電氣控制及PLC課程教學(xué)改革探索——以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為主

楊孟濤,陽小燕,王曉梅,楊永剛

一、課程教學(xué)改革概況

電氣控制及PLC是機(jī)械電子、自動化等專業(yè)的主干課，它的主要特點(diǎn)是：（1）實(shí)踐性強(qiáng)，必須要有實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺做支撐。（2）技術(shù)先進(jìn)，是自動控制技術(shù)的核心。（3）應(yīng)用面廣泛，各類企業(yè)均需要一定數(shù)量的富有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的此類人才［1］。它的控制功能只憑理論分析是難以體現(xiàn)出來的，如果僅停留在課本上無異于紙上談兵。這就需要借助于實(shí)驗(yàn)，以便把理論知識轉(zhuǎn)化為看得見、摸得著的控制過程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了對理論知識進(jìn)行驗(yàn)證外，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神和勇于開拓的創(chuàng)新意識，并使學(xué)生在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)職業(yè)技能的培養(yǎng)。

在各高校的電氣控制及PLC傳統(tǒng)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般只有6～8學(xué)時(shí)，主要以示范性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。在實(shí)驗(yàn)中教師是主體，學(xué)生只是被動地接受知識和技能。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容都根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置所提供的規(guī)定項(xiàng)目開出，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單調(diào)不夠豐滿，老師在課堂上把實(shí)驗(yàn)的步驟、注意事項(xiàng)等細(xì)節(jié)都交代得清清楚楚，學(xué)生只是單純模仿、機(jī)械完成。這種教學(xué)方式與工廠的實(shí)際應(yīng)用存在非常大的差距，嚴(yán)重挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，不利于他們能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高［2］。

針對電氣控制及PLC課程實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，以及當(dāng)前教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中存在的問題，我們開展了以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為主的電氣控制及PLC課程教學(xué)改革。在具體實(shí)施中，我們把全部的教學(xué)課程安排到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，在每一知識點(diǎn)的教學(xué)中都配備元器件實(shí)物或?qū)嶋H的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作支撐，極大地豐富了實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容。同時(shí)，在教學(xué)中引人工業(yè)現(xiàn)場思想，即用實(shí)際工程中的思維方式和工作方法來看待和處理教學(xué)問題，也就是要用實(shí)際工程中的思路指導(dǎo)我們進(jìn)行教學(xué)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)面向?qū)嶋H生產(chǎn)、面向第一線的工科專業(yè)實(shí)用性人才的教學(xué)目標(biāo)。經(jīng)過近年來的改革探索，我們初步摸索出了一些教學(xué)方法和取得了一些心得。

二、教學(xué)改革實(shí)施策略

（一）明確學(xué)習(xí)的目的和重點(diǎn)

由于電氣控制及PLC課程的實(shí)踐性極強(qiáng)，在課程教學(xué)中一定要使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的、重點(diǎn)，各知識點(diǎn)在以后工作中的用處。在講解中應(yīng)最大限度地引入相關(guān)工廠、項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例和具體問題的解決方法。這就對從事該課程教學(xué)的教師提出了較高的要求，教師應(yīng)在教學(xué)之外盡可能多地深入工廠，進(jìn)行課程相關(guān)的項(xiàng)目研究、培訓(xùn)，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材和項(xiàng)目的開發(fā)，只有這樣才能在課程教學(xué)中引導(dǎo)和開發(fā)學(xué)生通過實(shí)踐應(yīng)用真正掌握知識的能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容的具體實(shí)施

首先需要具備較為完備的軟、硬件支撐的便于開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，相對于機(jī)電類學(xué)科其他方向的實(shí)驗(yàn)室，電氣控制及PLC的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的費(fèi)用并不高。我們提倡采用與工廠實(shí)際相一致的電控柜接線系統(tǒng)的平臺，學(xué)生可以在安裝板上反復(fù)訓(xùn)練布置元器件、接線、調(diào)試、排錯等。這樣依據(jù)工業(yè)現(xiàn)場思想建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室，拋棄了原有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的方式，能最大限度培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐工程能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和信心，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中真正掌握和深化課程的知識和技能。

由于課程分為低壓電氣控制和PLC控制兩大部分，各部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在具體實(shí)施時(shí)有所側(cè)重和不同。低壓電氣控制部分首先是各種電氣元件講解，我們在涉及的每一元器件時(shí)都配備有實(shí)物，重點(diǎn)要求學(xué)生掌握低壓電氣元件的工作原理、使用方法和選型。由于有實(shí)物的支撐，可以盡可能多地減少教師理論講授的內(nèi)容，要求學(xué)生反復(fù)拆裝電氣元件，了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理，教師只是在以實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)的教學(xué)中起到一定的指導(dǎo)作用。在電氣控制線路部分的教學(xué)中，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解每個電氣控制線路原理后，用工業(yè)現(xiàn)場的思想，在安裝板上用電氣元件等完成接線，并且完成對實(shí)際對象（電動機(jī)等）的控制。這樣學(xué)生不僅掌握和鞏固了知識，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)與工廠實(shí)踐接軌，鍛煉了學(xué)生動腦、動手能力，增強(qiáng)了他們的信心和興趣。當(dāng)前，各高校常用的插接式的試驗(yàn)箱與工廠實(shí)際的電氣控制線路的安裝、調(diào)試、維護(hù)工作差距較大，對學(xué)生能力的提高有限。

