可编程控制器原理与应用课程教学改革模式探究

藕艳萍 张 捷 孟 瑞

（厦门工学院 福建·厦门 361021）

0 引言

“可编程控制器原理与应用”是电气工程及其自动化等专业的专业必修课程。是电气工程及其自动化、自动化专业的核心课程，作为机与电的纽带起到了重要的作用。该课程的培养目标是：掌握电气设备的使用、安装、调试、维护等技能，能面向企业、胜任工作的高素质应用型专门人才。可编程控制器原理与应用是继传统的继电器控制之后的一门新的控制技术，已经普遍应用到生产过程的自动化控制系统中，起到了一个非常重要的作用。该课程实用性较强，要求学生在掌握可编程控制器的基本理论知识的基础上，能够具有一定动手解决实际控制问题的能力。本课程传统的教学模式注重理论教学，理论课时占有42 学时，实验课程仅有6 学时，造成了学生很难将课堂上学习到的理论知识与实践工业控制过程中需完成的控制任务联系起来。因此，对“可编程控制器原理与应用”这门课程的教学改革变得十分必要。

1 课程特点和教学目标

“可编程控制器原理与应用”这门课程是自动化相关专业的一门专业课，可编程控制器（简称PLC）是从传统继电器控制电路的基础上发展而来的，是以微处理器为核心的工业自动控制装置，其种类繁多，不同厂家的产品各有特点，有一定的区别，又具有一定的共性。在教学过程中，需要将PLC 的共性讲解透彻，又需要提及各种不同类型的PLC 之间主要的区别，使学生学习完这门课程后，能够选择某一类型的PLC 解决工业上的控制任务，同时也需要学生具备自学使用其他类型PLC的能力。

首先从专业能力目标（包括知识和技能目标）来说，力求使学生掌握可编程控制器的硬件组成及工作原理，能够使用基本编程指令及常用功能指令，能够针对不同的控制任务采用不同的方法编程，具备程序调试模拟的基本能力，初步具备可编程控制系统的设计和技术改造的能力以及具备分析、解决工程实际问题的能力。

其次在方法能力目标，要求学生通过模拟调试，学会发现问题、分析问题和解决问题的学习方法，通过小组学习和讨论，培养学生的交流沟通能力及与人共处能力，具有综合运用知识与技术，从事程度较复杂的技术工作能力，具有独立进行系统分析、设计、实施、评估的能力，具有获取、分析、归纳、交流、使用信息的能力，具有自学能力、理解能力与表达能力，具有合理利用与支配资源的能力。

另外从社会能力目标的角度来看，培养学生具有良好的职业道德和爱岗敬业精神，具有团队意识及妥善处理人际关系的能力，具有沟通与交流能力，具有计划组织能力和团队协作能力。通过任务的设定、驱动，培养学生善于观察、勤于动脑、长于动手的良好学习习惯，培养学生遇到问题会思考、会分析、会总结的综合素质能力，增强学生的自主学习、不断探究、勇于创新的意识。

2 教学内容

在以往的课程教学安排中，选用的教材只包括PLC 部分，选修课程也未安排介绍低压电器的课程，因此学生对于 PLC的作用理解不够彻底。以三相异步电动机的正反转控制为例，学生无法很好地理解输入/输出分配的含义，同时也无法理解PLC 和电机之间的连接关系。因此在教改中首先更换了教材，选用了既包含继电器控制电路部分，又包含PLC 部分的教材。其次对于PLC 的型号也做了选择，以往的教材中介绍的PLC型号为西门子S7300 系列，该系列PLC 为中型机，实现功能更多，指令系统相对比较复杂，学生在学习时不容易掌握。因此，在更换教材时也重点考虑了PLC 型号问题，新选教材既介绍了S7200 系列的小型机，也介绍了三菱公司的FX系列的PLC，这两类型号的PLC 在如今的市场份额占据较大，也是学生走到工作岗位中碰到概率较大的两类机型。

3 教学模式

传统的教学模式主要以教师为主体，课程的大部分知识点均是以课堂讲授的方式教给学生，但效果较差，因此对教学模式的改革也很有必要。由于课程的特殊性，主要需要的还是让学生实际动手去实践、探索，因此将教学模式改为“教学做一体化”的模式，在教室讲完理论知识后，教学场地转换到实验室，通过项目化的方式，将知识点贯穿在各个不同的实验项目中，学生可以自己在电脑上进行编程，配合实验箱上的模拟仿真模块对控制项目进行抽象化仿真，理论知识可以得到实际运用，学生在动手的过程中遇到的问题也能及时得到解决，提高了学生课程知识的掌握程度，提高了教学效果。

