“电气控制与PLC”课程教学方法改革探索

夏文鹤 杨青 秦连升

［摘 要］ 针对工程教育专业认证和石油石化行业对自动化专业人才的需求，分析了“电气控制与PLC”课程的特点和在实际教学中存在的问题。结合专业培养目标和毕业指标点，调整课程教学目标与之对应。引入在线开放课程提升授课灵活性，并丰富了师生互动的渠道。结合新的时代背景，重点进行课程资源建设，通过多种渠道大幅增加教学案例，引入项目式教学法提高学生兴趣，并增加实践教学环节强化学生实际操作能力。通过一系列的教学改革措施，切实提升教学效果，使该课程的教学模式更符合行业对自动化专业人才的培养要求。

［关键词］ 工程教育认证；案例式教学；项目教学法；电气控制

［基金项目］ 2021年度西南石油大学高等教育教学改革研究校级重点项目“深度融合信息技术一体三翼的自动化专业创新性人才培养资源建设”（XYJ2021020）

［作者简介］ 夏文鹤（1978—），男，四川成都人，博士，西南石油大学电气信息学院副教授，主要从事油气田自动化研究；杨 青（1980—），女，河南罗山人，博士，西南石油大学电气信息学院教授，主要从事自动控制领域的教学研究；秦连升（1986—），男，河南信阳人，博士，西南石油大学电气信息学院讲师，主要从事自动化相关专业课程和检测装置及控制系统研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）32-0061-04 ［收稿日期］ 2022-07-15

引言

工程教育认证标准的三大核心理念是以学生为中心、产出导向的教育体系，以及持续改进的质量观［1］。1981年Spady率先提出产出导向教育（OBE教育理念），被教育界一致认为是追求卓越教育的正确方向，《华盛顿协议》全面接受了OBE教育理念。按照OBE教育理念，基层主体对象是学生和教师，基本元素是课程和教研室［2］。

西南石油大学自动化专业成立于1998年，专业承袭西南石油大学能源发展的优势和特色，并面向四川省“5+1”產业体系发展需求，培养智能制造产业升级所需的自动化人才，2021年获批四川省一流专业，目前形成了电气控制和工业过程控制两个基本专业方向，以石油化工、机器人工程、智能控制技术为专业特色的工程应用型自动化本科专业。

在工程教育认证建设背景下，确定了西南石油大学自动化专业人才培养目标，要求学生掌握自动化领域的基本理论、基本知识和专业技能，并能在工业企业、科研院所等部门从事有关电气控制、过程控制、自动化仪表和设备、智能监控系统等方面的工程设计、系统运行管理与维护、企业管理与决策、科学研究和教学等工作。

一、当前的教学状况

“电气控制与PLC”课程是电气技术、自动化技术、可编程控制器技术三大技术发展的交汇点，因此在石油石化行业得到广泛应用。各石油高校的自动化、电气工程、测控类专业均开设电气控制类课程，如“电气控制与PLC”“控制电机”“可编程控制器系统”等，但该类课程是多种知识的综合应用，具有面广点多的特点，在教学中主要存在以下问题［3］。

（一）教学方法与教学内容不匹配

采用传统的教学方法和多媒体教学，很难在短时间内让学生体会到电气控制这一庞大系统的实质，尤其是可编程控制器系统，学生往往只能是走马观花地了解其皮毛。

（二）教学资源老化

由于该项技术正在经历突飞猛进的发展，一些具有重大革新的技术也不断地融于可编程控制器当中，这样就使得现有以传统接触器、继电器控制系统为主的教材内容与新技术的发展严重脱节，面向行业高校的教学资源更是凤毛麟角。

（三）欠缺充分的实验和实践环节

由于学时少、内容多，在完成正常教学内容的前提下，该课程相关的实验、实践教学内容安排相对较少，有的甚至因为实验条件的限制，没有实验环节，或是以教师的演示教学为主，很难达到对学生工程能力和创新能力的培养。

