地方院校机床电气控制课程教学研究探析

2013-11-20黄卉，程顺

肇庆学院学报 2013年5期

关键词：电气控制机床教学内容

黄卉，程顺

(肇庆学院 a.电子信息与机电工程学院,b.计算机学院,广东肇庆 526061）

1 概述

机床电气控制是机械设计制造及其自动化专业的主要专业课程,它涉及机械学、电子学、控制学、计算机技术等众多学科,是高度综合和交叉的专业技术课程.笔者通过调研和参加研讨会等形式，了解到机床电气控制课程在地方高校教学中主要存在以下问题：

1）机床电气控制教材虽然种类繁多，但是教材的针对性不强.大部分教材对不同种类高校和不同培养目标往往未做区分，基础理论知识详略不当.现代科学技术发展迅速，新知识、新技术层出不穷，而很多教材知识陈旧，已难以跟上科技发展的步伐.

2）广东部分地方高校受教学经费所限，在教学手段现代化方面还做得远远不够，教学与实验手段均比较单一.学生的主体作用在教学中常常被忽视，这使得机床电气控制这门原本非常实用、有趣的课程，在实际教学中却难以收到良好的教学效果，学生能力也得不到相应的提升.

3）理论与实践教学相脱节，有些教学内容过于偏重理论教学，学生无法从中感受到理论知识对实践的指导作用，这既影响学生的学习兴趣，也影响其学习效果.

鉴于以上几点，笔者从教学基本思想与原则、教学内容、教学方法等方面入手，探究机床电气控制的教学改革问题.

2 地方高校机床电气控制课程的教学指导思想与原则

教育部将我国大学划分为3类：分别是研究型大学、研究教学综合型大学和一般教学型大学.其中“985工程”和“211工程”这类国家重点高校为研究型大学，其他高校或者归为综合型大学，或者归为教学型大学，地方高校归类为教学型大学.研究型或综合型大学的生源质量无疑会优于教学型地方高校，这2类院校学生的英语和数学基础知识非常扎实；此外，研究型大学的学科门类齐全，科研力量强，科研水平高，对教学科研的资金投入大，而地方高校在这些方面完全无法与之相提并论.正因如此，地方院校与研究型大学在教学指导思想、教学内容和培养目标方面均有很大不同.地方院校如若照搬重点高校的教材，采用与重点高校类似的教学计划，不切实际地让学生一味加强理论知识的学习，则对于应用型人才的培养是极为不利的.

在对地方高校的教学指导思想有了正确认识之后，对其培养目标也必须有准确清晰的认识.研究型和综合型高校主要培养研究型人才，其中很多学生将通过考研、考博继续深造；而地方高校以培养应用型人才为主，需要适应社会和地方经济建设对人才的需求，学生要掌握一定的基础理论知识，学生对基础知识的掌握应以必需和够用为度，教师授课时对理论公式不做演绎性推导，教学以培养学生的工程设计能力和动手能力为主.

机床电气控制课程的教学改革应以服务地方经济和培养应用型高素质人才为主导思想，教师应根据目前的行业标准和实际所采用的技术组织教学,不能盲目拔高，也不能盲目照搬研究型大学的教学内容和教学方法.

基于以上指导思想，机床电气控制课程应遵循以下教学原则：

1）课程教学中不对理论知识作深入探讨，坚持以培养实践能力为中心、以案例为导向的原则，让学生在案例讲解中学习掌握理论知识，讲授理论知识以必需和让学生够用为指导思想.

2）教学中应突出学生的主体地位，建立“学做合一”的教学模式，对学生采取因材施教的方法，以促进其专业技能及关键能力的培养；此外，教师还可通过小课题、小设计、小制作激发学生的学习兴趣，使之从被动学习转变为主动学习.教师要改变传统的“灌输式”教学方式，积极探索和实施“以问题为中心”的自学讨论法和引导归纳法，采用多种形式相结合的教学模式，构建以教师为主导、学生为主体的教育模式，着力培养学生的创造性思维及自主、持续学习的能力[1].

