基于NCBE式PLC課程實(shí)踐教學(xué)改革

鄭爽，宋婀娜

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

可編程控制器原理及應(yīng)用(PLC課程)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)理論而又偏重實(shí)踐，與生產(chǎn)實(shí)際和工程應(yīng)用結(jié)合緊密的課程。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師作為知識(shí)的傳授者，處于絕對(duì)的主動(dòng)地位，學(xué)生在被動(dòng)的環(huán)境中學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［1］。在國(guó)際上頗為流行的教學(xué)改革思潮CBET(能力本位教育培訓(xùn)模式)曾被廣泛應(yīng)用于職業(yè)教育領(lǐng)域，而高等教育“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，恰恰需要加強(qiáng)學(xué)生的能力教育，尤其對(duì)將來(lái)所從事的職業(yè)崗位的能力［2］，因此我們將該教育理念引入到PLC課程實(shí)踐教學(xué)中，結(jié)合我校特色應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，形成一種新型的獨(dú)特的教育培訓(xùn)模式即NCBE模式，將知識(shí)教育轉(zhuǎn)化為“知識(shí)+能力+素質(zhì)”三位一體教育，并付諸于實(shí)踐。

1 NCBE模式PLC課程實(shí)踐教學(xué)模式改革

1.1 改革教學(xué)模式，加設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)

以我校電氣專(zhuān)業(yè)為例，在原有54理論學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，加設(shè)2周的實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)有自己獨(dú)立的實(shí)踐教學(xué)大綱及教學(xué)計(jì)劃。在學(xué)生系統(tǒng)掌握PLC理論學(xué)習(xí)之后，進(jìn)入我校國(guó)家級(jí)精品課建設(shè)的工業(yè)控制實(shí)踐基地和PLC應(yīng)用實(shí)踐基地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行不同工控項(xiàng)目的訓(xùn)練，將理論與實(shí)際相結(jié)合。

1.2 改革實(shí)踐教學(xué)方法，強(qiáng)化能力培養(yǎng)

構(gòu)建科學(xué)、實(shí)用、高效的教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)方法。本著“做中學(xué)”“學(xué)中做”的理念，把實(shí)踐教學(xué)過(guò)程分為三個(gè)階段(初級(jí)階段、高級(jí)階段和創(chuàng)新階段)，均采用“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式。初級(jí)階段采用一人一組，保證對(duì)每一名學(xué)生的培養(yǎng)都能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo);高級(jí)階段采用分組分層訓(xùn)練，學(xué)生根據(jù)興趣自由組隊(duì)選題進(jìn)行訓(xùn)練，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力;創(chuàng)新階段通過(guò)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放時(shí)間，允許學(xué)生在正常的教學(xué)計(jì)劃之外到實(shí)踐基地完成創(chuàng)新工控項(xiàng)目，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的能力。

1.3 理論教師參與實(shí)踐環(huán)節(jié)

打破傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的界限，理論課教師必須同時(shí)參與實(shí)踐教學(xué)。學(xué)院分批選送教師到企業(yè)參與實(shí)際工控項(xiàng)目，教師經(jīng)過(guò)企業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)，進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新，將理論真正用于實(shí)踐。將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍有機(jī)地結(jié)合在一起，不僅可以保證整個(gè)教學(xué)的連貫性和穩(wěn)定性，同時(shí)可以將許多教師在科研中的研究成果和碰到的新問(wèn)題抽象出來(lái)，引入到實(shí)踐教學(xué)中來(lái)，大大提高了教學(xué)水平。

2 NCBE模式PLC課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

2.1分層級(jí)實(shí)踐訓(xùn)練

針對(duì)學(xué)生不同的特點(diǎn)和興趣、學(xué)生學(xué)習(xí)的不同階段以及實(shí)踐能力分層次進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練，項(xiàng)目?jī)?nèi)容按照難易程度和綜合運(yùn)用程度劃分成基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型。基礎(chǔ)型項(xiàng)目庫(kù)中包括基于PLC控制的三相電動(dòng)機(jī)的全壓?jiǎn)⑼？刂?、正反轉(zhuǎn)控制、Y/△降壓起動(dòng)等項(xiàng)目，學(xué)生一人一組獨(dú)立完成，目的在于讓學(xué)生體驗(yàn)到PLC控制的優(yōu)越性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣;設(shè)計(jì)型項(xiàng)目庫(kù)中包括電機(jī)混合控制、天塔之光、液體混合、交通燈等項(xiàng)目，學(xué)生組隊(duì)按照興趣選取實(shí)踐項(xiàng)目，目的在于鍛煉學(xué)生編程思想、調(diào)試能力及解決問(wèn)題能力;研究創(chuàng)新型項(xiàng)目庫(kù)中包括多層電梯控制、流水線機(jī)械手控制、運(yùn)料小車(chē)往返控制等復(fù)雜的工控項(xiàng)目，學(xué)生利用課余時(shí)間組隊(duì)在開(kāi)放實(shí)踐基地完成，目的在于提高學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力［3］。

