应用型科技大学《电气控制自动化》实验教学模式探索

喻晓莉 沈颖 黎泽伦

【摘要】《电气控制自动化》是一门实践性较强的课程，在涉及工业控制领域相关专业的应用型科技大学中占据着非常重要的位置，实验是其中必不可少的部分。本文对课内实验教学模式进行了探讨，采用传统实验与虚拟实验相结合的方法进行，同时对在线课程的实验模式也进行了探讨，通过实际的应用，取得了较好效果。

【关键词】应用型科技大学  传统实验  虚拟实验  在线课程

【基金项目】重庆市高等教育教学改革研究重点项目（项目编号：172032）。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）51-0019-02

应用型科技大学强调学生的动手能力，其本质强调应用，主要培养掌握科学的方法、擅长动手解决实际问题的具有高层次的专业技术型人才，教学模式以应用型为主，强调知识传授与能力培养的有机结合。

《电气控制自动化》是涉及工业控制领域相关专业的一门非常重要的课程，在许多应用型科技大学中将其作为核心课程，实践性强，实验是其中尤其重要的一个环节，它关系着学生工程实践能力的提升，在应用型科技大学中，教学中实验模式的设计就显得极为重要。

一、实验类型

实验按内容分为课内实验和综合实训。一般而言，课内实验较为简单，主要是理论课程中基本原理的验证、知识的较为简单的应用;综合实训则是理论知识的综合性应用，往往实验较为复杂，涉及到多门课程的综合应用。

这些实验按实验方式分为传统实验和虚拟实验。

二、传统实验的优缺点

《电气控制自动化》这门课程包含了两个部分内容，一个部分就是继电器控制系统，另一个部分就是PLC控制系统，作为一门理论课程，这两个部分均有相关的课内实验。

对于继电器-接触器控制部分，传统的实验就是给出或者学生自行设计出继电器-接触器控制系统图纸，然后图纸采用导线连接成控制系统。由于线路连接是硬连接，需要用导线将电气元件连接起来，学生能够将理论与实际相结合，培养了学生的实际动手能力，使学生毕业后能很快适应相关工作岗位。

但是这种实验方式的缺点也是显而易见的，主要在于电气元件较多，连接繁琐，往往一个课时结束，学生还没有完成简单的、类似电动机正反转难度的连接，并且连接完成的同学也不能保证接线完全正确，必须通过老师仔细检查才能通电实验，而电源往往用的是工业380V交流，所以存在着极大的安全隐患。

对于PLC部分，课内实验难度一般不大，如果不存在工业用电的安全问题，完全可以采用传统实验，对于交通灯、水塔水位控制、电梯升降控制等较为经典的控制系统，可以选择设计2个学时的实验。但是对于较为大型的复杂控制，由于课时限制，并不适合作为课内实验，可以安排在综合实训中进行。这些实验对于培养学生的工程实践能力，是极为有利的。

但是由于场地与经费的限制，许多高校实验室组建的能够进行PLC控制系统实验设备非常有限，学生接触到的控制对象较为单一，因此，传统实验并不能够完全满足学生深层次的PLC控制系统设计的需要。

三、虚拟实验优缺点

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实（又称VR）等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目。

《电气控制自动化》课内实验由于学时、场地等限制，在继电器-接触器控制系统部分采用虚拟实验非常合适。该部分内容可以采用虚拟的實验环境（平台仿真），平台有电机、继电器、接触器、开关、按钮等虚拟低压电器元件，并存放于库中，每个元件均与实物外形图片及管脚相对应，可供学生自己动手配置、连接和使用，其实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。

PLC控制系统中，课内实验常常较为简单，不涉及过大的控制系统，并且PLC的实验也是由电脑编程完成，所以采用专用软件，不连接电动机等对象，就能够非常直观地呈现出控制状态。

对于较为复杂的控制系统，实际控制时，要将PLC程序写入后与真实的控制对象进行连接，如传送带、机械手臂等，但是很多时候实验室并不具备实物连接的条件。在实验经费、场地、器材等方面不足的情况下，采用虚拟实验不失为一个很好的解决方案。

