可編程控制器原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革模式探究

藕艷萍 張 捷 孟 瑞

（廈門工學(xué)院 福建·廈門 361021）

0 引言

“可編程控制器原理與應(yīng)用”是電氣工程及其自動化等專業(yè)的專業(yè)必修課程。是電氣工程及其自動化、自動化專業(yè)的核心課程，作為機與電的紐帶起到了重要的作用。該課程的培養(yǎng)目標(biāo)是：掌握電氣設(shè)備的使用、安裝、調(diào)試、維護(hù)等技能，能面向企業(yè)、勝任工作的高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才?？删幊炭刂破髟砼c應(yīng)用是繼傳統(tǒng)的繼電器控制之后的一門新的控制技術(shù)，已經(jīng)普遍應(yīng)用到生產(chǎn)過程的自動化控制系統(tǒng)中，起到了一個非常重要的作用。該課程實用性較強，要求學(xué)生在掌握可編程控制器的基本理論知識的基礎(chǔ)上，能夠具有一定動手解決實際控制問題的能力。本課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式注重理論教學(xué)，理論課時占有42 學(xué)時，實驗課程僅有6 學(xué)時，造成了學(xué)生很難將課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識與實踐工業(yè)控制過程中需完成的控制任務(wù)聯(lián)系起來。因此，對“可編程控制器原理與應(yīng)用”這門課程的教學(xué)改革變得十分必要。

1 課程特點和教學(xué)目標(biāo)

“可編程控制器原理與應(yīng)用”這門課程是自動化相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)課，可編程控制器（簡稱PLC）是從傳統(tǒng)繼電器控制電路的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是以微處理器為核心的工業(yè)自動控制裝置，其種類繁多，不同廠家的產(chǎn)品各有特點，有一定的區(qū)別，又具有一定的共性。在教學(xué)過程中，需要將PLC 的共性講解透徹，又需要提及各種不同類型的PLC 之間主要的區(qū)別，使學(xué)生學(xué)習(xí)完這門課程后，能夠選擇某一類型的PLC 解決工業(yè)上的控制任務(wù)，同時也需要學(xué)生具備自學(xué)使用其他類型PLC的能力。

首先從專業(yè)能力目標(biāo)（包括知識和技能目標(biāo)）來說，力求使學(xué)生掌握可編程控制器的硬件組成及工作原理，能夠使用基本編程指令及常用功能指令，能夠針對不同的控制任務(wù)采用不同的方法編程，具備程序調(diào)試模擬的基本能力，初步具備可編程控制系統(tǒng)的設(shè)計和技術(shù)改造的能力以及具備分析、解決工程實際問題的能力。

其次在方法能力目標(biāo)，要求學(xué)生通過模擬調(diào)試，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的學(xué)習(xí)方法，通過小組學(xué)習(xí)和討論，培養(yǎng)學(xué)生的交流溝通能力及與人共處能力，具有綜合運用知識與技術(shù)，從事程度較復(fù)雜的技術(shù)工作能力，具有獨立進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計、實施、評估的能力，具有獲取、分析、歸納、交流、使用信息的能力，具有自學(xué)能力、理解能力與表達(dá)能力，具有合理利用與支配資源的能力。

另外從社會能力目標(biāo)的角度來看，培養(yǎng)學(xué)生具有良好的職業(yè)道德和愛崗敬業(yè)精神，具有團(tuán)隊意識及妥善處理人際關(guān)系的能力，具有溝通與交流能力，具有計劃組織能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。通過任務(wù)的設(shè)定、驅(qū)動，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、勤于動腦、長于動手的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生遇到問題會思考、會分析、會總結(jié)的綜合素質(zhì)能力，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、不斷探究、勇于創(chuàng)新的意識。

