計數器功能模擬”融合到了“S7-200基本指令編程練習”中.（2）按照由易到難、由簡單到復雜的規律調整實驗順序，如將“裝配流水線控制的模擬”實驗調換到了“十字口交通燈控制的模擬”的前面.（3）注重實驗內容的多樣化和編程基礎的練習，如將原有的“基本指令編程練習”和“定時器/計數器功能模擬”2 個實驗項目，增加為“S7-200 基本指令編程練習1”“S7-200 基本指令編程練習2”“S7-200 功能指令練習1”和“S7-200功能指令練習2”4 個實驗項目，且每個實驗項目中又包含4～6 項實驗內容.（4）學生在理論學習過程中，對繼電接觸器控制系統和PLC控制系統的區別與聯系總是理解不透，特增加了“基于S7-200PLC的三相異步電機Y/△換接起動控制”.教改后的實驗教學內容更加符合學習規律，有效地加強了學生對理論知識的理解、融會與貫通，學生成績評定的區分度明顯增加.

表2 教學改革前后實驗項目對比表

2.3 轉變教學模式

“互聯網+”信息技術在教學方面應用日漸成熟，課程組針對實驗教學中存在的問題和教學目標，在PLC實驗教學中采用了基于微視頻的線上線下混合式教學模式.

2.3.1 制作微視頻，加強線上資源建設

在傳統實驗教學中，教師對實驗設備的操作說明，常常會占用較多的課堂時間，使學生實際操作的時間減少.為優化學時分配，給學生提供更多的實踐鍛煉機會，課程組加強了線上學習資源的建設，錄制了關于實驗設備規范操作的微視頻（10min）.該視頻可使學生清晰、直觀地看到接線、調試等操作全過程，對部分關鍵操作、危險操作、常見錯誤和注意事項重點強調.課前，教師將學習任務、目標要求、實驗微視頻、課件講義、練習測試等資料發布至雨課堂，要求學生課前完成，并進行測試，檢測學習效果［3-5］.線上教學資源可供學生隨時反復觀看，既有利于不同層次的學生進行個性化學習，又有效解決了實踐操作時間不足的問題.

2.3.2 以“學生為主體、教師為主導”的實驗課堂

實驗課堂貫穿以“學生為主體、教師為主導”的教學理念，首先通過指定的實驗小組講解實驗目的、原理、儀器裝置和操作步驟，教師點評，教師對課前預習情況進行督促和檢查.實際操作期間教師指導學生觀察現象、做好記錄、認真思考，當發現操作錯誤時，引導同組同學糾正錯誤.實際操作結束后，為鞏固實驗教學效果，教師針對實驗教學內容，借助雨課堂進行5min的小測試.教師評閱完實驗報告后，要進行點評與總結，將存在的問題及時向學生反饋，對學生的疑問進行在線交流答疑.

2.3.3 課后拓展

為激發學生參與綜合性與創新性實驗的熱情，進一步提升學生的創新能力和解決復雜工程問題的能力.在課程內涵提升的同時，積極拓展課程外延，對部分學有余力的學生，通過課后自主實踐的方式繼續深入學習，其實施過程為：設計實驗方案—教師審核—實驗預約—線上交流—現場調試，在此基礎上，教師可鼓勵這部分學生積極申報大創項目、科技立項或參加學科競賽.

2.3.4 考核評定

傳統的PLC實驗課程考核主要基于實驗報告和現場操作，成績更多由教師基于主觀判斷進行評定.采用混合式教學后，學生整個學習過程（學生課前預習、實驗操作、報告提交、課后答疑交流、過程測試），可以通過量化的形式記錄下來，為過程性評價與總結性評價相結合的多元考核方式，提供了依據［6］.目前采用的具體評價方式如圖3所示.其中實驗報告成績包括教師評閱成績和學生互評成績兩部分；期末考試主要依據開設的實驗項目命題，其中既包括理論知識的筆試，又包括現場操作，考試時長約為1小時.這種多元化的考核評價方式，使學生成為了學習的主人，既能充分調動學生的熱情和學習主動性，較好地實現了實驗課程教學目標，又在一定程度上保證了評價的客觀性和公正性.

圖3 實驗成績評價方式圖

3 實驗教學改革的效果

通過對《電氣控制與PLC 實驗》從實驗平臺、教學內容、教學方式及考核評價四個方面進行的改革，在教學實踐中收到了良好的效果：（1）實驗環境更加貼近工程實際，學生對《電氣控制與PLC》理論知識了解的更直觀、更全面、更深入.（2）加強了師生互動和生生互動，提高了實驗課堂的學習效率，有效地調動了學生的學習興趣及主觀能動性.

（3）培養了學生的獨立思考、創新思維，提高了學生的實踐創新能力和解決工程問題的能力.

4 結語

本文結合河西學院工科專業《電氣控制與PLC》實驗教學的現狀，對其進行了教學改革，雖然取得了較好的教學效果，但在很多方面依然不夠完善，對教師和學生也提出了一些新挑戰，希望能為開設該實驗課程的高校提供有益的借鑒，使得此類實驗教學改革更上一個臺階.