“電氣控制與PLC技術(shù)”課程教學(xué)模式改革與實(shí)踐

王欣

摘 要：文章結(jié)合“電氣控制與PLC技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，對該課程的教改進(jìn)行了探討。“電氣控制與PLC技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)應(yīng)用課程，基于本校的實(shí)際情況，通過對該課程教學(xué)模式的分析和改革，將理論課堂與實(shí)驗(yàn)室充分融合，構(gòu)建理實(shí)一體的立體化教學(xué)體系，以學(xué)生為中心采用現(xiàn)代教學(xué)手段，立足于培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和能力，取得良好效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；立體化；PLC

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）21-0124-03

Abstract： Combined with the teaching status of "Electric control and PLC technology"， this paper discusses the teaching reform of this course. "Electrical control and PLC technology" is a comprehensive course that highlights the practice.Based on the actual situation of our school，this study integrate theoretical classroom with laboratory practice by reforming teaching mode of specialized courses，and constructs a theory and practice of integrated 3D teaching system. With student-centered modern teaching methods， this study seeks to develop students' innovative spirit and ability and gains achievement.

Keywords： teaching mode； three-dimensional； PLC

引言

“電氣控制與PLC技術(shù)”是一門綜合性和實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)課程，實(shí)踐環(huán)節(jié)尤為重要。學(xué)生唯有進(jìn)行實(shí)際的動(dòng)手操作，才能真正的理解和掌握這門課程。因此，各高等院校將此課程設(shè)置了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)、科技訓(xùn)練等。

我校于2017年與羅克韋爾自動(dòng)化（中國）有限公司合作創(chuàng)建了羅克韋爾自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，羅克韋爾自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的建立對人才的培養(yǎng)和科技創(chuàng)新能力的提升提供了良好的教學(xué)平臺，同時(shí)也為電氣控制與 PLC 技術(shù)課程的教學(xué)改革提供了有力的硬件支撐。如何使用現(xiàn)有條件，通過教學(xué)方法和實(shí)踐環(huán)節(jié)不斷提高“電氣控制與PLC技術(shù)”這門課程的教學(xué)質(zhì)量，從而提高學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的綜合能力，培養(yǎng)滿足人才市場所需求的創(chuàng)新型人才，已成為教學(xué)領(lǐng)域關(guān)注和重視的問題。因此，研究、探索“電氣控制與PLC技術(shù)”理論和實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，構(gòu)建與21世紀(jì)科技發(fā)展和教育教學(xué)體系改革相適應(yīng)的“電氣控制與PLC技術(shù)”教學(xué)的新方案具有重要而深遠(yuǎn)的意義[1]。

一、課程教學(xué)改革背景分析

高等院校工程教育的基本任務(wù)是使學(xué)生接受系統(tǒng)的理工學(xué)科的理論知識、基本技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，使其在完成學(xué)業(yè)時(shí)，初步具備成為工程師的基本素質(zhì)和條件[2]。不同高等院校對于這門課程的授課方法有所不同：通過講授案例的方式，將啟發(fā)式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)靈活運(yùn)用到 PLC 課程教學(xué)中是許多PLC任課教師首選的教學(xué)模式[1-2]；項(xiàng)目式教學(xué)法把PLC理論知識轉(zhuǎn)化為多個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，學(xué)生參與其中的項(xiàng)目式教學(xué)體現(xiàn)了“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念[3-4]；從PLC課程實(shí)際出發(fā)，通過拓展實(shí)驗(yàn)平臺、充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、優(yōu)化課程設(shè)計(jì)考核方案，突破原有實(shí)驗(yàn)平臺的局限，來提升實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，從而挺高學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力[5-6]；基于網(wǎng)絡(luò)下的教學(xué)模式，建立了一種新型的、以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，為學(xué)生提供廣闊的學(xué)習(xí)空間[7]；采用CDIO模式，提煉出切合本行業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目并更新到教學(xué)內(nèi)容和訓(xùn)練項(xiàng)目，改革教學(xué)組織過程和教學(xué)模式，形成有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)機(jī)智[8-9]。

