基于工程应用项目的机床电气控制与PLC课堂教学改革实践

徐惠敏

衢州学院机械工程学院 浙江衢州 324000

基于工程应用项目的机床电气控制与PLC课堂教学改革实践

徐惠敏

衢州学院机械工程学院 浙江衢州 324000

针对机床电气控制与PLC课程具有工程应用性特点，在该课程的课堂教学中引入了工程应用项目化教学。通过采用项目化教学，重组课堂教学内容，开设讨论课，开发应用型实验，构建课程质量评价体系和网络教学平台，激发了学生的自主学习兴趣，培养了学生的工程实践能力、创新能力、团队合作能力，提高了教学效果。

机床电气控制与PLC；课堂教学改革；工程应用；项目化教学

近年来，随着国际装备制造业的智能化发展，国内制造业也随着人口红利优势的逐步消失，加快了工业智能化的步伐，以“机器换人”已经成为制造业提高劳动生产率的必然选择。因此，社会和地方区域经济发展急需大批动手能力强、具有较强创新和实践应用开发能力的高素质应用型人才。

机床电气控制与PLC课程是我校机械设计制造及其自动化和机电工程等本科专业的一门工程应用性很强的专业核心课程。该课程内容涉及知识面广、所授技术进步快、与生产实际结合紧密，对培养高素质工程应用型本科人才具有重要作用［1］。然而在现有的课堂教学模式中，教学内容过分强调理论知识的系统性和完整性；教学过程往往以教师为中心，重知识传授，难以真正实现互动课堂教学；重应试、轻创新，实验教学与理论教学完全分离；缺少过程评价，学生的学习主动性差。这种教学模式由于缺乏工程应用背景的项目支撑和系统工程训练，难以培养学生分析和解决工程应用问题的能力，已无法适应当前应用型人才培养模式的要求。

1 确立课程课堂教学改革思路

项目化教学是一种借助项目实施以完成教学内容的教学方法。它要求以项目为载体，以工作任务为驱动，将理论与工程实践有机结合，让学生在完成工作任务的过程中掌握相关知识和技能［2］，是一种典型的“以学生为主体，以教师为主导”的探究性教学方法。机床电气控制与PLC课程的课堂教学采用“项目化教学法”理念，以工程应用为导向，将课程内的知识点和技能通过多个源于工程实际的项目任务来组织实施课堂教学，重点强化构建合适的工程应用项目、应用多种教学方法手段和创立合理的新型课程评价体系。

机床电气控制与PLC项目化课堂教学过程以循序渐进的阶梯式工程应用项目为主线，在课堂教学过程中通过一个个工程实际问题，以逐阶向上的形式开展组织教学，有效激发学生的学习兴趣，通过让学生自己动手、加入团队与同学交流与合作，最终完成项目任务并以项目成果形式展现出来，教师以学生完成项目的成果评定学生学习效果。通过项目化教学的不断推进，使学生掌握电气控制系统的基本理论和控制线路分析设计方法，具备PLC控制系统的设计及编程能力；通过项目解决机械电气控制的技术及应用问题，让学生在学校就得到了工业现场工程师的完整训练，缩短了学生与企业工程师之间的差距，达到“零距离”的工程实践衔接，培养学生自主学习能力和工程应用创新能力。

2 建立课程项目化教学体系

2.1 精简优化教学内容 开发基于工程应用背景的启发式应用项目

机床电气控制与PLC课程的教学学时数为40学时，其中理论教学为32学时。由于学时数的限制，需要根据工程应用项目化教学要求，对课程的教学内容进行重组精简优化，以便将工程项目化教学顺利贯穿于整个课堂教学过程。课程的教学内容分为电气控制模块和PLC控制模块两部分。为了让课程内容与时俱进，对电气控制模块的教学内容进行适度调整，精简了刀开关、X62W万能铣床电气控制线路分析、三相异步电机调速控制等内容，增加了智能电器等内容。为了让学生更好地理解并能合理选用低压电器元件，掌握电气原理图的设计方法，构建了小型台钻的控制、自动门的控制、多台排水泵的控制等难度循序渐进的阶梯式工程应用项目如图1所示，通过工程应用项目的学习让学生学会分析典型电气控制线路，并能自己设计较复杂的电气控制线路。