2.2 跟蹤PLC技術(shù)新發(fā)展，更新教學(xué)設(shè)備

針對(duì)PLC發(fā)展情況及現(xiàn)今熱門(mén)的PLC機(jī)型，積極更新教學(xué)內(nèi)容，并改進(jìn)實(shí)踐設(shè)備。我校于2011年進(jìn)行課程改革，將原有的日本松下電工小型機(jī)全部更新成現(xiàn)在市場(chǎng)占有率最高的德國(guó)西門(mén)子S7－200和S7－300 系列PLC，并編寫(xiě)新版配套教材，積極更新實(shí)踐內(nèi)容及設(shè)備，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深刻體現(xiàn)了PLC與生產(chǎn)實(shí)際和工程應(yīng)用結(jié)合緊密的自身特色。

2.3 引入新技術(shù)，滿足現(xiàn)代工業(yè)控制要求

PLC技術(shù)更新較快，且在真正工控領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)也離不開(kāi)觸摸屏及上位機(jī)軟件，基于此，為更好貼近實(shí)際，實(shí)踐教學(xué)引入smart700觸摸屏和亞控科技有限公司的組態(tài)王軟件。在學(xué)習(xí)的高級(jí)階段和創(chuàng)新階段時(shí)，學(xué)生可以在設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型項(xiàng)目庫(kù)中選擇合適的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，滿足現(xiàn)代化工控的要求，并且通過(guò)可視化的界面仿真設(shè)計(jì)，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3 利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，健全科學(xué)的PLC實(shí)踐教學(xué)考試制度

實(shí)踐教學(xué)考核制度是否合理直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)實(shí)踐課的重視程度，所以要做到對(duì)每一個(gè)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行公平、公正、合理的評(píng)定［4］。本課程改變以往實(shí)踐成績(jī)完全由平時(shí)成績(jī)給定的缺陷，在實(shí)踐教學(xué)考核機(jī)制中增加實(shí)踐考試，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，特別加入成果交流環(huán)節(jié)。

3.1 增加實(shí)踐考試環(huán)節(jié)

為準(zhǔn)確把握學(xué)生實(shí)踐教學(xué)效果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，在實(shí)踐教學(xué)中增加了考試環(huán)節(jié)。實(shí)踐考試分成筆試和成果交流兩部分，各占50%。筆試環(huán)節(jié)由老師在基礎(chǔ)型項(xiàng)目庫(kù)中隨機(jī)抽取，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)PLC 指令掌握程度及編程能力，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)一人一題獨(dú)立完成;成果交流環(huán)節(jié)采用分組公開(kāi)答辯與網(wǎng)上共享相結(jié)合的方式。每組學(xué)生根據(jù)在設(shè)計(jì)型項(xiàng)目庫(kù)選取的項(xiàng)目，通過(guò)選題→規(guī)劃設(shè)計(jì)→分工實(shí)施→成果介紹等幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行項(xiàng)目陳述、回答問(wèn)題，重點(diǎn)考核學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

3.2 實(shí)踐課評(píng)定方法

實(shí)踐課程的成績(jī)給定由平時(shí)成績(jī)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐報(bào)告和實(shí)踐考試三部分構(gòu)成，其中平時(shí)成績(jī)占30%、綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐報(bào)告占20%、實(shí)踐考試占50%。最終將成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生團(tuán)隊(duì)的成果上傳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行共享，網(wǎng)上共享既增加了評(píng)價(jià)的透明度，又有利于學(xué)生間的互相交流與學(xué)習(xí)。利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行成果交流使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新精神得到鍛煉和提升，健全科學(xué)的考試制度實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的真實(shí)評(píng)價(jià)，全面轉(zhuǎn)變了教師的教學(xué)觀念和學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4 利用工程實(shí)踐平臺(tái)，實(shí)施NCBE模式實(shí)踐教學(xué)