以上典型文獻(xiàn)所講到的對“電氣控制與PLC技術(shù)”課程改革研究的方法，突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探索和研究了課程的教學(xué)方法和培養(yǎng)模式，通過融合不同的新型教學(xué)手段，達(dá)到改善教學(xué)效果的目的，這些方法具有一定的指導(dǎo)作用。但是隨著生源變化，以及新技術(shù)的快速發(fā)展、新機(jī)械設(shè)備的更新、信息化的教學(xué)手段出現(xiàn)，電氣控制與PLC的教學(xué)改革還有必要進(jìn)一步的進(jìn)行探索。

二、硬件環(huán)境建設(shè)

為滿足本課程日益增長的教改要求，2017年春，我校和羅克韋爾（中國）有限公司創(chuàng)建了羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合課程建設(shè)和新技術(shù)發(fā)展的需要，組織教師和學(xué)生共同搭建了PLC綜合實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)裝置20臺、現(xiàn)代DCS系統(tǒng)構(gòu)架1套。為了培養(yǎng)我們教師隊(duì)伍的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)能力，教師和學(xué)生共同動(dòng)手制作完成了20個(gè)控制對象，學(xué)校開設(shè)了50多個(gè)實(shí)驗(yàn)、近20個(gè)課程設(shè)計(jì)，滿足了2人一臺設(shè)備PLC實(shí)驗(yàn)上機(jī)的需要。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生還可進(jìn)行DCS系統(tǒng)構(gòu)架和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等學(xué)習(xí)，使學(xué)生在教學(xué)過程中學(xué)到的知識和企業(yè)掛鉤。

“PLC綜合實(shí)驗(yàn)裝置”以羅克韋爾公司Micro850為控制核心由NetLinx開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、PAC實(shí)驗(yàn)平臺、運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺、變頻器控制平臺和軟件平臺4部分構(gòu)成。可開設(shè)基本步進(jìn)輸入/輸出功能、中斷控制功能、外部數(shù)據(jù)（BCD碼）輸入控制功能、PID調(diào)節(jié)功能、高速計(jì)數(shù)器控制、步進(jìn)電機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)控制、溫度水冷過程控制、交通燈控制、滾珠絲桿滑臺控制、立體車庫控制、自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)控制、電梯控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接等實(shí)驗(yàn)。PLC實(shí)驗(yàn)裝置有以下特點(diǎn)：

1. 實(shí)驗(yàn)裝置可以利用交換機(jī)和PC，服務(wù)器，其他控制器等組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

2. 實(shí)驗(yàn)裝置上留有5個(gè)功能性插槽可以擴(kuò)展其他功能（如運(yùn)動(dòng)控制模塊）可以由控制需求進(jìn)行添加。

3. 實(shí)驗(yàn)裝置上有以太網(wǎng)接口，USB編程端口和非隔離串口等，可以與PC機(jī)，變頻器，HMI等連接進(jìn)行控制和調(diào)試。

4. 實(shí)驗(yàn)裝置可擴(kuò)展最多132個(gè)I/O點(diǎn)， 為工程項(xiàng)目的開發(fā)提供了方便，也可用于于學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

基于羅克韋爾的“PLC綜合實(shí)驗(yàn)裝置”的使用改變了以往驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使得學(xué)生能夠動(dòng)手操作、設(shè)計(jì)創(chuàng)新，不僅提高了教學(xué)質(zhì)量，且迎合了市場創(chuàng)新型人才的需求。

三、教學(xué)內(nèi)容充實(shí)

本校實(shí)際情況出發(fā)，電氣控制與 PLC 技術(shù)課程中存在的問題，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1. 教學(xué)內(nèi)容上，重理論輕實(shí)踐、先理論后實(shí)踐，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容相對弱后且大多以驗(yàn)證性為主，削弱了學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)的能力。2. 考核方式上，以閉卷的理論考試為主要的考核方式，不能正確評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。該課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，以理論知識為主要考核目標(biāo)的閉卷筆試成績，很難公正、客觀、全面的反映學(xué)生的理論知識應(yīng)用能力以及技術(shù)創(chuàng)新能力。為了解決上述問題，本課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式上進(jìn)行了根本性改革。

（一）教學(xué)內(nèi)容

我?！半姎饪刂婆c PLC 技術(shù)”這門課程的總學(xué)時(shí)為58學(xué)時(shí)。其中，理論教學(xué)的模塊主要分為兩大塊： 電氣控制部分（14學(xué)時(shí)）及PLC 部分（28學(xué)時(shí)）。改革后在PLC部分的理論教學(xué)模式里融入了實(shí)踐教學(xué)。通過對這門課程多年的教授經(jīng)驗(yàn)，首先對教學(xué)大綱進(jìn)行了改革，確定基本的教學(xué)內(nèi)容，見表1。

