面向“應(yīng)用技術(shù)”的PLC課程教學(xué)改革與實(shí)踐

杜云 王燁 郝崇清

摘 要：面向“應(yīng)用技術(shù)”的培養(yǎng)目標(biāo)和要求， 結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有條件，針對(duì)“電氣控制與 PLC”課程特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，全方位改革教學(xué)模式、三級(jí)項(xiàng)目、實(shí)踐環(huán)節(jié)及考核方式。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng)，學(xué)生的工程能力和實(shí)踐能力得到了訓(xùn)練，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用技術(shù)；PLC；教學(xué)模式；實(shí)踐環(huán)節(jié)；工程能力

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）08-0144-03

Abstract： According to the requirements and goal of training program of "Application Technology"， the teaching content of "Electrical control and PLC" course is optimized under the existing school conditions by focusing on the characteristics and problems. Overall reforms should be implied from several aspects including the teaching mode， three-level projects， practical teaching， and assessment methods. Teaching practice shows that after these reforms， students' learning initiative has been greatly improved， and students' engineering and practicing abilities have been well improved. The teaching effect is good.

Keywords： application technology； PLC； teaching mode； practical teaching； engineering ability

前言

近年來(lái)，隨著高等教育改革的深入，一些二本和三本院校包括我校的理工學(xué)院轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)，采用“四四制”人才培養(yǎng)模式，其是指在4年本科教學(xué)活動(dòng)包括3年的知識(shí)儲(chǔ)備階段和1年的企業(yè)實(shí)踐階段，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐工程能力，真正實(shí)現(xiàn)“零對(duì)接”。從我校理工學(xué)院實(shí)際情況和電氣類專業(yè)特色出發(fā)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求和課程特點(diǎn)，對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改革與實(shí)踐，使學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)學(xué)校和企業(yè)的“零對(duì)接”，完成學(xué)生向企業(yè)技術(shù)人員的角色轉(zhuǎn)變。電氣控制與PLC（Programmable Logic Controller，PLC）課程是本專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。該課程既注重理論基礎(chǔ)又強(qiáng)調(diào)實(shí)踐應(yīng)用，所以面向“應(yīng)用技術(shù)”，通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，對(duì)授課模式、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、綜合訓(xùn)練和考核方式進(jìn)行改革和實(shí)踐有重要的應(yīng)用價(jià)值。

一、改革前的教學(xué)狀況

電氣控制與PLC綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，應(yīng)用十分廣泛，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。但是在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，通常以課堂講解為主，輔以少量教學(xué)實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方式的不足主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（一）教學(xué)模式陳舊

“理論講授+實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式上仍以灌輸式為主，學(xué)生被動(dòng)接受，不重視PLC這門課程靈活性大、能充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新性等特點(diǎn)。即便采用多媒體教學(xué)，仍然存在內(nèi)容多、學(xué)時(shí)短的矛盾，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另外，PLC技術(shù)的發(fā)展較快，往往教學(xué)內(nèi)容不能及時(shí)跟上時(shí)代的發(fā)展[1]。

（二）考核方式單一

在本課程中，考核仍以筆試為主，期末考試占70%，平時(shí)成績(jī)以作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、考勤、平時(shí)表現(xiàn)組成占30%。考核方式單一導(dǎo)致學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)性差，掌握知識(shí)僅停留在書本層面，不能學(xué)以致用，缺少對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力方面的考核[2]。

（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)流于形式

長(zhǎng)期存在的重理論輕實(shí)驗(yàn)的狀況使實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是驗(yàn)證課堂所學(xué)理論知識(shí)，而忽視動(dòng)手能力培養(yǎng)和工程實(shí)踐技能培養(yǎng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按部就班、 被動(dòng)接受、 缺乏思考，缺乏運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的鍛煉[3]。

為了改變目前教學(xué)狀況， 結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有條件以及 “應(yīng)用技術(shù)” 的培養(yǎng)要求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)及考核方法等方面對(duì)“電氣控制與 PLC” 課程進(jìn)行改革和實(shí)踐。

二、課程教學(xué)改革措施

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革授課方式

我校的電氣控制與PLC課程只有40學(xué)時(shí)，其中包括6個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，如何在有限的學(xué)時(shí)即使課程內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，又對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)，突出課程理論與實(shí)踐相依托的特點(diǎn)是我們教學(xué)內(nèi)容和授課方式改革應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。首先選擇講解市場(chǎng)占有率最高的PLC產(chǎn)品。在不改變學(xué)時(shí)數(shù)的情況下， 剔除陳舊過(guò)時(shí)理論和內(nèi)容，認(rèn)真梳理相關(guān)課程的交叉知識(shí)，盡量避免知識(shí)的重復(fù)講解。電氣控制與 PLC 的銜接用典型工程問(wèn)題優(yōu)化整合，避免走馬觀花式教學(xué)。