NCBE模式實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施關(guān)鍵是讓學(xué)生在研究中學(xué)習(xí)、在實(shí)踐中得以體驗(yàn)，所以實(shí)踐教學(xué)環(huán)境的好壞直接影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。本課程依托我校國(guó)家級(jí)精品課電氣工程實(shí)踐平臺(tái)，積極更新實(shí)踐基地設(shè)備，提高實(shí)踐基地開(kāi)放率，改善教學(xué)方式，大大提高了學(xué)生的科研素養(yǎng)，具體措施如下:

4.1 更新實(shí)踐平臺(tái)

根據(jù)教師在企業(yè)學(xué)習(xí)的積極反饋，在原有經(jīng)典控制項(xiàng)目基礎(chǔ)上增加現(xiàn)今較新穎的PLC控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)新的實(shí)踐項(xiàng)目，力求更加貼近實(shí)際控制要求，真正做到高校與企業(yè)的融合，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)的卓越人才。

4.2 新增門(mén)禁監(jiān)控系統(tǒng)，加大實(shí)踐基地開(kāi)放率

由于本門(mén)課程加設(shè)的2周實(shí)踐環(huán)節(jié)需要在基地完成教學(xué)，在保證正常實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，為提供更加自由的學(xué)習(xí)環(huán)境以及更長(zhǎng)的學(xué)習(xí)時(shí)間，實(shí)踐基地于2012年年末進(jìn)行改造，引進(jìn)門(mén)禁和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)施課余時(shí)間無(wú)人化管理，即在課余時(shí)間，積極鼓勵(lì)有能力學(xué)生到基地進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，大大延長(zhǎng)實(shí)踐時(shí)間，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力提供有力保障。

4.3 組織學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)

依托我校大學(xué)生科研立項(xiàng)，每年三月份組織學(xué)生進(jìn)行PLC課程科研立項(xiàng)，由4～5人組成一隊(duì)，立項(xiàng)題目學(xué)生可以自擬，聘請(qǐng)實(shí)踐性強(qiáng)的教師作為指導(dǎo)教師，時(shí)間為3個(gè)月，六月份結(jié)題，并聘請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家鑒定，評(píng)出優(yōu)秀學(xué)生引導(dǎo)其參加科技競(jìng)賽或教師的科研項(xiàng)目。此活動(dòng)已經(jīng)組織3年，指導(dǎo)學(xué)校級(jí)創(chuàng)新立項(xiàng)30余項(xiàng)，并在近兩年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽上取得國(guó)家二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省一等獎(jiǎng)4項(xiàng)的好成績(jī)，獲獎(jiǎng)率穩(wěn)步上升。特別在今年首次參加的全國(guó)大學(xué)生西門(mén)子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽中，獲得國(guó)家一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、東北賽區(qū)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

5 結(jié)語(yǔ)

建立分層次項(xiàng)目庫(kù)，理論貼近實(shí)際;現(xiàn)代化管理的實(shí)踐基地為實(shí)踐教學(xué)提供保障;大學(xué)生科研立項(xiàng)有效促進(jìn)創(chuàng)新活動(dòng)開(kāi)展，通過(guò)這一系列改革使得PLC課程通過(guò)理論學(xué)習(xí)、NCBE式實(shí)踐訓(xùn)練和課外的創(chuàng)新活動(dòng)的相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)融會(huì)貫通，有機(jī)結(jié)合，相互補(bǔ)充，最終通過(guò)實(shí)踐，形成一種以學(xué)生為中心，以工程實(shí)際為主導(dǎo)，以掌握知識(shí)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)能力為重點(diǎn)的教學(xué)模式，取得了較好的效果。

［1］鄭爽，劉付剛，湯旭日，等.基于SRTP式PLC課程實(shí)踐教學(xué)改革［J］.中國(guó)電力教育，2014(9):71－72.

［2］吉東風(fēng)，李海燕，沈文飚，等.“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”中的“釣”勝于“魚(yú)”［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2012(13):89－91.

［3］歐益寶.PLC 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建模式研究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(9):73－75.

［4］郎朗，陳躍東，陳欣.PLC課程體系的多層次實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的研究［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010(2):70－72.