電氣控制技術(shù)與PLC課程教學(xué)改革研究

摘要：分析了電氣控制技術(shù)與可編程控制器（PLC）課程的重要性和特點(diǎn)。針對(duì)該課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足，分理論、實(shí)踐兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析與改革。提出采用案例式與移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性的教學(xué)改革方法。從教學(xué)效果來(lái)看，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電氣控制與PLC；實(shí)踐改革；案例式教學(xué)；移動(dòng)式實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）30-0033-02

多年來(lái)，高等教育工作者們一直在尋求適合于我們國(guó)家大學(xué)生的教學(xué)模式。不論是理論教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)都存在著學(xué)生眾多，而師資薄弱，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足和更新不及時(shí)等多方面的問(wèn)題，尤以理工類(lèi)院校為甚。近年來(lái)，從國(guó)家教育司到地方政府都對(duì)學(xué)科建設(shè)提出了更高的要求，也進(jìn)行了大量的資金投入[1-2]?！半姎饪刂萍夹g(shù)與PLC”這門(mén)課是控制學(xué)科中必不可少的一門(mén)課。它是工業(yè)控制中的控制器，控制器的選擇與相關(guān)電路的設(shè)計(jì)一直是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，也是控制工程中決定系統(tǒng)工作性能是否良好的一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，其硬件與軟件設(shè)計(jì)良好與否會(huì)直接影響控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)情況。PLC自20世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來(lái)，以其無(wú)以比擬的可靠性在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一直受到各大工程師們的親睞，因此掌握這門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程對(duì)控制學(xué)科方向的學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常必要的。

PLC技術(shù)的發(fā)展更新快，涉及內(nèi)容廣，強(qiáng)調(diào)軟硬件配合并且與實(shí)踐聯(lián)系緊密。如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，采用互動(dòng)案例式理論教學(xué)方法以及移動(dòng)式的實(shí)踐教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題和動(dòng)手解決問(wèn)題能力，全面提高課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，為學(xué)生今后學(xué)習(xí)就業(yè)及培養(yǎng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高級(jí)工程技術(shù)人才，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)要求和傳統(tǒng)教學(xué)方法

1.專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)要求

電氣控制技術(shù)與PLC是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)和電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)課[3]，為必修課。為配合專(zhuān)業(yè)教學(xué)，另加設(shè)有課程設(shè)計(jì)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備電氣控制與PLC技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，建立完整的電氣控制系統(tǒng)的概念。能夠熟練地分析電氣控制電路，并排除電氣電路故障。能夠熟練地選用合適的PLC型號(hào)，進(jìn)行外圍電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行PLC程序編制，從而進(jìn)行一般電氣控制設(shè)備的PLC改造，完成所承擔(dān)的控制任務(wù)。

2.傳統(tǒng)的教學(xué)方法及不足

傳統(tǒng)的教學(xué)方法大多是老師為主動(dòng)的，學(xué)生被動(dòng)的[4-5]。主要由于：1）教學(xué)方法主要采用課堂講授的方法，在課堂上，從大學(xué)物理講到電路，又從電路講到控制理論，總想代替學(xué)生完成思考，教師總覺(jué)得教學(xué)時(shí)間偏少而教學(xué)內(nèi)容太多。這樣造成老師每次講課很累，學(xué)生依舊云里霧里。在教學(xué)的過(guò)程中學(xué)生沒(méi)有參與進(jìn)來(lái)，老師也忽視了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性的調(diào)動(dòng)[4]，教學(xué)效果欠佳。2）教學(xué)大綱的教學(xué)重點(diǎn)在于線路與程序的理論邏輯設(shè)計(jì)，考查方式也是重理論，輕實(shí)驗(yàn)。另外，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入明顯滯后于教學(xué)要求，有些實(shí)驗(yàn)往往沒(méi)辦法開(kāi)設(shè)。實(shí)踐環(huán)節(jié)不考核，也不計(jì)入考試成績(jī)，因此造成學(xué)生的不重視。因此實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革尤為重要。