以案例教學(xué)，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)授課。對(duì)應(yīng)課程應(yīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)Y/△啟動(dòng)控制、物料傳送帶控制或運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制的電氣控制和PLC控制的典型案例，路口交通燈控制、 混合液體過(guò)程控制、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制、分揀大小球裝置控制、樓宇電梯控制、恒壓供水控制以及PPI通訊控制等 PLC控制案例。既有基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，用于學(xué)生對(duì)電氣控制和PLC功能的熟悉、掌握和應(yīng)用：又有具有一定的系統(tǒng)復(fù)雜性的實(shí)際生活場(chǎng)景具體應(yīng)用[4]。結(jié)合實(shí)例來(lái)講授重點(diǎn)理論和核心知識(shí)點(diǎn)，將知識(shí)點(diǎn)和技能訓(xùn)練融于各個(gè)案例之中?！鞍咐焙汀绊?xiàng)目”的講解和設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，學(xué)生對(duì)于知識(shí)變被動(dòng)接受為主動(dòng)探索。在吸引學(xué)生興趣之后，在教學(xué)過(guò)程中設(shè)置兩個(gè)三級(jí)項(xiàng)目，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)，在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生自學(xué)未講的內(nèi)容，以小組的形式完成所布置的任務(wù)，即解決了課時(shí)少內(nèi)容多的問(wèn)題，也鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。每個(gè)三級(jí)項(xiàng)目在教師講解設(shè)計(jì)思路和方法后，學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)參考資料，確定控制方案，繪制I/O接線圖，編寫梯形圖，項(xiàng)目報(bào)告撰寫、答辯，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中鞏固了理論知識(shí)，并與實(shí)踐結(jié)合，分析解決問(wèn)題能力以及創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到了鍛煉[5]。

（二）實(shí)驗(yàn)?zāi)K改革

原來(lái)我校的實(shí)驗(yàn)是6個(gè)學(xué)時(shí)，一共3個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括了電氣控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)、PLC控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及霓虹燈控制。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，僅是課程內(nèi)容的驗(yàn)證。針對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少的情況，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，建立了層次性、開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系。實(shí)驗(yàn)?zāi)K共安排三個(gè)環(huán)節(jié)： 基本實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)。

其中基本實(shí)驗(yàn)是緊跟理論教學(xué)進(jìn)程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的是使學(xué)生掌握電氣控制與PLC的基本功能。仍安排2個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)包括電氣控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和PLC控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)。在相關(guān)章節(jié)的課堂教學(xué)結(jié)束時(shí)進(jìn)行，加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解。第二層次為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在完成教師布置的三級(jí)項(xiàng)目理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，用4個(gè)學(xué)時(shí)時(shí)間，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室上機(jī)調(diào)試、修改等，來(lái)提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。第三層次為開放實(shí)驗(yàn)。教師根據(jù)自己的科研課題，拿出學(xué)生可以完成的部分撰寫項(xiàng)目要求放到網(wǎng)上向全體學(xué)生公布，學(xué)有余力的學(xué)生根據(jù)自己的興趣，選擇開放實(shí)驗(yàn)題目，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行線路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 通過(guò)同學(xué)之間交流解決遇到的問(wèn)題。網(wǎng)上預(yù)約進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，課題內(nèi)容密切聯(lián)系企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐與科研，使學(xué)生在實(shí)際課題中得到扎實(shí)的鍛煉。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)須提交包括控制電路設(shè)計(jì)方案、軟件程序、調(diào)試記錄、參考文獻(xiàn)及心得體會(huì)等內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生反映通過(guò)開放實(shí)驗(yàn)加深了對(duì)知識(shí)的理解和掌握， 有效彌補(bǔ)了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足[6，7]。

（三）擴(kuò)展實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練模塊設(shè)計(jì)

擴(kuò)展性實(shí)踐教學(xué)主要通過(guò)課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，進(jìn)行較復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步拓展視野，提高動(dòng)手能力。環(huán)節(jié)的緊密相扣使學(xué)生在課程中獲得的能力在擴(kuò)展環(huán)節(jié)中得到強(qiáng)化和拓展。

1. 課程設(shè)計(jì)

為彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的不足，增加一周課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提升學(xué)生解決復(fù)雜工程能力。

