面向“应用技术”的PLC课程教学改革与实践

杜云 王烨 郝崇清

摘 要：面向“应用技术”的培养目标和要求， 结合学校现有条件，针对“电气控制与 PLC”课程特点和存在的问题，对课程的教学内容进行优化，全方位改革教学模式、三级项目、实践环节及考核方式。教学实践表明，学生学习主动性增强，学生的工程能力和实践能力得到了训练，教学效果良好。

关键词：应用技术；PLC；教学模式；实践环节；工程能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）08-0144-03

Abstract： According to the requirements and goal of training program of "Application Technology"， the teaching content of "Electrical control and PLC" course is optimized under the existing school conditions by focusing on the characteristics and problems. Overall reforms should be implied from several aspects including the teaching mode， three-level projects， practical teaching， and assessment methods. Teaching practice shows that after these reforms， students' learning initiative has been greatly improved， and students' engineering and practicing abilities have been well improved. The teaching effect is good.

Keywords： application technology； PLC； teaching mode； practical teaching； engineering ability

前言

近年來，随着高等教育改革的深入，一些二本和三本院校包括我校的理工学院转型为应用技术型大学，采用“四四制”人才培养模式，其是指在4年本科教学活动包括3年的知识储备阶段和1年的企业实践阶段，以培养学生的实践工程能力，真正实现“零对接”。从我校理工学院实际情况和电气类专业特色出发，结合产业需求和课程特点，对课程教学进行改革与实践，使学生真正实现学校和企业的“零对接”，完成学生向企业技术人员的角色转变。电气控制与PLC（Programmable Logic Controller，PLC）课程是本专业的一门重要专业课程，具有很强的实践性，其广泛应用于生产和生活的各个领域。该课程既注重理论基础又强调实践应用，所以面向“应用技术”，通过优化教学内容，对授课模式、实验环节、综合训练和考核方式进行改革和实践有重要的应用价值。

一、改革前的教学状况

电气控制与PLC综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，应用十分广泛，具有很强的实践性。但是在现实教学中，通常以课堂讲解为主，辅以少量教学实验。这种教学方式的不足主要体现在以下几方面：

（一）教学模式陈旧

“理论讲授+实验”的教学模式上仍以灌输式为主，学生被动接受，不重视PLC这门课程灵活性大、能充分发挥学生创新性等特点。即便采用多媒体教学，仍然存在内容多、学时短的矛盾，很难激发学生学习的积极性。另外，PLC技术的发展较快，往往教学内容不能及时跟上时代的发展[1]。

（二）考核方式单一

在本课程中，考核仍以笔试为主，期末考试占70%，平时成绩以作业、实验、考勤、平时表现组成占30%。考核方式单一导致学生主动学习性差，掌握知识仅停留在书本层面，不能学以致用，缺少对学生实践能力与创新能力方面的考核[2]。

（三）实践环节流于形式

长期存在的重理论轻实验的状况使实验教学只是验证课堂所学理论知识，而忽视动手能力培养和工程实践技能培养。学生在实验过程中按部就班、 被动接受、 缺乏思考，缺乏运用所学知识分析问题和解决问题的锻炼[3]。

为了改变目前教学状况， 结合学校现有条件以及 “应用技术” 的培养要求，从教学内容、教学方法、实践环节及考核方法等方面对“电气控制与 PLC” 课程进行改革和实践。

二、课程教学改革措施

（一）优化教学内容，改革授课方式

我校的电气控制与PLC课程只有40学时，其中包括6个学时实验，如何在有限的学时即使课程内容与时俱进，又对学生的工程实践能力进行培养，突出课程理论与实践相依托的特点是我们教学内容和授课方式改革应重点考虑的问题。首先选择讲解市场占有率最高的PLC产品。在不改变学时数的情况下， 剔除陈旧过时理论和内容，认真梳理相关课程的交叉知识，尽量避免知识的重复讲解。电气控制与 PLC 的衔接用典型工程问题优化整合，避免走马观花式教学。

以案例教学，项目驱动的方式来授课。对应课程应掌握的知识点，设计电动机正反转、电动机Y/△启动控制、物料传送带控制或运料小车运动控制的电气控制和PLC控制的典型案例，路口交通灯控制、 混合液体过程控制、机械手运动控制、分拣大小球装置控制、楼宇电梯控制、恒压供水控制以及PPI通讯控制等 PLC控制案例。既有基础性实训项目，用于学生对电气控制和PLC功能的熟悉、掌握和应用：又有具有一定的系统复杂性的实际生活场景具体应用[4]。结合实例来讲授重点理论和核心知识点，将知识点和技能训练融于各个案例之中。“案例”和“项目”的讲解和设计激发学生学习的主动性，学生对于知识变被动接受为主动探索。在吸引学生兴趣之后，在教学过程中设置两个三级项目，让学生自行设计，在任务的驱动下，学生自学未讲的内容，以小组的形式完成所布置的任务，即解决了课时少内容多的问题，也锻炼了学生的自学能力和团队协作能力。每个三级项目在教师讲解设计思路和方法后，学生通过查阅相关参考资料，确定控制方案，绘制I/O接线图，编写梯形图，项目报告撰写、答辩，完成整个设计过程。学生在设计过程中巩固了理论知识，并与实践结合，分析解决问题能力以及创新意识和创新能力得到了锻炼[5]。

（二）实验模块改革

原来我校的实验是6个学时，一共3个实验，包括了电气控制的电机正反转、PLC控制的电机正反转以及霓虹灯控制。实验内容简单，仅是课程内容的验证。针对实验学时少的情况，以培养创新人才为目标，对实验教学环节进行改革，建立了层次性、开放性的实验教学内容体系。实验模块共安排三个环节： 基本实验、设计实验和开放实验。