二、理論教學(xué)改革的方法及實(shí)現(xiàn)

電氣控制技術(shù)與PLC這門(mén)課工程應(yīng)用特點(diǎn)較強(qiáng)，因此只要確定一個(gè)良好的教學(xué)指導(dǎo)大綱，教師以工程實(shí)例為導(dǎo)向的理論講授和學(xué)生以實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)為實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，讓理論教學(xué)服務(wù)于實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)改革理論與實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，在教學(xué)過(guò)程中老師要注重引導(dǎo)與培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)，以提高教學(xué)效果。

1.啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)明改變了人類(lèi)的計(jì)算方式，也改變了人類(lèi)的思維方式。大部分學(xué)生遇見(jiàn)問(wèn)題首先想到的是百度。怎樣改變學(xué)生這種見(jiàn)到各種問(wèn)題就問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的茫然心理呢？該課程實(shí)踐性很強(qiáng)，我們可以在教學(xué)中突出經(jīng)典控制環(huán)節(jié)的線路內(nèi)容，弱化理論分析，注重總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，多講工程應(yīng)用。做到深入淺出，理論聯(lián)系實(shí)際。改革原來(lái)的教師為主體的教學(xué)模式，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)過(guò)程中來(lái)，只要學(xué)生主動(dòng)參與，勤于思考，轉(zhuǎn)換被動(dòng)學(xué)習(xí)模式，就會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

經(jīng)過(guò)多年教學(xué)總結(jié)，有兩種教學(xué)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一是改革作業(yè)與考核形式，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)這門(mén)課在整個(gè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)體系中的作用。在每章課開(kāi)始時(shí)，給學(xué)生布置作業(yè)任務(wù)，要求作業(yè)不要拖，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)變得有的放失，老師引導(dǎo)學(xué)生去思考，當(dāng)堂的內(nèi)容盡快消化。這相當(dāng)于要求學(xué)生預(yù)習(xí)，并要復(fù)習(xí)，并將作業(yè)情況計(jì)入期末成績(jī)。

二是采取了“互動(dòng)啟發(fā)式[4]”的教學(xué)方式。具體作法是：在課堂教學(xué)中開(kāi)辟一定時(shí)間提前一到兩周指明要學(xué)生參與教學(xué)討論的內(nèi)容，讓學(xué)生分小組集思廣義，每組推薦一位同學(xué)給其他同學(xué)及任課教師講解所準(zhǔn)備的內(nèi)容，其他同學(xué)補(bǔ)充。每次課程開(kāi)始時(shí)，借助現(xiàn)代化的聊天工具，所有學(xué)生這門(mén)課的問(wèn)題均可以在這個(gè)群里討論。讓每個(gè)同學(xué)都參與到問(wèn)題的討論過(guò)程中，老師作最后的總結(jié)。學(xué)生通過(guò)集體備課自己組織課堂教學(xué)，會(huì)主動(dòng)地提前查閱資料，將控制技術(shù)與PLC技術(shù)的熱點(diǎn)問(wèn)題和學(xué)科前沿知識(shí)自覺(jué)地引入課堂之中，這不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且拓展了學(xué)生的知識(shí)面。

2.工程案例教學(xué)方式，提高學(xué)生創(chuàng)造能力

無(wú)論是常規(guī)電氣控制技術(shù)還是PLC的教學(xué)過(guò)程，在工廠電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與過(guò)程中所涉及到的執(zhí)行電器無(wú)外乎兩種，一是電磁閥，二是電動(dòng)機(jī)。因此選取實(shí)例時(shí)應(yīng)根據(jù)專(zhuān)業(yè)特色選取合適的執(zhí)行電器的控制系統(tǒng)。并且盡量選取大家生產(chǎn)實(shí)際和日常生活中耳聞目睹的工程實(shí)例來(lái)講解。將知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，而且我們的生活處處被控制包圍著。在教學(xué)的過(guò)程中學(xué)生也會(huì)深深地體會(huì)到電氣控制在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系中的重要性和實(shí)際意義，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性。