課程設(shè)計(jì)題目難度高于三級(jí)項(xiàng)目難度，以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為主，兼顧學(xué)校設(shè)備條件，使學(xué)生可以模擬調(diào)試實(shí)用性強(qiáng)的項(xiàng)目。為避免部分學(xué)生的依賴思想，增加設(shè)計(jì)題目，減少同組學(xué)生的數(shù)量。在校內(nèi)教師和企業(yè)教師的共同指導(dǎo)下，學(xué)生以小組為單位完成課題設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練。學(xué)生要在一周時(shí)間內(nèi)完成參數(shù)計(jì)算、設(shè)備和元器件選擇、主電路控制電路設(shè)計(jì)及繪制、PLC控制流程圖及梯形圖的設(shè)計(jì)繪制、實(shí)驗(yàn)?zāi)M調(diào)試。經(jīng)歷一個(gè)完善的工程設(shè)計(jì)，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)訓(xùn)練，縮短學(xué)生與工程師之間的距離。最后通過(guò)答辯環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的工程表達(dá)能力并切實(shí)掌握每個(gè)學(xué)生的參與程度[8]。

2. 生產(chǎn)實(shí)習(xí)

我專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)為4周時(shí)間，分為校外實(shí)習(xí)和校內(nèi)實(shí)習(xí)兩部分，其中校內(nèi)實(shí)習(xí)又分為單片機(jī)模塊和電氣控制與PLC模塊兩部分。在電氣控制與PLC模塊聘請(qǐng)企業(yè)具有高級(jí)職稱的技術(shù)人員做實(shí)訓(xùn)教師，帶領(lǐng)學(xué)生用一周時(shí)間做電氣控制與PLC控制電機(jī)正反正控制動(dòng)力柜的接線。在企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)下，學(xué)生首先建立機(jī)電聯(lián)系，進(jìn)而繪制電氣控制和PLC的I/O接線圖，模擬調(diào)試合格，進(jìn)入實(shí)習(xí)室按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)安裝接線。學(xué)生動(dòng)力柜接線圖如圖1所示，生產(chǎn)實(shí)習(xí)更貼近工廠實(shí)際運(yùn)行情況，鍛煉了學(xué)生的工程能力，學(xué)生的收獲和反響很好[9]。

三、改進(jìn)考核方式，建立科學(xué)教學(xué)評(píng)價(jià)體系

合理的考核方式可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課程組一改傳統(tǒng)一卷定結(jié)果的評(píng)價(jià)方式，而將能力本位的教學(xué)評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于此門課的學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)中。在傳統(tǒng)考核方式基礎(chǔ)上，考核由過(guò)程考核和期末集中考試組成，過(guò)程考核包括平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和三級(jí)項(xiàng)目成績(jī)。成績(jī)分布為平時(shí)成績(jī)15%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)10%，三級(jí)項(xiàng)目成績(jī)25%，期末集中考試成績(jī)50%。期末集中考試試卷內(nèi)容減少概念考題所占比例，相應(yīng)增加應(yīng)用類考題分?jǐn)?shù)，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)于實(shí)際工程案例的硬件配置和軟件設(shè)計(jì)能力[10]。

平時(shí)成績(jī)由作業(yè)、考勤、平時(shí)表現(xiàn)組成，由任課教師給出。實(shí)驗(yàn)成績(jī)雖然只占10%，但是采取一票否決制，實(shí)驗(yàn)考核不及格同學(xué)取消理論考試資格，促使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)操作，重點(diǎn)考核實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生實(shí)際接線和排障能力。

三級(jí)項(xiàng)目考核成績(jī)根據(jù)兩個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的完成情況給出，由項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程報(bào)告、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)正確性、操作規(guī)范性和最后項(xiàng)目答辯綜合給出成績(jī)，以培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐，獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題能力和工程實(shí)踐能力。

考核模式的改革理念可推廣到應(yīng)用性較強(qiáng)專業(yè)課程教學(xué)改革中。

四、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)“面向技術(shù)”的培養(yǎng)目標(biāo)和要求，根據(jù)我校實(shí)際情況并結(jié)合《電氣控制與PLC》課程的特點(diǎn)， 從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)和課程考核方式等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提高了學(xué)生實(shí)際分析解決工程問(wèn)題能力、動(dòng)手能力，創(chuàng)新能力也得到強(qiáng)化和鍛煉。今后把參加課外科技活動(dòng)與指導(dǎo)學(xué)生參加競(jìng)賽有機(jī)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

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