3）机床电气控制课程教学难度较大，是一门实践性很强的学科.该课程考核时应以学生的创新思维、设计观念、方案可行性作为主要考核内容.理论考核所占比例为30%，实践考核则占70%.

3 教学内容的调整

机床电气控制课程涉及的知识面较广,如果按照传统的教学方法组织教学,学生普遍会感到较难理解并产生畏难情绪.为了使学生能较好地掌握相关理论知识和实践操作技能,在教学改革过程中,选择教学内容应根据各专业所对应工作领域对能力的要求进行取舍.保留与特定教学目标相关的部分,舍去无关部分,整合关系不密切的部分.

机床电气控制课程包含2个部分：第1部分是继电接触控制原理与应用，介绍电器元件的结构与工作原理、基本控制环节、典型机床的控制线路分析和电气控制线路的设计；第2部分是可编程控制器的原理与应用，介绍可编程控制器的工作原理、指令系统、梯形图编制、典型系统的控制方式和可编程控制器控制系统的设计步骤等.2个部分中均涉及到典型系统的控制方式，对控制系统的工作原理介绍得比较详细，但对具体实例中机床、设备的结构和工作原理介绍得较少.在维系知识结构系统性和完整性的前提条件下，不同专业在选择具体案例时应注意结合本专业的特色，在教学大纲或教材使用说明中注明专业范围内应理解、掌握并能应用的知识点.

根据机电一体化专业教学改革的需要，为了满足我校的人才培养目标要求，我们对教学内容做了如下改革：

1）适当调整教材内容.教学内容要与时俱进，体现最新的科学知识，我们将教材中已过时的知识予以删除，把与专业相关的新知识、新技术、新工艺、新方法及时补充进去，使教学内容能与时代发展同步.我们的具体做法如下：在教材的选择上进行了调整，积极选用并自编含有最新PLC技术理论和实例的教材，采用了比较适合机械设计制造及其自动化专业学生学习的教材《工厂电气与PLC控制技术》[2].在安排课程内容时，更偏重于PLC相关内容的讲解，对机床电气部分的内容予以弱化.所谓弱化是指可将一些基础电路结合到实际机床电路分析中，这样不仅可以节省课时，也便于学生更好地掌握机床电路的分析方法.针对工业企业生产自动化的现状，我们选择目前应用最广泛且具有良好发展前景的三菱FX2N小型PLC、欧姆龙和西门子S7-200 PLC作为教学内容.

由图6可知，发酵温度对黄精酸奶稠度的影响较显著，发酵温度为42℃时酸奶的稠度最大；黄精酸奶坚实度的变化受发酵温度的影响较小，变化不明显，当42℃发酵温度时黄精酸奶坚实度较高，试验发现黄精酸奶的稠度受时间的影响较大，而坚实度的变化不明显；且研究数据表明黄精酸奶的稠度和坚实度测量值与感官评分具有较好的相关性。李思宁等人[11]研究表明，发酵温度在小范围波动时对酸奶的质构影响不大，波动范围大时则有较大的影响，黄强等人[12]的研究也发现随着发酵温度的升高，凝固型酸奶的硬度有增加趋势，这与该试验的研究结果相同。

我们还在教学中删减了部分传统接触继电器的控制内容，如20世纪六七十年代的机床电气控制内容，增加了电力拖动基础知识的介绍，还增加了机床电气的安全性、可靠性等内容.编程器的相关内容已经过时，也予以删除；拓展增加了PLC应用技术知识、联网通讯协议、人机界面、组态王的应用等内容.

2）适当调整教学内容中理论教学与实践教学的比例.增加实践教学环节，突出应用性和实践性.

