电气控制技术与PLC课程的教学改革探讨

毛莉娜 唐林燕

（广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300）

1 引 言

电气控制技术与PLC课程是集计算机、自动化、电气等各专业的理论与技术为一体的实践性及应用性均很强的一门核心专业课程，其中涉及到的内容包括：电器控制、线路控制、PLC原理等多方面的内容。要求学生既要有一定的理论知识，又要有一定的实践动手能力。在一般教学模式中专业理论学时数占主导地位，专业理论的教学方面侧重，造成了专业理论教学和实际动手实践能力相脱节。因而，对于电气控制技术与PLC这门应用课程的课堂教学改革关键点是在于提高相对应的教学效果。

2 电气控制技术与PLC应用的教学特点、教学目标

电气控制技术与PLC这一门课程实际上是电机电气控制技术和PLC这两门应用技术两门课程所做的一个整合，专业理论知识内容相当丰富多样，对应的专业性也很强，所涵盖的知识面也非常广阔，其中对学生所要求掌握的实践性及应用性方面的能力都非常强。既需要学生在掌握专业理论知识的同时，又还要具有一定的动手实际操作能力，所以本课程对学生的要求是相当高的。高职高专院校主要培养面向服务生产第一线的高素质技术型应用人才［1，2］。在新课程改革的背景下，电气控制技术与PLC也要适应向应用型转型方面转变，需要去重新制订一个全新的教学目标。本应用课程则应以培养学生的专业知识应用与创新能力作为主导方向，培养出高级的能够自主学习能力强和具有一定的创新能力及良好职业素养的应用型及复合型人才为目标。要实现这个综合性教学目标，就需要对以往的教学内容、教学模式、教学手段及方法还有对应的考核方法去进行对应的教学改革。

3 电气控制技术与PLC应用的教学内容改革

首先，对课程理念进行改革，重组教学内容，利用仿真软件、多媒体技术等新式教学手段，培养针对性的应用性能力［3］。以“重在应用、强化能力”为指向，再以项目性任务驱动进行设计实施整个教学过程，增加对应的实践教学的学时数，培养学生们的专业工程技术的实际操作应用能力。电气控制技术及PLC课程主要有两大模块：继电器控制系统，可编程控制系统。其中，继电器控制系统模块：主要是介绍一些常用的低压电器和生产设备电气控制系统的设计与分析方法。通过设计这样项目模块：电气控制线路分析、电机制动控制线路、电机点动、电机顺序控制、电机长动、电机正反转、电机降压启动线路、电机调速线路。可编程控制系统模块：PLC认知、PID指令应用、抢答器、交通灯、水塔水位控制、电机基本控制线路PLC实现、自动配料、物料分拣、化学反应装置、工业机械手控制、多种液体混合控制、彩灯控制、步进电机调速控制、PLC系统综合应用等等。其中每一项教学任务需要专业教师教授讲解了所需知识点，然后再由学生自己动手去进行电路的设计、连接、程序编制、调试等各种各样的实际操作任务的过程，课任专业教师则予以现场指导学生在实际操作过程中的问题。在这些内容中，不仅需要安排传授相关应用的专业理论知识，更为重要的是利用项目驱动法去安排具体相关的教学内容。这样不仅能激发学生们浓厚的学习动力，而且还能极大程度上提高学生们的专业理论知识与联系实际的具体操作应用的能力。