图1 电气控制模块项目化教学体系

PLC控制模块的教学内容则根据工业现场要求，精简了PLC控制的硬件原理和主要性能指标等部分内容；增加了传送、比较指令和程序流程控制等部分应用指令的内容。PLC硬件部分的内容着重突出I/O模块接口电路设计，以便与工程项目设计过程中设计外部接线图相结合。在软件方面，则重点突出编程软件的使用方法和仿真软件应用，将PLC基本指令、步进指令和部分应用指令用法融入工程应用项目教学中，构建了车床托板快速移动的PLC控制、某输送带自动往复的PLC控制、上料机械手的PLC控制等难度循序渐进的阶梯式工程应用项目（如图2所示），将工程应用的理念贯穿于整个课堂教学过程中，培养学生设计PLC控制系统综合应用能力。由于该课程的电气控制模块内容与PLC模块内容具有承接关系，在项目化教学的过程中，学生可以将课程各章节和知识点融会贯通，实现理论知识与工程实际紧密结合。

图2 PLC控制模块项目化教学体系

2.2 大力推行工程应用项目化教学 促进多种教学手段融合改革

课堂教学要求坚持以学生为主体，教师为主导的指导思想。开展基于工程应用的项目化教学，使学生由被动接受知识转变为主动建构知识，培养学生独立分析、解决问题的能力［2，3］。在机床电气控制与PLC课程教学过程中采用工程应用项目教学法贯穿整个教学过程，对于所呈现的工程现场实际问题，在电气控制模块，除了采用实物演示或实际操作外，还可以采用Flash动画的形式展现控制电路的效果，便于学生理解；在PLC控制模块方面，采用Flash动画、仿真软件、应用创新型实验帮助学生建立工程意识。为了进一步加强学生对控制电路和PLC控制程序的理解，通过现场课堂教学方式，把组态软件中丰富的动画效果引入课堂教学，将控制电路与PLC控制设备结合，实现电气控制技术和PLC技术在课堂教学中的融合，也实现了课堂教学与综合实践的结合。通过多种教学手段融合改革，增强了学生感性认识，同时提高了学生动手能力，为将来就业奠定基础。

2.3 布置课外工程应用大作业 开设讨论课 让学生真正成为课堂教学的主体

为了更好地巩固教学内容并训练学生解决工程实际问题的能力，在课后根据课程内容分别在电气控制模块和PLC控制模块分别布置 1次课外工程应用大作业，大作业的题目均选自工业现场，如塑料模压机控制系统的设计、自动定量封装控制系统的设计、自动升降舞台装置的PLC控制系统设计等十多个设计大作业。大作业要求学生在教师指导下进行分组设计，由组长组织开展作业讨论，自主组织学习活动，并在实验室自行设计调试电路或程序，最后上交设计说明书、设计图纸及控制程序等。为了充分体现学生在课堂中的主体地位，调动学生的学习积极性，使学生在教学活动中主动参与、亲身体验，要求在学生做完大作业后，需按规定要求制作PPT，并安排3次讨论课进行集中汇报演示。汇报过程评价由学生和教师评价组成，按一定比例计入平时成绩，通过讨论课让学生真正成为课堂教学的中心，教师成为课堂教学的主导。

2.4 开发应用创新型实验 提高实践动手能力和工程应用能力

实践教学是打造学生实践动手能力、彰显其专业潜能特长、激发学生学习兴趣、创新能力的关键环节。在机床电气控制与PLC课程实验中分设了两类实验。一类是动态虚拟仿真实验，该实验系统设初级、中级、高级3个等级。初学时，学生可以利用课余时间结合上课内容完成初级和中级实验，实现对电气控制和PLC有一个基本认识。另一类是应用创新性实验，学生可以在柔性制造实验室对实验配备的多个模块通过编程实践，控制生产现场设备运行，同时也可以根据自己的设计进行重组搭配，创新编写程序，培养了学生的动手能力和思维创新能力。

