卓越工程师计划下的“电气控制与PLC”课程教学方法改进

梁喆　欧阳名三

【摘 要】电气控制与PLC是电气工程与自动化专业的必修课程，其知识点和工业现场联系较多。为提高卓越工程师计划下的电气控制与PLC教学效果，更加紧密地结合专业特点开展电气控制与PLC的教学，本文分析了电气控制与PLC课程的特点，对卓越工程师计划下的课程教学方法改进从理论教学和实践教学两个方面进行了探讨，通过改进的方法进行教学的时候提高了学生灵活运用理论知识的能力，促进卓越工程师计划下的电气控制PLC课程教学效果的提高。

【关键词】电气控制与PLC；卓越工程师；教学方法

卓越工程师教育培养计划主要目标是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。[1-2]

2010年我校的电气工程与自动化专业被教育部批准实施“卓越计划”。电气控制与PLC是电气工程与自动化专业一门实践性较强的专业课程，即强调知识的综合性、实用性，又强调综合分析和解决生产实践问题的能力[3]。目前传统的电气控制与PLC课程体系及教学模式跟卓越计划的培养理念和教学需要还有一定的距离，因此，如何较好地实施卓越班级的电气控制与PLC教学，已成为了卓越工程师计划下的各高校面临的一项新课题。

笔者作为“电气控制与PLC”课程的主讲教师，结合电气工程与自动化专业的特点，对“电气控制与PLC”的教学方法进行改进。在理论教学中，采用知识讲解、多媒体演示与学生互动相结合的教学手段，充分地调动学生的学习积极性，加深学生对课程内容的理解；实践教学中，改革实验内容，并以工程实例为课程设计内容，提高学生解决实际问题的能力，从而达到提高教学质量的目的。

1 课程特点与现状分析

对本课程教学现状分析，搞清楚课程特点，认清学生的学情特点现状，是搞好教学方法改进的前提。

1.1 课程特点

电气控制与PLC课程是在电路、电机及拖动、自动控制原理、单片机等课程的基础上学习的一门专业课程。通过本课程的学习，使学生掌握工厂常用低压电器及其电气控制的原理和方法；掌握PLC的结构和工作原理，具备一定的PLC程序设计和PLC技术应用能力，培养学生在工业自动化控制技术中的分析能力和解决实际问题的应用能力。

1.2 课程教学现状

电气控制与PLC课程虽然是我校电气工程与自动化专业、自动化专业中一门非常重要的专业课程，我校主要选用西门子S7-200系列PLC作为教学对象。由于目前对通过该课程培养学生的的工程实践能力缺乏足够的重视，授课内容的设置上还是采用传统授课方式。使得电气控制与PLC课程教学难以适应目前市场用人的需求，主要体现在理论知识脱离实践环节、学生工作后不能胜任工业现场中的作业要求等方面。另外，学生能够实际接触到的电气控制系统和PLC装置非常少，课程的结业考试多以基础知识的考察为主，实验也完全是简单的验证性、原理性实验，这种现状使得大部分学生学完这门课程后仅仅掌握了plc的工作原理和梯形图的设计，但是工业上的电气控制系统是什么样子、众多的PLC型号在实际使用的场合如何选择、如何在现场安装、如何接线、如何设计、调试这些非常实用的基本知识和基本技能都没有掌握，甚至所谓的高分学生到了现场后也依然茫然不知从何处下手。

2 理论教学方法的改进

“卓越工程师计划”的培养目标是工程技术人才，培养目标的调整相应地也要求教学方法必须作出改进。电气控制与PLC课程是一门实践性很强的课程，因此在“卓越工程师计划”培养背景下要采用多手段结合的教学方法来进行电气控制与PLC课程的教学。

2.1 采用多媒体教学法

电气控制与PLC课程教学中的一个重要特点是让学生根据工业现场的实际问题用编程实现控制。PLC是从继电器、接触器的控制动作，采用可编程技术发展演变而来的，所以在电气控制与PLC教学中引入多媒体教学课件，形象地展示工业生产的控制设备和PLC内部工作原理，使得本来很抽象的东西变得具体了，有利于学生掌握诸如“PLC的周期性扫描工作方式”等知识点，而且记忆深刻。

其次，讲解工业现场电气控制线路或者PLC组成的电气控制系统时，大量的控制要求对于缺少实践经验的学生来说，在短时间内是不易理解的。用动画的形式演示给学生观看，缩短了学生和现场之间的距离，这样即便于学生理解和接受，又提升了教学效果，提高了教学质量。