（二）教學(xué)方法

本課程的“電氣控制”部分把啟發(fā)式和案例法教學(xué)融入到現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)中，改變傳統(tǒng)的以教師授課為主的單向教學(xué)模式，采取師生雙向交流的方式。教師先講授基本的理論知識，接著給出相關(guān)的案例，學(xué)生分組后在課堂中交流不同的設(shè)計(jì)思路和方法，最后以組為單位給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容并進(jìn)行集體討論，這樣使學(xué)生更具創(chuàng)造性，并提升查錯(cuò)能力和交流能力。

提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識，我校在教學(xué)改革中依托羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境，將“PLC技術(shù)”這部分的理論課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行融合，理論課堂直接設(shè)置在羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室中，從而做到講練結(jié)合的這樣一種教學(xué)方式。在教學(xué)過程中所涉及到的PLC硬件結(jié)構(gòu)部分可以通過多媒體和實(shí)物演示相結(jié)合的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，而指令系統(tǒng)、梯形圖程序等軟件部分可以邊講讓學(xué)生邊練習(xí)。將多媒體工具與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備結(jié)合起來，不僅將呆板內(nèi)容實(shí)物化，也提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和所學(xué)知識的記憶性。對于軟件使用方法這種演示性或控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)這種驗(yàn)證性的教學(xué)內(nèi)容，通過接線、編程和調(diào)試，在實(shí)際操作過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，不僅極大的推動(dòng)了學(xué)生對理論知識的理解，而且教學(xué)效果和實(shí)驗(yàn)效果明顯提高。理論教學(xué)與實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合的新型教學(xué)模式，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)提高了學(xué)生聽課的主動(dòng)性和積極性，讓理論課的講授和學(xué)習(xí)不再枯燥無味，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的效率提高[10]。

（三）考核方式改革

整個(gè)教學(xué)過程中是以實(shí)踐能力為主， 考核中加強(qiáng)PLC實(shí)踐能力的考核，將有助于學(xué)習(xí)PLC課程。課程考核分?jǐn)?shù)設(shè)置為100分，考核成績主要分為三部分：1. 筆試開卷，側(cè)重于“電氣控制與PLC技術(shù)”的基本設(shè)計(jì)能力（40%）；2. 實(shí)驗(yàn)操作考核，在學(xué)生從所做過的實(shí)驗(yàn)中變通出幾十個(gè)題目，隨機(jī)抽取一個(gè)進(jìn)行單獨(dú)考核，側(cè)重學(xué)生對PLC基本操作能力的考核（40%）；3. 課程整個(gè)過程中的平時(shí)表現(xiàn)（20%）。這種考核形式能夠更加客觀、全面的考核學(xué)生，促使學(xué)生全面的掌握PLC技術(shù)。

如果課程學(xué)習(xí)特別優(yōu)秀者，可采取一定的獎(jiǎng)勵(lì)： 如推薦參賽大學(xué)生參加各種“AB杯”、“西門子杯”或者可直接推薦相對應(yīng)的公司參加畢業(yè)實(shí)習(xí)、推薦就業(yè)等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的主動(dòng)性和積極性。

四、結(jié)束語

羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室中教學(xué)，將理論與實(shí)踐融合在一起，這種一體的立體化教學(xué)模式對學(xué)生充滿了吸引力，讓學(xué)生能夠更加積極學(xué)習(xí)。筆試和實(shí)踐相結(jié)合的考核方式，能夠更加公正、客觀、全面的反映學(xué)生的理論知識應(yīng)用能力以及學(xué)生的開拓、創(chuàng)新精神。抓好教學(xué)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都能積極的推動(dòng)教與學(xué)，也能充分調(diào)動(dòng)教師教學(xué)和教改的積極性，從而大幅度提高教學(xué)質(zhì)量，獲得良好的教學(xué)效果。

通過對本課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和考核方式的改革，使我們深刻認(rèn)識到教育教學(xué)改革的重要性。高等院校不斷進(jìn)行教育教學(xué)改革對推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)高速發(fā)展有著很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，對加速人才培養(yǎng)也有著深遠(yuǎn)的歷史意義[10]。

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