2.5 构建以工程应用能力为核心的课程质量评价体系 调动学生学习主动性

课程评价体系改革是课程建设的一个重要环节，通过考核的导向作用，引导学生加强工程素质和实践创新能力的培养。目前，课程的评价体系由综合考核、实践考核、过程考核等三部分组成，其中综合考核占50%，实践考核占20%，过程考核占30%。综合考核主要通过在期末测试中增加工程应用类设计分析题的比例来测试学生的应用能力；实践考核是通过实验过程评价、实验调试程序和实验考勤等进行综合评价；过程考核则主要通过学生两次大作业成果进行评价考核和管理。过程考核评价主要由成果评价40%，团队评价20%、教师评价25%、大作业汇报评价15%等几部分组成。成果评价主要由电路设计准确程度、是否设计保护环节、程序是否经过调试运行及运行结果如何、图纸说明书的是否达到规范要求等多个方面进行评价；团队评价主要从个人在团队中的作用、是否完成小组分配任务、团队队员互评等多个方面进行评价；教师评价主要从工作量饱满程度、项目完成情况、自主学习情况和成果汇报等多方面进行评价，构建了以工程应用能力为核心的课程质量评价体系。通过考核方式的改变，让学生的学习更趋主动，理论与实践结合更趋自觉，有利于促进课堂教学的发展。

3 建设课程网络教学平台

网络教学作为一种利用多媒体和流媒体技术在网络实施教学活动的新型教学模式，具有信息资源可共享、教学资源丰富、教学手段灵活、师生交互性强等特点。随着大数据、云计算在学习生活各方面的广泛应用，通过网络教学平台开发第二课堂已经成为现实。近年来，我校投入了大量资金进行网络教学平台建设，以提高课程教学水平和人才培养质量，促进提高教师水平和增强学校整体办学实力［4］。目前，机床电气控制与PLC课程依托学校网络教学平台，建立了完整的课程资源网站，为学生自主学习提供便利条件。课程网站分享了多种图文并茂声形兼备的教学资源，包括教学大纲、多媒体课件、教案、教师授课录像、部分微课、习题库、试卷库、教学参考资料、仿真软件、动画资源和素材资源库等。通过这些多层次、多形态的教学资源共享，对整个课程教学过程起着非常重要作用，有效地弥补了理论课课堂教学时间不足，提高了课程整体教学效率和效果。为更方便与学生交流，开辟了作业系统、答疑系统等，加强教师与学生的交流沟通。通过网络教学平台的应用，体现了课堂教学方式的多样性，增强了学生的学习主动性。

4 结束语

在机床电气控制与PLC课程中采用工程应用项目化教学，将电气控制模块与PLC控制模块的理论知识与工程应用项目相结合进行了融汇互通，把学生的知识、能力和素质的培养融于一体，既锻炼了学生的动手能力，分析、解决工程应用问题的能力，又培养了学生的综合应用能力和系统工程意识。到目前为止，机床电气控制与PLC课程的课堂教学改革已经经过2个学期的实践，有效地提高了学生的学习学习主动性和学生的工程应用能力。

［1］ 熊幸明.电气控制与PLC［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［2］ 袁明新，申燚，王琪.工程导向下机械设备电气控制课程的项目化教学改革［J］.中国现代教育装备，2013（11）：42-44.

［3］ 王刚，袁飞.应用型本科电气控制与PLC课程改革探索［J］.大学教育，2014（5）：73-74.

［4］ 倪向东，李盛林，曹杰，马蓉.网络教学平台在课程辅助教学应用中的利弊［J］.现代教育科学：普教研究，2010（4）：70-71.

Practice on the Classroom Teaching Reform of Electrical Control of Machine Tools and PLC Based on the Engineering Application

Xu Huimin

College of Mechanical Engineering， Quzhou University， Quzhou， 324000， China

Electrical control of machine tools and PLC have the characteristics of engineering application. The engineering application of project-teaching method was introduced to the classroom teaching.The students' interest in learning is Improved through adopting projectteaching method， restructuring the classroom teaching content， open discussion section， the improved of applied experiment， the construction of curriculum quality evaluation system and network teaching platform. While project-teaching method teaching， It would be develop the students' ability to engineering practical ，innovation ability and the team cooperation. The teaching effect is improved too.

electrical control of machine tools and PLC； classroom teaching reform； engineering application； project-teaching method

2015-09-20

徐惠敏，硕士，副教授。

浙江省高等教育课堂教学改革项目（编号：kg2013389）；衢州学院校级精品资源共享课“机床电气控制与PLC”（编号：ZYGXK201204）。