“建筑設(shè)備電氣控制”課程教學(xué)改革的探討與實(shí)踐

喬 蕾 郭福雁 胡林芳 高 瑞

(天津城市建設(shè)學(xué)院控制與機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384)

“電氣控制技術(shù)”是一門(mén)知識(shí)覆蓋面廣、涉及內(nèi)容多、更新發(fā)展快、強(qiáng)調(diào)理論而又重實(shí)踐應(yīng)用的課程.該課程是在學(xué)習(xí)了電路理論和電機(jī)與拖動(dòng)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)的過(guò)程.我院建筑電氣與智能化專(zhuān)業(yè)是天津市品牌專(zhuān)業(yè)，結(jié)合該專(zhuān)業(yè)的特色，我們開(kāi)設(shè)了“建筑設(shè)備電氣控制”課程，在傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)的基礎(chǔ)上加入建筑設(shè)備的相關(guān)知識(shí)，明確了建筑電氣控制中各種建筑設(shè)備的特點(diǎn)和對(duì)控制的要求，使學(xué)生能夠構(gòu)建完整的建筑設(shè)備電氣控制的概念.在課程教學(xué)過(guò)程中，為加強(qiáng)學(xué)生學(xué)以致用和實(shí)際解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，我們從教學(xué)內(nèi)容編排、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等多方面入手，著重對(duì)如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，如何培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，全面提高課程的教學(xué)質(zhì)量和效果等方面進(jìn)行探討.

1 課程教學(xué)的改革

1.1 課程內(nèi)容的調(diào)整

傳統(tǒng)的“電氣控制技術(shù)”課程內(nèi)容包括繼電-接觸器電氣控制和現(xiàn)代可編程邏輯控制器兩大部分.而學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，常常因?yàn)榭刂茖?duì)象不明確或是對(duì)控制對(duì)象了解甚少，不能很好地理解和把握設(shè)計(jì)概念和方法.因此在調(diào)整教學(xué)內(nèi)容時(shí)，在強(qiáng)調(diào)本課程基本理論的基礎(chǔ)上，減少傳統(tǒng)繼電接觸器電氣控制部分的課程內(nèi)容，突出繼電接觸器電氣控制的經(jīng)典電路、典型環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)思想，強(qiáng)調(diào)PLC的工作原理及梯形圖的分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用內(nèi)容［1］.此外，結(jié)合該專(zhuān)業(yè)特色加入了一些與建筑相關(guān)的水、暖等建筑設(shè)備的基本知識(shí)，包括給排水設(shè)備、消防給水系統(tǒng)、空調(diào)與制冷設(shè)備、鍋爐設(shè)備和電梯設(shè)備及其構(gòu)成的電氣控制系統(tǒng)的原理、分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用.這樣編排的優(yōu)點(diǎn)，是把建筑設(shè)備和電氣控制有機(jī)地結(jié)合在一起，學(xué)生在學(xué)習(xí)了電氣控制和建筑設(shè)備相關(guān)知識(shí)后，對(duì)建筑中各種設(shè)備有了明確的認(rèn)識(shí)，并能將電氣技術(shù)運(yùn)用于對(duì)建筑設(shè)備的各個(gè)控制環(huán)節(jié)中，達(dá)到良好的教學(xué)效果.

1.2 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

在課程講授次序上，我們分3個(gè)部分，從理論到實(shí)踐，從概念到應(yīng)用，層層深入，環(huán)環(huán)相扣.