2.2 采用案例教学法

卓越工程师计划和应用型人才的培养都比较注重工程实践和专业知识综合运用能力的培养。电气控制与PLC是一门与工业生产和生活结合非常紧密的课程，很多学生学完这门课程以后，虽然能够编写PLC的梯形图，但是在工业现场，见到设备后仍然不知如何下手。因此教学中引入大量工程案例或者我们生活相关的案例进行教学，这样可使学生在学习中体会到所学专业知识的用处，从而提高学生的学习兴趣、开拓学生的视野、培养学生的创新性能力[4]。

如在讲到顺序功能图编写梯形图程序的时候，以我们生活中经常遇到的十字路口交通灯为例进行设计训练，采用动画的形式展示交通灯的控制过程，让学生思考如何进行PLC的编程设计。做为启发思路，给出一个可以实现部分功能的设计方案，要求学生短暂思考后，讨论方案的可行性，学生通过讨论很快指出方案中存在的问题，采纳了学生意见后，用PLC仿真软件运行学生更改后的方案设计，达到了十字路口交通灯工作的效果。通过动画演示、模拟仿真，从设置问题情境，到热烈的讨论，学生的思维进入了积极的状态，在分析错误程序的过程中逐渐体会了编程思路及在工程中需注意的实际问题。

3 实践教学的改进

这里把实践教学从总体上分为二个方面进行讨论。第一是实验教学，指理论课程的实验；第二是课程设计。

3.1 实验方案改进

将实验环节分成二个组成部分：基本的编程指令验证实验和综合性实验。对指令验证实验而言，应当少而精，让这些验证性实验起到巩固课堂教学内容、加深理论理解作用。对综合性实验而言，将学过的主要功能部件有机地组合起来，形成一个具有一定实际意义的整体，使学生掌握PLC控制系统整合的基本方法。为了在设计实验过程中激发同学的创新性，实验中鼓励同学突破实验指导书所给的实验内容大胆进行创新设计，要求学生可以采用不同的编程方法，选用不同的器件等。诸如在进行“四节传送带的模拟实验”时，PLC试验台给出的电机运行采用模拟的形式，用LED灯亮和灭的形式表示电机运行和停止，这样仅仅是验证实验，学生只起到搬运工的作用，即输入程序，运行，看现象。这时利用实验室配套的小型异步三相电动机，要求学生根据实验指导书的内容，利用实际的电机重新设计实验的内容，大部分学生通过讨论，电气接线，编程，在90分钟的实验时间达到实验的目的。对于此种方式，很多同学乐于接受，此种实验方式让学生感觉到有充分的发挥余地，从而培养学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力，激发学生潜意识中的创造性。如此培养出来的学生才能满足“卓越计划”所要求的“适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才”。

3.2 课程设计改进

课程设计的时候以项目开发过程开展课程设计。电气控制与PLC课程设计主要以小组形式开展课程设计。指导教师根据生产和生活实际提出多个设计项目（如电梯的控制系统、流水线的控制系统、交通灯的控制等），各小组成员根据自身的能力和兴趣选择不同的项目进行设计，保证让每一个学生都参与设计，提高了学生的自信心，从而激发学习热情。设计过程中，模拟企业项目开发的流程实施课程设计，要求学生进行需求分析，对项目中需要用到的器件以及导线进行选型，整个控制系统进行功能模块的划分，PLC的I/O口的分配，顺序功能图的绘制，梯形图程序的编写，以及外部接线图的绘制。

4 结论

综上所述，学校加入卓越工程师计划后，电气控制与PLC课程教学的上述改进方案在电力系统与自动化专业和自动化专业中实施开展，提高了学生的创新能力、应用能力和综合能力，毕业生的动手能力得到了企业认可。还将学生的主观能动作用充分发挥，体现了以学生为本的教学理念。

【参考文献】

[1]王文福.基于“卓越工程师培养计划”的自然地理教学模式的构建[J].长春师范学院学报（自然科学版），2011，30（4）：136-139.

[2]张春燕.电气信息类“卓越工程师”人才培养模式研究与实践[J].中国电力教，2013（5）：12-13.

[3]刁统山，王连飞，杨爱新，等.改革PLC教学培养创新型人才[J].实验室研究与探索，2008，27（9）：166-168.

[4]余江.基于案例教学法应用角度下的PLC教学研究[J].滁州职业技术学院学报，2014，13（3）：72-74.

[责任编辑：王楠]