智能制造工业4.0时代下电气控制与PLC应用技术课程教学方法与实践改革探索

吴跃飞

摘 要：致力于全面满足工业4.0与“互联网+”时代高级工程技术人才培养的需求，我们面向智能制造的电气控制与PLC应用技术课程教学方法与实践改革，通过优化课程体系、创新教学模式，开展项目化教学改革，实践优化专业人才培养方案课程体系，凝练特色人才培养方向。该课程改革以增强学生的核心竞争力和自主创新为目标，培养本科生对该课程的学习兴趣。

关键词：实践教学改革;电气控制与PLC应用技术;智能制造

中图分类号：G64          文献标识码：A          文章编号：1673-9132（2021）25-0007-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2021.25.003

近年来，在发改委战略性新兴产业规划的引领下，我国装备制造业正在由低端装备制造向智能制造与智慧化装备发展。相比于传统制造系统，智慧化装备制造具有明显的技术革新：智能的感知控制、全面的互联互通、深度的数据应用、创新的服务模式等，可以实现传统制造的智能化改造，提升产业价值，激发产业创新。面向智能制造的相关本科专业课程实践教学改革受到各高校的重视，本文注重全面深化电气控制与PLC课程的体系结构、教学方法、实践方式的改革，展开学科、专业与行业前沿跟踪调研，结合当前人工智能、智能制造等新兴领域需求，进一步寻求面向人工智能的智能制造课程发展方向[1-4]。

南京邮电大学结合发改委规划和学校发展的现状，成立了现代工程研究中心。该中心的智能柔性生产制造平台通过工业互联网将状态感知、传输、计算与制造过程融合起来，实现机加工设备、实体仓库、AGV小车等单元模块之间数据的互联互通。平台集合工业机器人、大数据分析、物联网、仿真及机器视觉等技术，构建了从感知、分析、决策到精准执行的闭环的生产管理体系。本文从测试技术与仪器专业出发，依托于南京邮电大学工程中心，引入了很多智能制造方面的教育培训仪器，完成了多个中试和产业化示范装置，进而培养学生的实验实践能力。

一、电气控制与PLC应用技术课程主要现状

本课程是电气自动化、测控技术与仪器等专业的课程体系中的一门专业基础课，涉及内容十分广泛，包括电机与拖动、机械装备自动化、机电一体化技术、机械CAD/CAM、精密加工工艺、数控技术与装备等。该课程通过开展精品开放课程建设，以国家精品开放课程相关精神为指导，建设视频公开课和资源共享课，打造课程网络教学和资源共享平台。本课程建设中也存在一些问题和不足之处，主要包括[5-6]：

第一，理论教学方面不足，授课内容单调。在以往的教学中，本课程中的基本概念、基础理论和公式推导比较多，从而导致学生在听课中感到枯燥乏味。同时，本课程的潜力尚未完全发挥，学生的学习兴趣激励机制尚需进一步完善。

第二，高校中既能培养学生的专业能力又擅长将课程理论和实践结合的复合型教师较为稀缺，导致很多具有工程应用前景的课程多数停留在理论阶段，难以实验和应用，从而更难培养学生的实践动手能力。同时，由于一些教育培训仪器中部分核心功能的技术壁垒问题，教学成果难以及时下放到测试与实际生产中。从科技理论成果到产品化需要一个中间环节，但目前多数高校针对这一中间环节尚缺少相关教学模式及教学机制，导致现代制造业应用型人才培养过程受阻。

第三，目前教学过程中过分强调抽象的理论和繁杂的数学公式推导，理论与工程应用实际相脱节。专业核心课程教学质量是影响学生学业能力的主要因素之一，必须下决心改革过时的教学模式和考核方式，进一步加强和推进教学研究与改革、优质教学资源的建设工作。在当前学生培养模式中如何推进和落实现代高等教育所倡导的学生为中心、面向产出和持续改进等先进理念，强调高校人才培养要面向社会需求是一个亟待解决的问题。

二、課程教学实践改革

该课程改革以增强学生的核心竞争力和自主创新为目标，培养本科生对该课程的学习兴趣，具备对智能制造领域进行共性关键技术研发和创新的能力，并能在智能制造产业方面解决技术瓶颈问题。全面深化本课程的体系结构、教学方法、实践方式的改革，以面向未来、适应需求、引领发展、理念先进、保障有力的一流国家精品课程为建设目标，展开学科、专业与行业前沿跟踪调研，结合当前人工智能、智能制造等新兴领域需求，进一步探索面向人工智能的智能制造课程发展方向;更新教学内容，并建成本课程优秀创新教学团队，创新培养模式，注重实践教学、研究性教学和信息化教学;健全教学质量保障机制。

该课程改革项目实施，通过产学研的联合，以现代工业自动化技术为立足点，致力于全面满足工业4.0与“互联网+”时代高级工程技术人才培养的需求，通过优化课程体系、创新教学模式，将本专业建成国内同类高校中特色鲜明、人才培养质量高、广受社会欢迎的专业，逐步达到国内一流水平。本课程的发展与建设按照任务目标有序推进，分项任务进展情况如下：

（一）优化课程体系内容，增强新颖性和实用性

面向智能制造的电气控制与PLC应用技术课程教学方法与实践改革以现代工业自动化技术为立足点，发挥学生创新能力和工程实践能力，教师将自身科研和学术成果转化为优质教学资源，带动学生提升其工程实践创新水平。改革和创新实践教学模式，积极开展第二课堂和课外实践活动，实施本科生进团队，科研反哺教学、产教融合，依托教师承担的与本课程相关的课题，发挥本科生创新能力和工程实践能力，更新教学资源，带动学生提升其工程实践创新水平。

（二）以学生为中心，引入仿真软件，改善教学效果

课堂教学中将引导学生进行阶段性总结，通过绘制思维导图的方式将所有知识点进行串联。通过更多的案例式教学，以学生解决工程问题为导向，提升学生解决实际问题的应用能力。加深学生的理论分析，引导学生掌握现代电气控制系统分析与设计的手段。在实验教学过程中，尽量让学生多动手，借助于实际系统，让学生对电气控制与PLC应用技术有感性的认识。除了加大重点难点的授课时间和辅导答疑时间以外，还要充分利用多媒体课件来弥补传统课堂教学的不足。同时，借助网络教学系统增大教学信息量并扩充理解课堂教学内容的渠道。