課堂教學(xué)內(nèi)容的第1部分主要安排整個(gè)課程的基礎(chǔ)知識(shí).我們先介紹常用低壓電器的基本知識(shí)，主要包括接觸器、繼電器、熱繼電器、信號(hào)繼電器、主令電器和低壓開(kāi)關(guān)等的結(jié)構(gòu)和原理;其次，介紹繼電接觸器電氣控制的基本控制環(huán)節(jié)，包括點(diǎn)動(dòng)、自鎖、互鎖、順序控制、三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、啟動(dòng)和制動(dòng)控制，以及各種保護(hù)環(huán)節(jié)等.在授課時(shí)，利用課件加入了很多控制環(huán)節(jié)的動(dòng)畫(huà)演示，一方面使學(xué)生明確了各個(gè)觸點(diǎn)的動(dòng)作次序，更重要的是使學(xué)生理解了各低壓電器在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用.通過(guò)這部分課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電氣控制方案，為后續(xù)的課程打下基礎(chǔ);

課堂教學(xué)內(nèi)容的第2部分是在學(xué)生掌握了基本控制環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，介紹可編程邏輯控制器(Programmable Controller，PLC)的相關(guān)知識(shí)，利用PLC實(shí)現(xiàn)各種控制環(huán)節(jié)的編程.在這部分教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)PLC的工作原理及梯形圖的分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用內(nèi)容，對(duì)于理論教學(xué)既強(qiáng)調(diào)學(xué)科理論的系統(tǒng)性、完整性，又重視實(shí)際工程應(yīng)用，同時(shí)保證實(shí)踐環(huán)節(jié)的課時(shí)比例，突出與理論教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求，使教學(xué)內(nèi)容既能適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際要求，又能使學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力得到鍛煉和提高;

整個(gè)理論教學(xué)的第3部分，也是這門(mén)課程最具特色之處.這部分教學(xué)充分明確了建筑中出現(xiàn)的各種控制對(duì)象，包括給排水設(shè)備、消防給水系統(tǒng)、空調(diào)與制冷設(shè)備、鍋爐設(shè)備和電梯設(shè)備.針對(duì)建筑中水、暖、電密不可分的特點(diǎn)，將相關(guān)電氣控制的知識(shí)應(yīng)用于各種水暖設(shè)備，構(gòu)建了水、暖、電一體的完整的建筑設(shè)備控制體系，使學(xué)生建立完整的建筑電氣控制的知識(shí)結(jié)構(gòu).在課堂教學(xué)中，首先介紹與建筑相關(guān)的暖通專(zhuān)業(yè)和給排水專(zhuān)業(yè)的知識(shí);其次，引導(dǎo)學(xué)生分析控制對(duì)象的特點(diǎn)和對(duì)電氣控制的要求;再次，分析和設(shè)計(jì)完整的控制電路;最后，用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電路的編程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣控制技術(shù)的完整應(yīng)用.下面以室內(nèi)生活給水系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹課堂教學(xué)內(nèi)容的安排.首先對(duì)室內(nèi)給水方式和給水系統(tǒng)的組成進(jìn)行介紹;在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析給水系統(tǒng)的控制特點(diǎn)和對(duì)電氣控制的要求，比如何時(shí)啟動(dòng)水泵，何時(shí)水泵停止工作，并進(jìn)一步分析給水泵的手動(dòng)和自動(dòng)控制電路;此后，加入備用水泵自動(dòng)投入控制環(huán)節(jié)，并完善整個(gè)設(shè)計(jì);最后，利用PLC實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)水泵自動(dòng)投入控制電路的編程，對(duì)給水系統(tǒng)形成一套完整的電氣控制設(shè)計(jì).在最后這一部分教學(xué)中，不僅將建筑電氣控制課程的所有知識(shí)融合到一起，還將建筑中水、暖、電各專(zhuān)業(yè)知識(shí)融合到一起，構(gòu)成了完整的建筑電氣控制課程體系.