学生可以采用inventor等软件自行设计控制对象模型，将PLC与这些虚拟模型按规定的接口进行连接，编制PLC程序就可以控制它们的运行，这些运行以动画方式显示在电脑屏幕上，达到所需要的控制要求。因此，虚拟实验方式可以完成非常复杂的PLC控制系统，由于控制对象可以自行设计，因此不存在控制对象的实物限制。

但是虚拟实验的直观性、动手性较传统实验差。

四、实验教学模式的探索

在进行实验时，可以将传统实验与虚拟实验进行结合。

对于课内实验，在继电器-接触器控制部分，学生必须要熟悉常用的低压电器元件，所以应该在实验室配备常用的低压电器元件，如交流接触器、继电器、熔断器、按钮等等让学生认识，这些必须是传统的实验认识项目。

由于学时受限，其它的控制系统设计可以采用虚拟实验方式进行。通过学生的实际操作，与传统实验方式进行对比，发现该种模式效果良好。

传统实验方式由于设备及场地限制，不可能每位学生配备一套设备，学生常常被分组，同一组中有部分学生缺乏主动性，同时由于设备限制，也不可能全部动手实验，所以往往只有部分学生参与;虚拟实验可以给学生每人配备一台装有实验平台软件的电脑，保证每位学生参与，学生的参与性增加，并且修改设计容易，同时安全性增加，非常有利于调动学生的积极性。

PLC控制系统部分，课内实验主要是原理的运用，适用于简单的控制，在电脑上采用编程软件就能进行虚拟仿真，并且可以监视线路的通断，程序的运行情况，非常方便。对于需要连接控制对象的实验，可以放在综合实训中进行，这些实验采用虚拟平台，自行设计控制对象，对于学生的学习能力和综合实践能力非常有益。同时还需开设一个经典的PLC控制系统传统实验，目的不在于设计，而在于学生对控制系统的实物认识，以增强学生的动手能力。

由于计算机网络的飞速发展，知识在网上易于获取，于是在线課程这一新型的教学模式逐渐普及起来。与传统的课堂教学相比，在线课程具有资源共享性，学习的自主性，学习的协作性等优点，在高校教学中应用非常广泛。

《电气控制自动化》这类实践性较强的课程，也采用了在线课程作为传统教学模式的补充。

在线课程的补充形式常常采用是教师进行传统的理论知识讲授完后，学生课后可以自行进入在线课程，进行理论知识的自学解惑或在该课程的在线课程平台中进行讨论、自测、答疑等等。然而，该类课程，由于包含了大量的实验，这些实验在在线课程中难以得到实际的体验，这时，虚拟实验的应用就显得极为重要。对于在线课程而言，虚拟实验能够突破传统实验对“时、空”的限制，学生在家中、宿舍就能够进行学习，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地进入虚拟实验室，操作仪器，进行实验，作为课后的复习及深入学习，虚拟实验在提高教学质量方面，意义尤其重大。

五、结论

文中探讨的《电气控制自动化》实验教学模式，将传统实验与虚拟实验相结合，通过实际的应用表明，该模式可以很好地理论联系实际，提高学生的学习积极性与主动性。对于应用型科技大学而言，在学时、经费、场地等不足的情况下，虚拟实验方式具有相当的应用价值;对于开展在线课程的学科，作为补充，虚拟实验也是相当重要的一个环节。文中所探讨的实验模式，对其它实践性较强的课程具有一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]马新宇.电气自动化开放实验教学平台设计与应用[J].科技视界，2017（34）：42-43.

[2]朱娟娟.PLC实验教学改革探索研究[J].河南教育（高教），2018（05）：71-73.

[3]陈冬丽.虚拟仿真技术在PLC实验教学中的整合运用分析[J].南方农机，2019（13）：182-183.

[4]李萍，厉虹，侯怀昌.电气工程及其自动化专业运动控制系统课程实验教学改革探讨[J].教育理论与实践，2010（15）：61-63.

[5]石永丰.开放式PLC实验教学平台设计研究[J].科技风，2019（24）：11.

[6]段颖妮.电气自动化专业自动控制原理实验教学模式探讨[J].中国电力教育，2014（17）：98-99+111.

作者简介：

喻晓莉（1971-），女，重庆人，副教授，硕士，目前从事教学科研工作，研究方向：机械电子工程。