上述存在的问题直接影响到学生基本动手能力的培养，与工程教育中提到的工程能力和产出导向的理念背道而驰。随着我国智能智造在各行业技术的大力推进，行业人才结构的不合理和教育资源不足的问题已经显现，应用型、技能型人才非常缺乏，尤其是能结合行业的特点构建电气控制系统的复合型人才严重匮乏。因此，各行业高校必须采取措施提高该行业内自动化类专业毕业生的业务能力。故借西南石油大学自动化专业工程教育认证建设的契机，对“电气控制与PLC”类课程的讲授内容和方法进行了一些改革尝试。

二、教学改革的具体内容

（一）调整教学目标

针对工程教育和石油石化行业的培养要求，基于专业培养目标对“电气控制与PLC”课程的教学目的进行了梳理，并结合多位毕业生对该课程的反馈意见，制定了明确的课程教学目标，确定课程主要是以电动机或其他执行电器为控制对象，让学生掌握常用低压电器的原理和选用原则，掌握电气控制线路的基本规律、电气控制系统的分析、设计方法；掌握可编程控制器的基本指令、编程方法及其控制系统的设计等基本应用技术。具体的毕业要求与课程目标对应关系如表1所示。

（二）教学方法的改革

教学方法的改革是教学改革的重点，本课程电路分析内容占比大，在具体的教学中发现，学生刚开始学习课程的兴趣和效率在进行一段时间电路分析之后会大幅下降。针对教学方法暴露出的突出问题，结合教学目标1、2、3的要求，除课堂教学外，将课程中关键电路的分析及编程技巧的详细讲解，采用中国大学MOOC平台自建在线开放课程，让学生能根据自己的实际情况灵活安排预习、复习和巩固的时间，切实提升学习效果，提高目标达成度［4］。

2020年2—6月，针对每一个重点及难点内容，课程组教师完成了授课视频的录制，包括22个授课视频、30多个重点及难点讲解视频和相关知识点扩展视频，总时长大约3 000分钟，建立起课程在线教学授课视频库，并于2020年3月在中国大学MOOC平台上线。根据教学内容，制作了统一风格的在线标准课件，收集了200余份与课程内容相关的扩展阅读资料，还建立了包含大约240道习题的在线题库，也一并在中国大学MOOC平台上线，形成了线上线下混合式教学，实现了从传统的“以文本解读为主”转向了以“图、文、声、像”相结合。自2020年3月以来，一共开课4期，累计2 000多人次通过网站进行了学习。学生在学习过程中，除了使用教材，也可在MOOC平台上观看教学视频、完成线上作业和测验、与教师进行互动等。这使得教材真正立体化，为学生和教师提供全方位的服务，混合式教学改革实践为本课程教学目标达成度的提高提供了有力的支撑。

（三）教学资源的扩充

针对教学资源老化的问题，此次教改在维持总学时48学时不变的情况下，针对教学目标1、2、4的要求大幅增加案例式教学的学时数，共计约12学时。通过课前收集的西门子、三菱、罗克韦尔、欧姆龙、博世、贝加莱等公司在石油石化行业成熟、经典的电气控制与PLC系统资料作为教学案例。同时充分利用学校新建的西门子电气控制实验室、罗克韦尔远程控制实验室等配备的主流电气控制与PLC设备，将高年级学生毕业设计、电子大赛的成果转换为多套教学演示设备，用于各关键知识点的教学演示，将实验室变为授课教室，进行体验式案例教学，将枯燥的理论知识和电路分析转变为动态的演示，大幅提升了学生的学习兴趣。此外，以作业和线上讨论的形式鼓励学生通过各种渠道了解电气控制与PLC技术在各类企业中的应用情况，以及在智能智造领域中的作用，调动学生主动扩展知识面的积极性。