1.3 教學(xué)過(guò)程的開(kāi)放

教學(xué)過(guò)程的開(kāi)放要使教學(xué)內(nèi)容更接近實(shí)踐［2］，教材內(nèi)容一般無(wú)法及時(shí)緊跟實(shí)踐，部分內(nèi)容可能過(guò)時(shí)，只有開(kāi)放教學(xué)過(guò)程，才能促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐同步，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.在“建筑設(shè)備電氣控制”教學(xué)中，在課程剛開(kāi)始，可安排學(xué)生到高層建筑的給排水、消防或電梯控制機(jī)房等實(shí)地參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解并熟悉各種建筑設(shè)備的作用和運(yùn)行條件，加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，這樣有利于后面的學(xué)習(xí).在后續(xù)的課堂教學(xué)中，盡可能以學(xué)生參觀的實(shí)例為參照，讓學(xué)生帶著參觀時(shí)產(chǎn)生的疑問(wèn)來(lái)學(xué)習(xí)，這樣可以做到有的放矢，加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并很好地鞏固學(xué)習(xí)成果.在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，有針對(duì)性地安排學(xué)生對(duì)實(shí)際建筑設(shè)備(如供水、消防設(shè)備)進(jìn)行操作，甚至可以讓部分學(xué)生進(jìn)行故障排除操作，這樣，有利于學(xué)生適應(yīng)從學(xué)習(xí)到應(yīng)用環(huán)節(jié)的過(guò)渡.

2 實(shí)踐教學(xué)的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育體系的重要組成部分，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)強(qiáng)化印象、深化理解、探索實(shí)驗(yàn)科學(xué)理論的基本方法、提高學(xué)生動(dòng)手和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié) .特別是“建筑設(shè)備電氣控制”課程，是一門(mén)通過(guò)講授電氣控制方法來(lái)訓(xùn)練學(xué)生綜合分析能力和思維能力的實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課，所學(xué)的理論課程最后必須以具體的控制系統(tǒng)的構(gòu)成才能得以應(yīng)用，因此，實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中占據(jù)非常重要的位置.

2.1 實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

(1)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭越處煘橹黧w，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完全由老師進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生只是被動(dòng)地按照老師的要求和示范步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，造成好學(xué)生的能力難以發(fā)揮，差學(xué)生蒙混過(guò)關(guān);

(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不能滿(mǎn)足學(xué)生所學(xué)內(nèi)容的全部需要.大部分實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)PLC的應(yīng)用，缺少建筑給排水、空調(diào)、供熱及電梯控制部分的實(shí)驗(yàn)［4］.

2.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革

針對(duì)上述存在的問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，改革的目的就是充分挖掘?qū)W生自主創(chuàng)新的能力和對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的探索精神.

2.2.1 采用項(xiàng)目教學(xué)法配合課堂教學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)［5］

為配合課堂的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所選的項(xiàng)目一般為生產(chǎn)、生活中的實(shí)際項(xiàng)目，要完成一個(gè)項(xiàng)目必須具備完成項(xiàng)目所需的綜合知識(shí)和綜合技能，根據(jù)項(xiàng)目的具體情況來(lái)安排學(xué)生各自的任務(wù)，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)換角色讓學(xué)生熟練操作各個(gè)任務(wù)內(nèi)容.合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果.“建筑設(shè)備電氣控制”著重于建筑工程，電梯是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此，對(duì)電梯的設(shè)計(jì)很具有代表性［6］.下面以4層電梯的基本控制項(xiàng)目為例列出具體內(nèi)容:

(1)項(xiàng)目名稱(chēng). 4層電梯的基本控制.包括轎廂外呼梯、定向和關(guān)門(mén)，啟動(dòng)、加速及快速運(yùn)行，減速平層到達(dá)頂層;

(2)項(xiàng)目計(jì)劃. 教師在課堂上對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行前期引導(dǎo)分析，然后針對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的不同需求組織學(xué)生討論，并進(jìn)行總結(jié)分析;

(3)項(xiàng)目實(shí)施. 教師先讓學(xué)生熟悉項(xiàng)目?jī)?nèi)容，通過(guò)對(duì)前期項(xiàng)目的回顧，分析該項(xiàng)目的控制要求，可將該項(xiàng)目中的具體要求細(xì)化，學(xué)生劃分小組(每組2～3人)領(lǐng)取任務(wù)，小組成員各自列出該控制系統(tǒng)所用設(shè)備清單及其控制方法，組內(nèi)進(jìn)行討論并加以說(shuō)明講解，選擇最優(yōu)方案;對(duì)控制電路用PLC進(jìn)行編程;實(shí)物接線及其調(diào)試;

