“新工科”背景下PLC课程虚实结合多层次实践平台构建
2021-09-12翁国庆张有兵
翁国庆 张有兵
摘 要：文章提出了一种“新工科”背景下PLC课程虚实结合多层次实践平台的构建方案。为突破现有实践教学环节的局限，方案从PLC基础实验平台、高级实训硬件平台、综合控制系统应用平台、监控系统应用平台、灵活自主性创新实践平台五个方面，融合“实物”平台和“虚拟”平台两种模式，进行多层次的混合递进式实践平台构建。实践表明，所提PLC实践平台构建方案可实现有效解决现有实践平台的多种问题，显著提升了学生的创新实践能力。
关键词：新工科;PLC实践平台;虚实结合;多层次
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）23-0011-04
Abstract： A construction scheme of PLC multi-level practical platform with combination of virtuality and reality based on the background of new engineering is presented. In order to break through the limitations of the existing practical teaching method， the progressive type PLC practical platform is proposed. On the one hand， the scheme includes five aspects including basic experiment platform， advanced practice platform， application platform of comprehensive control systems， application platform of monitoring system and innovation practice platform. On the other hand， the scheme integrates two modes including full-scale platform and virtual platform. The practice shows that the proposed scheme can effectively solve the problems of the existing PLC practical platform and significantly enhance the students' innovative practice ability.
Keywords： new engineering; PLC multilevel practical platform; combination of virtuality and reality; multi-level
为满足“新工科”背景下高校培养工程实践能力较强、理论知识扎实、能够胜任行业发展需求的高素质应用型人才方面的迫切要求，要求学生具有系统的工程实践学习经验，具备设计和实施工程实践的能力，并能对结果进行分析[1]。实践教学环节可以加深学生对理论知识和基本概念的直观理解，提高动手能力，激发创新思维[2]，因此，实践教学的新理念、新模式对于创新型人才培养具有重要作用。
作为现代工业自动化三大支柱之一，PLC是自动化控制领域一种极其重要的控制设备。同时，PLC类课程的最大特点是应用性、实践性强，理论和实践结合得特别紧密[3]。其实践教学环节对于学生理论结合实际、创新实践的“新工科”思维和能力的培养作用非常突出。但是，目前国内高校在该课程实践教学环节的安排普遍存在形式单一、平台简单、交互性差、内容与社会需求脱节、学生兴趣低、教学效率低下、运行经费不足等问题。随着社会、企业对高校工科人才实践创新能力要求的不断提高，特别是在“新工科”人才培养理念下，为推动科学范式向工程范式转型，让学生的学习更贴近实际需求，高校PLC类课程实践教学体系的建设和优化显得愈加重要和迫在眉睫。
本文提出遵循“新工科”人才培养理念，对现有PLC类课程的实践教学环节进行革新，对学校现有“电气控制PLC实验室”硬件、软件进行资源整合、升级和优化，构建一种虚实结合多层次混合递进式实践平台[4]，使相关课程教学更能提升学生实践创新能力、复杂工程问题解决能力，培养出的专业学生更能适应现代企业、社会的高层次人才需求。
一、虚实结合多层次PLC实践平台的构建思路
针对PLC类课程实践教学环节中普遍存在的上述缺陷，基于实验室现有实际条件和课程实际教学情况，以新工科人才培养理念为指导精神，构建的虚实结合多层次PLC实践平台的框架如图1所示。
二、虚实结合多层次PLC实践平台的构建过程
（一）PLC实践硬件平台的整合升级
除常规配置的S7-200 SMART PLC实验箱，用于相关专业电气控制与PLC技术课程开展课内基础实验的实践硬件平台外，实验室整合升级了一系列PLC高级实训硬件平台。
一方面，新购置一批价格较高、綜合性能较好的PLC高级实训装置，包括多层电梯、立体车库、多角度机械臂、物流材料分拣、单容水箱等;另外，整合了早年罗克韦尔公司捐赠学院的一批大型工业控制流水线PLC控制实训装置，整套装置包括物料分拣、传送加工、机械臂转移、进库出库四个环节。如图2所示，这些高级实训装置均可用于电气控制与PLC技术课程的课外扩展实践、PLC控制系统课程设计实践课程以及专业学生相关课外科技实践活动等的硬件平台。
