“电气控制与PLC技术”课程教学模式改革与实践

王欣

摘 要：文章结合“电气控制与PLC技术”课程教学现状，对该课程的教改进行了探讨。“电气控制与PLC技术”是一门实践性很强的综合性技术应用课程，基于本校的实际情况，通过对该课程教学模式的分析和改革，将理论课堂与实验室充分融合，构建理实一体的立体化教学体系，以学生为中心采用现代教学手段，立足于培养其创新精神和能力，取得良好效果。

关键词：教学模式；立体化；PLC

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）21-0124-03

Abstract： Combined with the teaching status of "Electric control and PLC technology"， this paper discusses the teaching reform of this course. "Electrical control and PLC technology" is a comprehensive course that highlights the practice.Based on the actual situation of our school，this study integrate theoretical classroom with laboratory practice by reforming teaching mode of specialized courses，and constructs a theory and practice of integrated 3D teaching system. With student-centered modern teaching methods， this study seeks to develop students' innovative spirit and ability and gains achievement.

Keywords： teaching mode； three-dimensional； PLC

引言

“电气控制与PLC技术”是一门综合性和实践性非常强的专业课程，实践环节尤为重要。学生唯有进行实际的动手操作，才能真正的理解和掌握这门课程。因此，各高等院校将此课程设置了实践教学环节，如实验、实训、课程设计、科技训练等。

我校于2017年與罗克韦尔自动化（中国）有限公司合作创建了罗克韦尔自动化实验室，罗克韦尔自动化实验室的建立对人才的培养和科技创新能力的提升提供了良好的教学平台，同时也为电气控制与 PLC 技术课程的教学改革提供了有力的硬件支撑。如何使用现有条件，通过教学方法和实践环节不断提高“电气控制与PLC技术”这门课程的教学质量，从而提高学生分析和解决工程实际问题的综合能力，培养满足人才市场所需求的创新型人才，已成为教学领域关注和重视的问题。因此，研究、探索“电气控制与PLC技术”理论和实践教学的教学方法和教学手段的改革，构建与21世纪科技发展和教育教学体系改革相适应的“电气控制与PLC技术”教学的新方案具有重要而深远的意义[1]。

一、课程教学改革背景分析

高等院校工程教育的基本任务是使学生接受系统的理工学科的理论知识、基本技能的学习和训练，使其在完成学业时，初步具备成为工程师的基本素质和条件[2]。不同高等院校对于这门课程的授课方法有所不同：通过讲授案例的方式，将启发式教学和任务驱动法教学灵活运用到 PLC 课程教学中是许多PLC任课教师首选的教学模式[1-2]；项目式教学法把PLC理论知识转化为多个教学项目，学生参与其中的项目式教学体现了“教师为主导，学生为主体”的教学理念[3-4]；从PLC课程实际出发，通过拓展实验平台、充实实验内容、优化课程设计考核方案，突破原有实验平台的局限，来提升实验环节的教学效果，从而挺高学生的动手和创新能力[5-6]；基于网络下的教学模式，建立了一种新型的、以学生为中心的教学模式，为学生提供广阔的学习空间[7]；采用CDIO模式，提炼出切合本行业的实际项目并更新到教学内容和训练项目，改革教学组织过程和教学模式，形成有利于培养创新型人才的教学机智[8-9]。

以上典型文献所讲到的对“电气控制与PLC技术”课程改革研究的方法，突破了传统的教学模式，探索和研究了课程的教学方法和培养模式，通过融合不同的新型教学手段，达到改善教学效果的目的，这些方法具有一定的指导作用。但是随着生源变化，以及新技术的快速发展、新机械设备的更新、信息化的教学手段出现，电气控制与PLC的教学改革还有必要进一步的进行探索。

二、硬件环境建设

为满足本课程日益增长的教改要求，2017年春，我校和罗克韦尔（中国）有限公司创建了罗克韦尔实验室，结合课程建设和新技术发展的需要，组织教师和学生共同搭建了PLC综合实习和实验装置20台、现代DCS系统构架1套。为了培养我们教师队伍的实验室建设能力，教师和学生共同动手制作完成了20个控制对象，学校开设了50多个实验、近20个课程设计，满足了2人一台设备PLC实验上机的需要。在教师的指导下，学生还可进行DCS系统构架和PLC控制系统的设计、调试和维护等学习，使学生在教学过程中学到的知识和企业挂钩。

“PLC综合实验装置”以罗克韦尔公司Micro850为控制核心由NetLinx开放式网络架构、PAC实验平台、运动控制实验平台、变频器控制平台和软件平台4部分构成。可开设基本步进输入/输出功能、中断控制功能、外部数据（BCD码）输入控制功能、PID调节功能、高速计数器控制、步进电机控制、运动控制、温度水冷过程控制、交通灯控制、滚珠丝杆滑台控制、立体车库控制、自动送料装车系统控制、电梯控制、工业网络连接等实验。PLC实验装置有以下特点：