如在電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路的教學(xué)中，其應(yīng)用實(shí)例很多，我們選取日常生活中大家都接觸過(guò)的“商場(chǎng)的自動(dòng)門(mén)”的實(shí)例。此實(shí)例每個(gè)學(xué)生都見(jiàn)過(guò)，也是知道它是需要控制的，但好多學(xué)生并沒(méi)有將它與這門(mén)課聯(lián)系起來(lái)。從這個(gè)實(shí)例聯(lián)系到位置傳感器，聯(lián)系到有觸點(diǎn)位置開(kāi)關(guān)與無(wú)觸點(diǎn)的非接觸紅外傳感器的區(qū)別與應(yīng)用。做到電機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制與電氣控制的知識(shí)串聯(lián)，同時(shí)講到在控制線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，電器元件的選取原則與設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。如在后半部分PLC的講解過(guò)程中，結(jié)合“工程自動(dòng)裝卸車(chē)”的實(shí)例中電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，講解由常規(guī)繼電接觸器控制電路轉(zhuǎn)化為PLC梯形圖控制時(shí)，常規(guī)電氣的常開(kāi)常閉點(diǎn)與PLC的軟元件中的常開(kāi)常閉點(diǎn)的邏輯關(guān)系以及轉(zhuǎn)化方法，PLC的接線圖與常規(guī)繼電接觸器控制的線路圖的關(guān)系，以及實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換控制的PLC梯形圖的轉(zhuǎn)化之后，在實(shí)驗(yàn)室邏輯功能上調(diào)試是正確的但在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)卻會(huì)出現(xiàn)切換的瞬間熔斷器燒毀或電源跳閘的現(xiàn)象及原因，并預(yù)留思考題。讓學(xué)生思考如何解決這類(lèi)問(wèn)題[6]，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)造能力。

三、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革方法及實(shí)現(xiàn)

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩大部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)來(lái)強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)。

1.移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)模塊化

一次良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但需要實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的及時(shí)更新與建設(shè)，而且需要實(shí)驗(yàn)人員大量的精力投入。由于實(shí)驗(yàn)室的更新與建設(shè)速度明顯滯后于學(xué)生人數(shù)的增加速度，因此在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，我們將實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)進(jìn)行模塊化分割，分為實(shí)踐前的準(zhǔn)備、實(shí)踐過(guò)程的調(diào)試、與實(shí)踐后的結(jié)論分析三個(gè)模塊，采用移動(dòng)式的實(shí)踐教學(xué)模式。實(shí)踐任務(wù)的下達(dá)在理論課堂上完成，實(shí)踐線路與實(shí)驗(yàn)程序在課后完成，為節(jié)省增加實(shí)驗(yàn)室的調(diào)試時(shí)間，實(shí)驗(yàn)程序的輸入可以在宿舍里完成。

學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前先要自主的完成實(shí)驗(yàn)程序編寫(xiě)，通過(guò)這種作業(yè)與實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)相互關(guān)聯(lián)的方法督促學(xué)生參與到每一項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)中來(lái)。并且為培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的主體意識(shí)，加深對(duì)該課程理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。這種實(shí)驗(yàn)與作業(yè)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣。

由于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備套數(shù)有限，因此我們將學(xué)生實(shí)驗(yàn)分組情況作了以下調(diào)整，由以前的3-4人一組，調(diào)整為2人一組，將實(shí)驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)。原來(lái)不論實(shí)驗(yàn)做沒(méi)做完下課了就結(jié)束，現(xiàn)在增加開(kāi)放實(shí)驗(yàn)時(shí)間，這次沒(méi)做完的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以與實(shí)驗(yàn)教師互約時(shí)間，在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)時(shí)間來(lái)完成。在實(shí)驗(yàn)室的理論驗(yàn)證中，仍然采用小組討論為主，教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)方式[4]。教師只要檢查學(xué)生的線路會(huì)不會(huì)短路，其他問(wèn)題仍然讓學(xué)生自己分析，借助實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量?jī)x器來(lái)判斷自己設(shè)計(jì)的線路的問(wèn)題出在哪里，在出現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)程中，注意發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生自己調(diào)試，指導(dǎo)教師只需第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，教會(huì)學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的方法，在整個(gè)過(guò)程中注意檢查、把關(guān)和解決學(xué)生的疑難問(wèn)題即可。