另外采用项目化教学，把教学内容由章节形式变成了项目形式，共设计了7 个项目，这7 个项目是按照课程定位与目标来设计的，涵盖了教材所有内容，每个项目均有其专业能力、方法能力以及社会能力目标，把教学内容渗透到项目中，把理论、实验、实训统一在项目中去完成。在设计这7 个项目时，按基础篇、提高篇和应用篇三个阶段循序渐进，逐次完成能力和素质的培养。同时还考虑到了其他专业和课时的影响。如：针对定时器的应用，设计了抢答器及LED显示、交通灯控制模拟系统两个项目，这样就可以根据专业和课时灵活选择一个项目。

4 教学手段

教学手段改革主要采用多种教学方法的混合运用，其中包括项目驱动教学法、案例教学法、探索式教学法等。项目驱动教学法：在课程的宏观设计中，精选数个工程案例中有代表性的设计项目，如：交通灯控制模拟、机械手控制模拟。项目主题与真实企业生产实际相联系，学生的学习更加具有针对性和实用性。案例教学法：把每个重要知识点的教学均与案例结合起来，重视学生分析问题、解决问题能力的培养，让学生了解分析问题的思路，要解决什么问题，如何解决，应用什么理论和方法，并根据分析结果提出针对性的对策和措施，训练学生综合运用所学知识去解决实际问题的能力，激发学生学习的兴趣和求知的欲望。如：在学习触点竞争时可用一个点动加长动控制电路为案例进行教学，实现重点和难点的突破。探索式教学法：让学生通过阅读、观察、实验、思考、讨论、听讲等途径去独立探索，自行发现并掌握相应的原理和结论。在教师的指导下，以学生为主体，让学生自觉地、主动地探索，掌握认识和解决问题的方法和步骤，研究客观事物的属性，发现事物发展的起因和事物内部的联系，从中找出规律，形成自己的概念。对于同一控制任务，可能会有几种不同的控制方案，例如：设计一个自动装卸料系统，可以用经验法，也可以用顺序功能图法，这样就可以让学生去探索各种方案，并探讨总结各方案的优缺点，从而培养了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力以及创新能力和创新意识。情境教学法：由教师演示一个实验，或创设一个情境，让学生进行观察和体验，从而加深对知识的理解。如：在讲互锁电路时，为了让学生深刻理解和正确运用互锁这一概念，可以创设一个知识竞赛的场景，让学生设计一个抢答器。

通过以上方法的混合灵活使用，使学生在整个学习过程中，不仅需要牢固掌握课堂上所讲授的知识，还需要通过查阅网站等手段去扩充视野，及时掌握PLC 的发展动态和前沿知识。整个过程能启发学生思维，循序渐进地调动学生的求知欲，激发学生的学习兴趣以及积极性、主动性。

5 课时安排

为了更好地实施教学内容和教学手段等改革措施，在课时安排上也做了调整。理论课时适当减少，保证理论知识点能够讲完。实验课程大幅增加，除了课内实验增加到七个（包含继电器部分和PLC 部分）以外，还增加了为期一周的课程设计以及18 个课时的认知实训环节，极大地增加了学生动手的机会，并大范围接触到了工业生产过程中常见的控制任务，为以后的相关工作打下了基础。

6 考核方式

“可编程控制器原理与应用”这门课程传统的考核方式是期末卷面成绩占70%，平时成绩占30%，主要包括上课出勤、作业完成情况以及实验成绩，这样分配的结果是学生只需要在期末考核前认真复习一下就能顺利通过考试。因此，在考核方法上也进行了修改，更加注重过程性考核，提高平时实验、实训以及作业的占比，督促学生重视平时的学习，多动手多锻炼。

7 结束语

通过对“可编程控制器原理与应用”这门课程的教学改革，教学效果有了明显的提升。首先多种教学手段和教学方法综合运用，学生的学习积极性和主动性被充分调动；其次，理论联系实践，教学做一体化教学模式提高了学生的操作能力和实际应用能力；通过对“可编程控制器原理与应用”课程改革，实现了以学生为主体的教学过程，学生能自主完成项目，在掌握理论知识的同时，学习能力、应用能力、创新精神明显提高，达到了预期的目标。