PLC控制部分由于各高校、甚至各個專業(yè)的教材不一，學(xué)習(xí)的品牌、機(jī)型都不同。我們的看法是不應(yīng)拘泥于具體的教材、品牌等，其實(shí)在工廠長期從事PLC控制技術(shù)工作的技術(shù)人員都很清楚一通百通的道理，這也是PLC、自動控制技術(shù)的典型特點(diǎn)。當(dāng)前各高校多是通過插接式的實(shí)驗(yàn)箱，以指示燈的點(diǎn)亮、熄滅狀態(tài)來示意受控對象的運(yùn)動狀態(tài)，缺少感觀認(rèn)識，在學(xué)生技能培養(yǎng)方面具有缺陷，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣［3］。這與工廠差距大，鍛煉效果有限。我們主張?jiān)赑LC控制學(xué)習(xí)的開始階段，要求學(xué)生多使用PLC編譯軟件進(jìn)行程序的離線模擬，這樣能更快地熟悉梯形圖的編程方法，具備一定的調(diào)試和糾錯的能力。在學(xué)生具備一定基礎(chǔ)后，一定要在安裝板上進(jìn)行PLC硬件控制線路的接線，軟件的下載、調(diào)試，并完成對負(fù)載（電動機(jī)等）的控制，通過實(shí)踐性很強(qiáng)的接線、反復(fù)調(diào)試，并驅(qū)動與工廠實(shí)際相吻合的負(fù)載，學(xué)生得到的鍛煉和提高是簡單的實(shí)驗(yàn)箱所不能比擬的。

（三）先進(jìn)技術(shù)的引入

當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場的PLC控制系統(tǒng)中人機(jī)界面、組態(tài)軟件的應(yīng)用非常普遍，這也代表PLC控制技術(shù)發(fā)展的主流方向。把人機(jī)界面、組態(tài)軟件整合到PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，可將抽象的現(xiàn)場控制狀態(tài)通過上位機(jī)形象地動態(tài)顯示出來，幾乎就是工業(yè)現(xiàn)場的再現(xiàn)［4］。根據(jù)教學(xué)實(shí)踐的反饋，人機(jī)界面、組態(tài)軟件的學(xué)習(xí)需要較多的時(shí)間熟悉軟件，編譯和調(diào)試等，以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為主的教學(xué)改革為學(xué)生提供了更為便利的條件。通過人機(jī)界面、組態(tài)軟件的學(xué)習(xí)進(jìn)一步提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力，是理論與實(shí)踐的完美結(jié)合。采取這種方式教學(xué)，成本低，能減輕教師實(shí)驗(yàn)上課的難度，又能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

（四）教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充

在正常的教學(xué)活動之外，我們還通過各種渠道，聯(lián)系相關(guān)工廠、企業(yè)的工程技術(shù)人員為學(xué)生開講座，重點(diǎn)介紹和展示最新的控制器、軟硬件，實(shí)際的工程項(xiàng)目應(yīng)用例程、方法，并與同學(xué)們分享學(xué)習(xí)的方法、經(jīng)驗(yàn)等。同時(shí)利用實(shí)習(xí)的機(jī)會帶學(xué)生到工廠一線，在實(shí)習(xí)中一定要明確目的和要求，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和求知欲望，指導(dǎo)學(xué)生深入了解和分析工廠自動化設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)，使學(xué)生的知識和能力得到進(jìn)一步的提升。

三、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和心得

（1）注意學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)的安全，加強(qiáng)學(xué)生的安全教育，強(qiáng)調(diào)在電路通電前一定要經(jīng)過教師的檢查和確認(rèn)。這要求教師對相關(guān)實(shí)驗(yàn)非常熟悉，并具備很強(qiáng)的責(zé)任心和較強(qiáng)的實(shí)踐動手、處理問題的能力。

（2）每一部分課程內(nèi)容的講解應(yīng)盡可能多地引入工程實(shí)踐應(yīng)用的內(nèi)容，明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，重視學(xué)生電氣控制線路、PLC 控制系統(tǒng)的故障排除和維修能力的培養(yǎng)，要求有較強(qiáng)的獨(dú)立工作能力和動手能力，這是當(dāng)前很多工廠急需的技術(shù)人員。

（3）在電氣控制和PLC的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及各種形式的創(chuàng)新比賽中，盡可能鼓勵和指導(dǎo)學(xué)生自主開發(fā)與教學(xué)和工廠實(shí)踐緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和裝置。這樣不僅可以最大限度地鍛煉學(xué)生的綜合能力，而且可為課程進(jìn)一步開展提供了有力的保證。

（4）機(jī)電類學(xué)科的其他課程，如機(jī)電傳動控制、單片機(jī)原理及應(yīng)用等，也非常適合開展以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為主的實(shí)踐教學(xué)改革探索，以適應(yīng)時(shí)代和社會發(fā)展的要求。

總之，通過近年來以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為主的電氣控制和PLC課程教學(xué)改革探索，教學(xué)效果得到了顯著的提升。學(xué)生的能力提高顯著，在創(chuàng)新比賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)中都取得了很好的成績。學(xué)生畢業(yè)后能很快進(jìn)入工作角色，部分學(xué)生很快成為工廠的技術(shù)骨干。學(xué)生反饋正是由于在學(xué)校時(shí)該課程的鍛煉，積累和培養(yǎng)的知識和能力，堅(jiān)定了他們從事PLC自動控制技術(shù)工作的信心。同時(shí)，教師的教學(xué)水平和科研能力也得到很大的提升，近年來教師們從事的橫、縱向項(xiàng)目，發(fā)表的科研論文在量上有成倍的增加，在質(zhì)上有很大的提高。

[1]汪舒麗.PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的能力培養(yǎng) [J].學(xué)園·教育科研，2011（19）.

[2]拾以超.PLC 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].科技信息，2010（13）.

[3]孔勇奇.虛擬技術(shù)在PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2010（1）.

[4]郭丙君.PLC 實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].科技信息，2011（7）.