2.課程設(shè)計(jì)題目多樣化，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)轉(zhuǎn)化的能力

在2010年的新大綱中，加重了課程設(shè)計(jì)的時(shí)間，由原來(lái)的一周增加至兩周。

為配合課程設(shè)計(jì)的完成，我們開(kāi)發(fā)了教學(xué)型無(wú)塔供水系統(tǒng)、教學(xué)型電梯控制系統(tǒng)、交通燈控制系統(tǒng)、教學(xué)型鍋爐控制系統(tǒng)等一系列實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生完成設(shè)計(jì)內(nèi)容之后，可以在這些教學(xué)模型上進(jìn)行軟硬件調(diào)試。有些悟性高的學(xué)生還可以自己選擇設(shè)計(jì)題目，實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)門(mén)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，輸入點(diǎn)的電器用開(kāi)關(guān)來(lái)代替，輸出點(diǎn)用指示燈來(lái)代替，可以利用這些開(kāi)關(guān)和指示燈來(lái)完成諸多設(shè)計(jì)內(nèi)容的調(diào)試。課程設(shè)計(jì)的題目由原來(lái)的10人一題到現(xiàn)在的2-3人一題，甚至可能一人一題，題目的增多，不但擴(kuò)大了學(xué)生的視野。同時(shí)，也減少了學(xué)生之間的依賴(lài)性。

讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能及時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)資源、圖書(shū)館資源、小組討論和老師輔導(dǎo)找出問(wèn)題的解決方法，解決問(wèn)題的同時(shí)也掌握了理論知識(shí)，理論在實(shí)踐中得到應(yīng)用。使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有目的性，任何事情只有具有了目的性，才會(huì)有完成的動(dòng)力。通過(guò)具體的控制任務(wù)，使學(xué)生能主動(dòng)地使用原本冷冰冰的理論去解決活生生的實(shí)際問(wèn)題，在學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中盡可能多的學(xué)會(huì)將知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心以及學(xué)習(xí)本課程的主動(dòng)性，達(dá)到理論為實(shí)踐服務(wù)的學(xué)習(xí)目的。

四、結(jié)論與展望

電氣控制與PLC課程教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期的教學(xué)任務(wù)。不論是采用多種教學(xué)模式進(jìn)行課程理論教學(xué)，還是改革作業(yè)與實(shí)驗(yàn)的完成方式，都取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。尤其是將實(shí)驗(yàn)的一部分內(nèi)容移動(dòng)到實(shí)驗(yàn)室以外的場(chǎng)所，這樣不僅解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊張的問(wèn)題，也大大加深了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的程度。但教學(xué)改革是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，與教師本人的教學(xué)水平[6]、教學(xué)內(nèi)容的選取、教學(xué)對(duì)象的綜合素質(zhì)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的建立與更新均有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。今后還要多方面努力配合，做到學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師引導(dǎo)為輔，充分發(fā)揮本課程在控制系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用，為培養(yǎng)新型的應(yīng)用型人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建民.深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革培養(yǎng)創(chuàng)新人才的思考實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，18（2）：85-89.

[2]倪紅霞.自動(dòng)化本科專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的探索[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社科版），2009，（1）：73-75.

[3]常曉玲，等.電氣控制技術(shù)與可編程控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]王艷芳，等.傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)改革研究[J].廣西教育，

2010，（9）：63-64.

[5]徐艷麗.電氣控制與PLC技術(shù)教學(xué)改革的探索[J].教育改革，

2012，（1）：31.

[6]束長(zhǎng)寶，等.“電氣控制及可編程控制器”教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（6）：82-85.

（責(zé)任編輯：劉翠枝）