(4)項(xiàng)目檢查. 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)內(nèi)容隨機(jī)檢查;

(5)項(xiàng)目總結(jié). 總結(jié)方法與經(jīng)驗(yàn);

(6)擴(kuò)展項(xiàng)目. 對(duì)一些好學(xué)生，在對(duì)項(xiàng)目掌握良好的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加難度，通過(guò)增加控制要求完善系統(tǒng)控制方案.

2.2.2 實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)為主的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

根據(jù)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)由淺入深、自主創(chuàng)新等開(kāi)放類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.不規(guī)定實(shí)驗(yàn)題目，只給出總的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮捅仨毷褂玫碾娖髟c控制環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)自己能力和興趣選擇題目，自己擬定實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告［7］.在這一過(guò)程中，教師應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生自主選題的指導(dǎo)和學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的可行性的監(jiān)督，確保學(xué)生的設(shè)計(jì)方案得到不斷改進(jìn)與完善，充分挖掘?qū)W生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力.

2.2.3 全面開(kāi)展開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)

構(gòu)建開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，多層次多元化培養(yǎng)創(chuàng)新性人才.當(dāng)然這一階段會(huì)受到實(shí)驗(yàn)室條件和實(shí)驗(yàn)教師工作時(shí)間等多種因素的制約，但這種開(kāi)放的模式是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種改革，體現(xiàn)了高等教育中應(yīng)以學(xué)生為中心的理念［8］，能夠引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，且能激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，是未來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必由之路.

2.3 增加課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)作為工科專(zhuān)業(yè)一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是在教師指導(dǎo)下，通過(guò)學(xué)生獨(dú)立完成課題來(lái)達(dá)到對(duì)學(xué)生的綜合性訓(xùn)練.在設(shè)計(jì)中，既要涉及到許多理論知識(shí)(設(shè)計(jì)原理與方法)，又要涉及到許多實(shí)際知識(shí)與技能(安裝、調(diào)試).通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程中所學(xué)到的理論知識(shí)，獨(dú)立地分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生接受到工程師應(yīng)具備的工程設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練.“建筑設(shè)備電氣控制”是一門(mén)融合了暖通、給排水、機(jī)械、電子等多門(mén)知識(shí)的綜合課程，課程設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生全局觀念，養(yǎng)成系統(tǒng)而非片面看問(wèn)題的習(xí)慣.例如，電氣控制與機(jī)械緊密相連，除了要進(jìn)行電氣互鎖外，還要進(jìn)行機(jī)械互鎖;在選擇電機(jī)拖動(dòng)方式時(shí)，還要了解電梯或各種水泵的工作方式和工作條件.通過(guò)課程設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生對(duì)整個(gè)建筑當(dāng)中需要的電氣控制環(huán)節(jié)與工程實(shí)際有一個(gè)比較全面的了解，可以培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際的能力，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和良好的素質(zhì).

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾年的努力，我們對(duì)“建筑設(shè)備電氣控制”課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的改革作了一些嘗試，取得了一些成效.但課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)是一個(gè)比較復(fù)雜的教學(xué)體系，受到實(shí)驗(yàn)條件、教師理論水平和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生自學(xué)、自律能力及經(jīng)費(fèi)等諸多因素限制，要想取得比較好的教學(xué)效果，應(yīng)根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，具體問(wèn)題具體分析，采用不同的教學(xué)手段.我們?cè)诮窈蟮慕虒W(xué)中還需繼續(xù)探索，充分挖掘課程特色，努力培養(yǎng)符合社會(huì)需求和專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的合格的工科大學(xué)畢業(yè)生.

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