本校采用的是三菱公司的FX2N-64MR型PLC进行教学，它与上位计算机通过RS232C进行连接,只要在计算机上运行Fxgpwin软件，就可编辑、修改甚至监控程序的运行；然后再将PLC的输入、输出端子接到相应的电气元件设备上（如按钮、行程开关、电机），之后就可以进行调试了[3].传统教学只重视理论教学，对实践教学不够重视，相应教学内容也偏少.例如：在继电、接触器控制部分教学中，教师仅讲授控制电路原理分析及基本控制电路；在PLC应用部分则只讲述PLC的结构和工作原理，PLC的指令系统、编程方法和PLC应用举例等内容，有关位置安装图、电气接线图及其安装、调试等工艺设计方面几乎均未涉及.在进行课程教学改革后，我们适当增加了这些方面的内容，使理论教学与工程实际更加贴近，结合更加紧密.此外，为了使学生得到更好的工程实践锻炼，在完成PLC内容的教学及实训工作，学生已基本掌握了PLC理论知识和编程技巧后，我们给学生安排约1周课时，让其选择容量适宜的PLC控制课题.这样可以让学生从PLC的使用、电气系统原理设计、电气元件选择、安装工艺、调试方法等各方面经历一个完整的工程设计练习，接受成为一名工程师的基本素质训练.采用理论与实践相结合的教学方法，有助于毕业生走上工作岗位后能尽快适应实际工作的需要.

3）教学内容要注重实用性，要让学生能看懂、能学会、能用上，不要拘泥于原有的条条框框，不盲目追求知识的结构性和系统性,教学中教师要适当减少理论公式的推导.

4 教学方法的改革和创新

在教学方法改革中，我们将多种教学手段综合灵活运用，收效良好.

1）在课堂教学中，我们将实物展示、实验与多媒体课件进行有机结合,以此帮助学生更好地理解机床电气控制原理及机床的操作方法.

2）借助现代教育技术手段，帮助学生全面掌握教学内容，促使其将表面知识深化并转化为“内存”，在潜移默化中培养学生分析和解决问题的能力.

在教学中，教师要注意将教学内容与学习情境相配合，可以实施的具体教学手段有课程多媒体教学课件、网上互动学习平台、项目仿真实训等.要充分利用多媒体技术能综合处理和控制文字、声音、图形、图像、动画的能力，以灵活而多方位、立体化的方式将信息知识形象生动地展示给学生，以此激发学生的学习兴趣，提升其想象力和创造力，力求收到良好的教学效果.我们还充分挖掘网络资源的优势，让学生可以随时随地通过网络完成课程学习和自评，这样做突破了实训室的局限性，扩大了教学时空；同时，我们还利用一些可模拟硬件PLC的仿真软件，对PLC程序进行离线仿真与调试.多媒体为建立理论教学与计算机模拟仿真、验证实验与综合设计相结合的多维PLC教学新体系创立了条件，能更好地满足学生的求知欲望，也为学生提供了更多的实践机会.机床电气控制的教学不仅要有理论知识的讲解，更重要的是要开启学生的思维，使学生能有意识、有目的地进行思考和感知.

3）强化实践教学，提高学生的实践动手能力.我们在教学改革中明确了新的教学思路，优化了教学实验大纲，让学生通过基本实验掌握一些基本技能，获得对知识的感性认识.安排的具体实验见表1.

表1 基本实验一览表

4）在教学中积极采用案例教学法组织教学.案例教学法是一种引导学生对案例进行学习、分析、讨论，从而培养学生分析问题和解决问题能力的教学方法.

在每次上课前，教师应针对不同的工业设计要求学生查阅资料，对不同学生的方案分别进行讲评，点评时穿插基础理论知识，使学生能在设计中学会知识.例如：让学生采用可编程控制器设计电梯线路时，学生编制出多种指令程序.教师可让学生验证各自的程序，发现其程序的优与劣.教师将学生的答案进行集中求同处理，从程序实施难易程度、运行时间、可靠性等方面，得到不同角度的最优方案.这样有利于提高学生的思维能力和灵活运用所学知识的能力，不断提高教学质量和教学效果.

在实际教学中，笔者将每个课程设计题目作为一个案例.每个课程设计题目占用1周时间，在综合考虑工程实用性和难易程度的情况下，笔者精心编制了课程设计题目（见表2），悉心指导学生编程并调试程序，协助学生最终完成设计，有效提升了学生的工程设计能力.