4 电气控制技术与PLC应用的教学模式改革

电气控制技术与PLC应用课程重视实践与理论知识的有效结合，而一般的教学模式则是偏向以课任教师授课为主体的专业理论课堂教学，而本门课程授课的内容多、专业难度大，仅靠学生自己本身基础是很难理解抽象的，仅仅以理论形式讲授的概念及设计方法，往往会觉得该门课程难懂且晦涩。所以对一般的传统教学模式进行改革非常有必要的［4］。根据目前倡导的新工学结合的教学理念，需将专业理论知识与实践操作教学进行相融合，才能适应现代社会应用型需求为教学目标，充分发挥学生们的主体作用，采用“教、学、做一体化”的教学模式，可以把讲授专业理论知识的教室直接就放在实训实验室中，专业任课教师在讲解完相关专业理论知识及项目要求之后，学生马上就可以直接利用实验实训室里面的实训设备进行实践操作练习。这样一来，实验室里面的实物、设备把原来抽象的专业理论知识实物化，学生们还可以将新学的专业理论知识马上应用到具体的实践活动中，不仅将原先在教室里面的专业理论知识的教学通过一种较形象化的形式让学生不知不觉中轻松地接受了，而且还通过这种“做”的形式来进一步加深了学生掌握相关专业的专业理论知识，进而有效地提高了教学效果。

5 电气控制技术与PLC应用的教学手段及教学方法改革

在教学过程中，要抛弃传统的教学手段与方法，要抛弃唯教师讲授、唯讲台、唯课室的一般的传统形式，要改变成以学生们为中心，同时采用各式现代化的教学方法与手段，立足于培养学生们的创新能力与实际应用能力的综合应用能力，还可以借助一些网络平台和其它网络资源进行辅助教学［5］。还可以借助于课室之外的互联网资源，比如中国PLC网及工控网等等网络资源，通过引导学生们去查阅各种相关网站、技术论坛等资料去扩充自己的视野，及时掌握最新的电气控制技术与PLC应用的最前沿专业理论知识及发展动态。对于这些网络教学平台，课任教师可在前一次课程结束时就下达相应的自主学习任务单和微视频等教学资源，引导学生们去自主学习相关专业理论知识，那么学生们就可根据自己本身的具体情况去自主制订学习目标、选取相关的学习内容，进而有效地提升学生自身的实践能力及操作能力。针对这种网络教学辅助手段，课堂教学手段与方法也需要进行相应的改革，要采用相对应的混合式教学手段和方法。根据课任教师下达的自主学习任务目录中的各个任务模块，课任教师在课堂上可以随时抽查学生们的课外自学情况，选择其中某一个学生或某一个项目小组的学生来给其他的学生进行详细过程的讲解。最后，课任教师再作相应的补充说明，总结巩固相关专业理论知识点。这样既能能促进课堂上的认真听课和学生们课后的自主学习，又调动了学生们的学习积极性，还提高了学生的团队协作能力、自主学习能力及研究能力及相应的教学效果。电气控制技术与PLC这门课程教学难度非常大，要需将多种教学手段及方法相互结合才行。首先，需要重视课前的教学设计，要使各种教学手段与方法能够相互促进及相互辅助。在教学方法与手段方面除了利用现代数字化网络平台的线下线上分时教学，还要采用理论与实践相结合的手段，要利用现代多媒体技术和板书演示相结合的手段。在教学方法方面，除了传统的讲授法和比较先进的混合式教学法以外，还必须采用项目驱动法、演示法、启发式探究法等各种教学方法。项目驱动法是在教学过程中以项目任务为驱动，把课程相关知识点按照项目的不同分割点去融和到各个不同的教学环境中，在解决每个项目任务的过程中就进行学习了相关专业理论知识，项目驱动教学法能够激发学生们学习兴趣而且使得整个过程与结果的印象更深刻入脑。对于那些抽象的专业理论知识，则要另外借助一些演示法去进行动画演示及实物演示，借此多种手段与方法去帮助学生克服在学习过程中遇到的难点问题。在以往的一般教学方法的基础上，也可以采用启发式问题探究法，该方法是将普通的学习内容分解设计成若干个具有挑战性的问题，然后再循序渐进地通过设置一个个问题来引导学生们去不断地探索每一个学习过程。探究式教学法则是通过设置问题情境去启发引导学生们进行积极的大脑思维，采用循序渐进的提问方式去慢慢地一步一步地调动学生们的求知欲，进而激发学生们的学习的主动性与积极性。