（四）强化实验和实践环节

教学目标4是此次教改的难点，为进一步提升其达成度，本次教改尝试将专业创新实践和课程设计环节与电气控制课程相结合。这两个课后延伸环节均强调与工程背景的紧密接合，教改中利用项目教学法的优势进一步培养学生实际动手能力。结合学校面向石油行业的学科背景［5］，在上述两环节中选择抽油机运行控制、炼化线工艺控制、油气管线调配控制、机场行李传送带等作为设计题目，由学生根据工程实际自行设计电气控制方案和电路、PLC程序、线路接线方案等，并在实验装置上进行验证，加深其对电气控制系统的理解，并提升学生对自动化系统的认识。这种教学方法非常适合用于“电气控制与PLC”类课程的课后延伸环节。以炼化线工艺控制为例，说明项目教学法在电气控制课程设计环节中的过程（见表2）。

（五）教改效果

以2021年春季学期的“电气控制与PLC”课程为例，该学期共开设了4个平行教学班，其中两个教学班实施了教学改革，两个教学班为传统教学方式。教改班与对照班的期末考试卷面成绩对比见表3。教改班与对照班相比，优势比较明显。这充分说明通过教学改革，提高了学生的参与度，学生由被动学习逐渐转向主动学习，从而保证了知识的有效掌握，提高了教学质量。

结语

本次教学改革根據行业高校“电气控制与PLC”课程的特点和实际情况，结合国家工程教育的要求和石油行业的实际需求，从教学目标、模式、教学方式方法、教学资源等方面进行了一系列改革尝试。通过教学改革，增强了学生的学习兴趣和学习主动性，提高了学生发现问题和解决问题的能力。此外，工程教育理念的实施，不仅帮助学校改善了办学环境，还切实提升了学生的就业竞争力，也提升了教师的教学水平。该计划的实施是一项长期、艰巨的工作，需要在今后的教学实践中进一步落实和完善培养方案，相信只要广大教师多到生产一线去锻炼和学习，提高自身的专业素质，然后再由企业回到课堂，改变原有的教学模式和教学内容，真正落实计划的培养目标，其教学水平和效果定会有更大的提升。

参考文献

［1］孙桓五，张琤.基于工程教育专业认证理念的地方高校工科专业建设实践［J］.中国大学教学，2017（11）：39-42+53.

［2］毕家驹.中国工程专业认证进入稳步发展阶段［J］.高教发展与评估，2009，25（1）：1-5+120.

［3］赵国勇，许云理，曲宝军，等.面向工程教育认证的电气控制技术与PLC课程改革［J］.中国现代教育装备，2020（5）：57-59．

［4］岳静，刘影，杨先凤.工程教育认证的“数据库原理及应用”混合式教学改革探索［J］.教育教学论坛，2021（6）：73-76．

［5］夏文鹤，青小渠，李杰.石油高校“工业控制网络”课程教学方法改革研究［J］.石油教育，2014（2）：93-95.

Exploration on the Teaching Method Reform of Electrical Control and PLC

XIA Wen-he， YANG Qing， QIN Lian-sheng

（School of Electrical Engineering and Information， Southwest Petroleum University， Chengdu，

Sichuan 610500， China）

Abstract： According to the professional certification of engineering education and the demand for automation professionals in petroleum and petrochemical industry， the characteristics of “Electrical Control and PLC” course and the problems existing in practical teaching are analyzed. Combine the professional training objectives and graduation index points to adjust the corresponding course teaching goals. The introduction of online teaching channels improves the flexibility of online teaching， and enriches the flexibility of teachers and students， Combined with the new era background， focus on the construction of curriculum resources， greatly increase teaching cases through various channels， introduce project-based teaching method to improve students interest， increase and adjust practical teaching links， and strengthen students practical operation ability. Through a series of teaching reform measures， the teaching effect has been effectively improved， and the teaching mode of the course is more in line with the training requirements of the industry for automation professionals.

Key words： engineering education certification; case teaching; project teaching method; electric control