其中基本实验是紧跟理论教学进程的验证性实验，目的是使学生掌握电气控制与PLC的基本功能。仍安排2个学时实验包括电气控制电机正反转和PLC控制的电机正反转。在相关章节的课堂教学结束时进行，加深对所学理论知识的理解。第二层次为设计性实验。在完成教师布置的三级项目理论设计基础上，自行设计实验方案，用4个学时时间，进入实验室上机调试、修改等，来提高学生独立分析问题、解决问题的能力。第三层次为开放实验。教师根据自己的科研课题，拿出学生可以完成的部分撰写项目要求放到网上向全体学生公布，学有余力的学生根据自己的兴趣，选择开放实验题目，在指导教师的指导下，学生独立进行线路的设计和实验验证， 通过同学之间交流解决遇到的问题。网上预约进实验室的时间，课题内容密切联系企业生产实践与科研，使学生在实际课题中得到扎实的锻炼。学生在完成实验须提交包括控制电路设计方案、软件程序、调试记录、参考文献及心得体会等内容的实验报告。学生反映通过开放实验加深了对知识的理解和掌握， 有效弥补了课内实验学时不足[6，7]。

（三）扩展实践环节训练模块设计

扩展性实践教学主要通过课程设计和生产实习环节，进行较复杂系统设计，进一步拓展视野，提高动手能力。环节的紧密相扣使学生在课程中获得的能力在扩展环节中得到强化和拓展。

1. 课程设计

为弥补实验学时的不足，增加一周课程设计环节，进一步提升学生解决复杂工程能力。

课程设计题目难度高于三级项目难度，以结合实际生产项目为主，兼顾学校设备条件，使学生可以模拟调试实用性强的项目。为避免部分学生的依赖思想，增加设计题目，减少同组学生的数量。在校内教师和企业教师的共同指導下，学生以小组为单位完成课题设计来对学生进行综合性训练。学生要在一周时间内完成参数计算、设备和元器件选择、主电路控制电路设计及绘制、PLC控制流程图及梯形图的设计绘制、实验模拟调试。经历一个完善的工程设计，进行工程师基本素质训练，缩短学生与工程师之间的距离。最后通过答辩环节，锻炼学生的工程表达能力并切实掌握每个学生的参与程度[8]。

2. 生产实习

我专业生产实习为4周时间，分为校外实习和校内实习两部分，其中校内实习又分为单片机模块和电气控制与PLC模块两部分。在电气控制与PLC模块聘请企业具有高级职称的技术人员做实训教师，带领学生用一周时间做电气控制与PLC控制电机正反正控制动力柜的接线。在企业导师指导下，学生首先建立机电联系，进而绘制电气控制和PLC的I/O接线图，模拟调试合格，进入实习室按照国家标准安装接线。学生动力柜接线图如图1所示，生产实习更贴近工厂实际运行情况，锻炼了学生的工程能力，学生的收获和反响很好[9]。

三、改进考核方式，建立科学教学评价体系

合理的考核方式可调动学生的学习积极性，课程组一改传统一卷定结果的评价方式，而将能力本位的教学评价体系应用于此门课的学业评价中。在传统考核方式基础上，考核由过程考核和期末集中考试组成，过程考核包括平时成绩、实验成绩和三级项目成绩。成绩分布为平时成绩15%，实验成绩10%，三级项目成绩25%，期末集中考试成绩50%。期末集中考试试卷内容减少概念考题所占比例，相应增加应用类考题分数，重点考核学生对于实际工程案例的硬件配置和软件设计能力[10]。

平时成绩由作业、考勤、平时表现组成，由任课教师给出。实验成绩虽然只占10%，但是采取一票否决制，实验考核不及格同学取消理论考试资格，促使学生重视实验操作，重点考核实验方案的设计，提高学生实际接线和排障能力。

三级项目考核成绩根据两个实际项目的完成情况给出，由项目设计过程报告、实验设计正确性、操作规范性和最后项目答辩综合给出成绩，以培养学生理论结合实践，独立解决实际问题能力和工程实践能力。

考核模式的改革理念可推广到应用性较强专业课程教学改革中。

四、结束语

针对“面向技术”的培养目标和要求，根据我校实际情况并结合《电气控制与PLC》课程的特点， 从教学内容、教学模式、实验和实践环节和课程考核方式等方面进行了改革和实践，激发了学生的学习兴趣，有效提高了学生实际分析解决工程问题能力、动手能力，创新能力也得到强化和锻炼。今后把参加课外科技活动与指导学生参加竞赛有机结合起来，进一步激发学生的创造性。

参考文献：

[1]谢水英，韩成江.基于学生创新能力与实践能力培养的PLC课程教学改革[J].2010 Third International Conference on EducationTechnology and Training，324-327.

[2]高敏.面向“卓越计划”的“电气控制与PLC”课程教学改革探讨[J].常州工学院学报，2014，27（3）：90-92.

[3]姜国强，周立，荣德生，等.“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，2013，16（2）：66-69.

[4]郭永涛.兴趣与项目结合教学模式在PLC实训中的探讨研究[J].赤子，2015，23：109-110.

[5]曾军强，温林.基于数控专业的《PLC》项目式教学研究与实践[J].企业导报，2015，11：112-113.

[6]顾佳梅.加强PLC实践教学改革培养高素质创新型人才[J].自动化与仪器仪表，2007，2：73-75.

[7]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，2012，34（3）：48-49.

[8]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.

[9]吴晓梅，包金明，陈强.以学生为主体加强对学生的能力培养-PLC原理及课程设计的改革[J].电气电子教学学报，2013，25（5）：98-100.

[10]陈慧芳.“卓越工程师教育培养计划”下PLC应用技术教学[J].教育教学论坛，2013，31：77-78.