6 项目驱动法实施的教学案例

以“自动门控制”为例，采用项目驱动教学法的实施方案具体操作如下：

6.1 具体项目的选取

具体合适项目的选取不仅需要既能够锻炼学生的相互间的交流沟通水平与相互协作能力及动手实践能力等，还要尽可能地包含到本课程标准要求的各个专业知识点，要能够让学生们在对应的项目背景中完成掌握本项目所必需的方方面面的专业理论知识，还要让学生们能够尽可能多的熟悉本专业理论知识在对应的实际生产项目中的具体应用。

项目选取的“自动门”是我们司空见惯的日常生活中一种最常见的电气控制设备，既要做到项目实施过程通俗易懂，又要能充分地能动地调动学生们的学习积极性与学习兴趣，还涉及PLC在应用过程中的相关问题及PLC控制系统的一般设计方法等基本的辅助专业知识点。“自动门”项目能够作为掌握PLC的基本指令和操作的一个很实际很常见的实训内容。这个项目可以让学生们同时完成多个专业知识点的学习，使得学生在掌握新专业理论知识的同时又复习了已学过的相关各个专业知识点的对应内容，使得枯燥无趣的专业理论知识融入到生动有趣的实践案例项目中，使得学生愿意去主动地进行相关的各种学习活动。

6.2 项目开发小组的组建

当选取确定具体项目下来后，就继而将班级里各个成员进行重新组合，原则上以相互之间的优势互补作为分组的基本原则，进而继续综合考虑学生的实际情况，学生们的学习效果最终会由各个项目分组的合理与否直接决定。比如：学生们的自主学习能力、实际操作的动手能力、项目组中的男女比例合理搭配等各种因素，要让班级中各个项目实训小组成员尽量能实力平衡一些，通常每个具体项目小组人数安排3～5人。分别设立“项目负责人”去负责一个个的项目研发小组，此“项目负责人”需要总体负责该项目小组的具体项目的实施全过程。

6.3 项目的具体分析

项目的具体分析就是要求学生们对课任教师提出的所要完成的项目所做的具体过程完成的要求及步骤，为该项目的具体设计与实施做足充分的准备工作，学生们才会充分具体的认识该项目。该项目“自动门控制”的控制具体步骤要求：当有物体到达大门前时，门会开始打开上升，当门升至相应高度时能自动停止并让物体通过；当物体完全通过后，门又能够自动下降，完成最终的卡门动作。

在教学过程中，可以采用让学生们先自行分析“自动门控制”项目的电气控制技术要求，看咋样才能得到对应的可能使用到的指令及输入输出点数。在此过程中，要注意引导学生各自说出对此的种种看法，进而再带领学生们从头到尾去详细分析一遍。这样才能将具体的电气控制要求的技术理解好、吃透，就可以最大限度地避免学生在匆忙进行分析之后，就直接做相关的编程工作而导致的可能出现的种种错误。

6.4 项目具体实施方案的拟定

具体实施方案的拟定就是要完成该项目的具体实施的步骤与方法，所设置的项目负责人先要收集该项目小组成员们的所有想法，才能拟定出科学与正确的项目的具体实施方案。“自动门控制”项目中的PLC的设计方法如下：先制订输入、输出采用的特定所属的电器元件，再选择对应的PLC机型、确定PLC进行时所配套的I/O分配和输入及输出点数，进一步具体绘画出自动门的电气控制技术整个系统的运行动作过程的流程图。最后，再选择对应PLC指令去编写相关的对应程序指令。“自动门控制”项目各个负责人必须学会实际操作过程中根据项目组中的每一个组员实际情况，去动态分配要完成的对应的实施任务。引导项目组中每一个学生去自主地能动地进行探索并在探索过程里充分地发动项目小组内部成员的交流讨论，充分发挥项目组成员们的主观能动性的自主创造和自主学习的拓展发挥空间。