1. 实验装置可以利用交换机和PC，服务器，其他控制器等组成工业网络构架。

2. 实验装置上留有5个功能性插槽可以扩展其他功能（如运动控制模块）可以由控制需求进行添加。

3. 实验装置上有以太网接口，USB编程端口和非隔离串口等，可以与PC机，变频器，HMI等连接进行控制和调试。

4. 实验装置可扩展最多132个I/O点， 为工程项目的开发提供了方便，也可用于于学生的创新实验。

基于罗克韦尔的“PLC综合实验装置”的使用改变了以往验证性为主的实验教学方法，使得学生能够动手操作、设计创新，不仅提高了教学质量，且迎合了市场创新型人才的需求。

三、教学内容充实

本校实际情况出发，电气控制与 PLC 技术课程中存在的问题，主要体现在两个方面：1. 教学内容上，重理论轻实践、先理论后实践，实践教学内容相对弱后且大多以验证性为主，削弱了学生动手设计的能力。2. 考核方式上，以闭卷的理论考试为主要的考核方式，不能正确评价学生的学习能力。该课程是实践性很强的课程，以理论知识为主要考核目标的闭卷笔试成绩，很难公正、客观、全面的反映学生的理论知识应用能力以及技术创新能力。为了解决上述问题，本课程从教学内容、教学方法和考核方式上进行了根本性改革。

（一）教学内容

我校“电气控制与 PLC 技术”这门课程的总学时为58学时。其中，理论教学的模块主要分为两大块： 电气控制部分（14学时）及PLC 部分（28学时）。改革后在PLC部分的理论教学模式里融入了实践教学。通过对这门课程多年的教授经验，首先对教学大纲进行了改革，确定基本的教学内容，见表1。

（二）教学方法

本课程的“电气控制”部分把启发式和案例法教学融入到现代互联网中，改变传统的以教师授课为主的单向教学模式，采取师生双向交流的方式。教师先讲授基本的理论知识，接着给出相关的案例，学生分组后在课堂中交流不同的设计思路和方法，最后以组为单位给出相应的设计内容并进行集体讨论，这样使学生更具创造性，并提升查错能力和交流能力。

提高教学质量的基础上为了培养学生的动手能力和创新意识，我校在教学改革中依托罗克韦尔实验室的硬件环境，将“PLC技术”这部分的理论课程与实践环节进行融合，理论课堂直接设置在罗克韦尔实验室中，从而做到讲练结合的这样一种教学方式。在教学过程中所涉及到的PLC硬件结构部分可以通过多媒体和实物演示相结合的方式呈现给学生，而指令系统、梯形图程序等软件部分可以边讲让学生边练习。将多媒体工具与实验室设备结合起来，不仅将呆板内容实物化，也提高了学生的动手能力和所学知识的记忆性。对于软件使用方法这种演示性或控制电机正反转这种验证性的教学内容，通过接线、编程和调试，在实际操作过程中及时发现并解决问题，不仅极大的推动了学生对理论知识的理解，而且教学效果和实验效果明显提高。理论教学与实践操作有机结合的新型教学模式，在有限的课堂时间内提高了学生听课的主动性和积极性，让理论课的讲授和学习不再枯燥无味，使得学生学习的效率提高[10]。

（三）考核方式改革

整个教学过程中是以实践能力为主， 考核中加强PLC实践能力的考核，将有助于学习PLC课程。课程考核分数设置为100分，考核成绩主要分为三部分：1. 笔试开卷，侧重于“电气控制与PLC技术”的基本设计能力（40%）；2. 实验操作考核，在学生从所做过的实验中变通出几十个题目，随机抽取一个进行单独考核，侧重学生对PLC基本操作能力的考核（40%）；3. 课程整个过程中的平时表现（20%）。这种考核形式能够更加客观、全面的考核學生，促使学生全面的掌握PLC技术。

如果课程学习特别优秀者，可采取一定的奖励： 如推荐参赛大学生参加各种“AB杯”、“西门子杯”或者可直接推荐相对应的公司参加毕业实习、推荐就业等，提高学生学习这门课程的主动性和积极性。

四、结束语

罗克韦尔实验室中教学，将理论与实践融合在一起，这种一体的立体化教学模式对学生充满了吸引力，让学生能够更加积极学习。笔试和实践相结合的考核方式，能够更加公正、客观、全面的反映学生的理论知识应用能力以及学生的开拓、创新精神。抓好教学中的每一个环节，都能积极的推动教与学，也能充分调动教师教学和教改的积极性，从而大幅度提高教学质量，获得良好的教学效果。

通过对本课程教学内容、实践性教学环节和考核方式的改革，使我们深刻认识到教育教学改革的重要性。高等院校不断进行教育教学改革对推动我国经济技术高速发展有着很强的实用价值，对加速人才培养也有着深远的历史意义[10]。

参考文献：

[1]姜国强，周立，荣德生.“电气控制与PLC应用”课程教学模式改革与探索[J].实验室科学，2013，02（16）：66-69.

[2]王军.现代电气自动控制技术课程教学探讨[J].广西轻工业，2008，24（12）：222-223.

[3]张凯，易凡，袁建国.项目教学法在《PLC及应用》课程中的实践与探索[J].新西部，2011（35）：216.

[4]邵金均.项目教学法在PLC课程中的实践[J].当代教育理论与实践，2013，9（5）：141-143

[5]苗红霞，齐本胜.PLC控制技术实验教学改革研究与实践[J].实验技术与管理，2010，3（27）：136-139.

[6]杨李色，陈静维，宋君烈.深化实验教学改革，提高PLC实验课教学质量[J].实验室科学，2006（6）：112-114.

[7]陈洁，张建，杨静波，等.网络环境下协作学习模式在PLC教学中的应用[J].职大学报，2008（2）：87-89.

[8]易铭.CDIO模式下“PLC应用技术”课程改革[J].职教通讯，2012（15）：27-30.

[9]丁金林，王峰.CDIO在PLC教学改革中的应用[J].苏州市职业大学学报，2013，24（1）：74-76.

[10]李丽娟，张广明.PLC课程的实践创新能力培养模式构建[J].电气电子教学学报，2012，6（3）：48-63.