6.5 项目课题的拓展

可以这样操作项目课题的拓展：每个项目组负责人最后都将向其他组进行展示的自己组项目的具体运行过程，让学生们自由地发表各自的看法及意见。该项目组负责人再根据反馈的各种相关意见内容去完成对应的相关修改，最后能达到完成本项目设定的目标。当所有项目组均完成项目功能并展示完毕之后，项目实施的指导教师还需要再进一步提出对应的各种问题让学生去思考。比如：目前所涉及的自动门是上下开启的，如想再改装成为左右开启的情形，还将需要在对应的电气设施及机械部件方面上再做些改动？对应的PLC编程需要进行对应的改动吗？若仍还需要改动的话，那么将如何进行改动？这样还可以激发学生们往后的进一步的学习兴趣，为另外的实训项目打下铺垫。

6.6 项目效果的评定

最后，在完成了上面五个环节步骤之后，要由项目指导教师对各项目组所提交的作业作一个详细的分析判定评分后，才能算是完成了该项目的整个教学过程。在此项目“自动门控制”中可以采用对工艺、系统程序设计、程序输入、调试及运行等等考核点进行打分，作为对该项目评估的依据。

6.7 项目的总结

完成了该项目“自动门控制”的评定之后，需再针对项目组学生成员的整体完成情况进行汇总工作，对完成好的学生要进行表扬激励，对相对差点的学生也要不放弃，要鼓励其继续努力学习。同时，对项目组的学生们还可以作一些启发性的提问：（A）你自己在设计、调试运行项目时，曾经遇到了哪样问题，遇上了之后，又是如何解决的？（B）你自己在完成整个项目过程中需要注意些啥问题？（C）当你自己和本项目组其他学生在合作完成本项目过程中，当遇到了不同看法的时候，你是如何相互进行协调统一去面对并共同解决的？

通过各种项目化实训既能使学生们掌握必需的专业理论知识，又能在遇到各种具体专业技术问题时学会相互协同交流共同努力，一起去分析问题进而解决问题的相关方法。这样就能逐步地培养出学生们的团队合作意识，学会处理与己不同的看法与意见。类似这样的项目化教学方式突破了传统的一般的以灌输讲授为主要方式，以教师为中心，学生学习主动性差被动完成任务的传统教学模式。采用了在优秀学生的带动下，在班级学生中形成一种互帮互学、你追我赶的一种积极向上、自主学习的学习氛围。项目教学法强调了课任教师的主导性，又使学生们的主体性得到最大程度的发挥。这样可以让学生们的学到的专业理论知识变得更加扎实，同时又使得学生们的实际操作的动手能力、解决具体实际问题的能力得到了惊人的提高，也培养了学生相互合作的团队意识。

7 课程考核方法的改革

电气控制技术与PLC的课程考核方法一般是期末占80%，平时占20%。一般来说，到了期末考试时，学生们只需临考前突击一下背一些专业理论概念就能顺利通过考试，针对本课程专业性实践性比较强的特点，在改革了相应的教学模式之后，对应的考核方法也应该随之做相应的变动，必须加大在实践动手操作能力过程方面的考核比重，提高学生们的实际动手操作能力方面提高对应的成绩比例，从考核方法上来直接督促学生们从根本上去重视实践操作能力培养的环节。这样才能提高本课程具体应用的操作能力。

8 结束语

通过对电气控制技术与PLC课程的教学改革，已经取得了可喜的教学效果：首先，采用多种教学方法、教学手段进行了综合运用，使得学生们在学习主动性、积极性方面能够被充分调动；再则，通过理论联系实践的导向，采用教学做一体化与项目化的教学模式能够较大幅度提高学生们的实际应用能力及动手操作能力；通过对电气控制技术与PLC课程的改革与创新，实现了在课任指导教师的指导下，学生们都能够自主地完成以学生自己为主体的整个完整的项目的教学过程，使得学生们在掌握专业理论知识的同时，又能够使本身的自主学习能力、实践动手的应用能力、专业的工程素质和进行创新的能力得到明显提高，实践中证明已经达到了设定的预期教学目标。