2 教學(xué)內(nèi)容

在以往的課程教學(xué)安排中，選用的教材只包括PLC 部分，選修課程也未安排介紹低壓電器的課程，因此學(xué)生對于 PLC的作用理解不夠徹底。以三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制為例，學(xué)生無法很好地理解輸入/輸出分配的含義，同時也無法理解PLC 和電機之間的連接關(guān)系。因此在教改中首先更換了教材，選用了既包含繼電器控制電路部分，又包含PLC 部分的教材。其次對于PLC 的型號也做了選擇，以往的教材中介紹的PLC型號為西門子S7300 系列，該系列PLC 為中型機，實現(xiàn)功能更多，指令系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)時不容易掌握。因此，在更換教材時也重點考慮了PLC 型號問題，新選教材既介紹了S7200 系列的小型機，也介紹了三菱公司的FX系列的PLC，這兩類型號的PLC 在如今的市場份額占據(jù)較大，也是學(xué)生走到工作崗位中碰到概率較大的兩類機型。

3 教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要以教師為主體，課程的大部分知識點均是以課堂講授的方式教給學(xué)生，但效果較差，因此對教學(xué)模式的改革也很有必要。由于課程的特殊性，主要需要的還是讓學(xué)生實際動手去實踐、探索，因此將教學(xué)模式改為“教學(xué)做一體化”的模式，在教室講完理論知識后，教學(xué)場地轉(zhuǎn)換到實驗室，通過項目化的方式，將知識點貫穿在各個不同的實驗項目中，學(xué)生可以自己在電腦上進(jìn)行編程，配合實驗箱上的模擬仿真模塊對控制項目進(jìn)行抽象化仿真，理論知識可以得到實際運用，學(xué)生在動手的過程中遇到的問題也能及時得到解決，提高了學(xué)生課程知識的掌握程度，提高了教學(xué)效果。

另外采用項目化教學(xué)，把教學(xué)內(nèi)容由章節(jié)形式變成了項目形式，共設(shè)計了7 個項目，這7 個項目是按照課程定位與目標(biāo)來設(shè)計的，涵蓋了教材所有內(nèi)容，每個項目均有其專業(yè)能力、方法能力以及社會能力目標(biāo)，把教學(xué)內(nèi)容滲透到項目中，把理論、實驗、實訓(xùn)統(tǒng)一在項目中去完成。在設(shè)計這7 個項目時，按基礎(chǔ)篇、提高篇和應(yīng)用篇三個階段循序漸進(jìn)，逐次完成能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。同時還考慮到了其他專業(yè)和課時的影響。如：針對定時器的應(yīng)用，設(shè)計了搶答器及LED顯示、交通燈控制模擬系統(tǒng)兩個項目，這樣就可以根據(jù)專業(yè)和課時靈活選擇一個項目。

4 教學(xué)手段

教學(xué)手段改革主要采用多種教學(xué)方法的混合運用，其中包括項目驅(qū)動教學(xué)法、案例教學(xué)法、探索式教學(xué)法等。項目驅(qū)動教學(xué)法：在課程的宏觀設(shè)計中，精選數(shù)個工程案例中有代表性的設(shè)計項目，如：交通燈控制模擬、機械手控制模擬。項目主題與真實企業(yè)生產(chǎn)實際相聯(lián)系，學(xué)生的學(xué)習(xí)更加具有針對性和實用性。案例教學(xué)法：把每個重要知識點的教學(xué)均與案例結(jié)合起來，重視學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生了解分析問題的思路，要解決什么問題，如何解決，應(yīng)用什么理論和方法，并根據(jù)分析結(jié)果提出針對性的對策和措施，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識去解決實際問題的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知的欲望。如：在學(xué)習(xí)觸點競爭時可用一個點動加長動控制電路為案例進(jìn)行教學(xué)，實現(xiàn)重點和難點的突破。探索式教學(xué)法：讓學(xué)生通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探索，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)的原理和結(jié)論。在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺地、主動地探索，掌握認(rèn)識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念。對于同一控制任務(wù)，可能會有幾種不同的控制方案，例如：設(shè)計一個自動裝卸料系統(tǒng)，可以用經(jīng)驗法，也可以用順序功能圖法，這樣就可以讓學(xué)生去探索各種方案，并探討總結(jié)各方案的優(yōu)缺點，從而培養(yǎng)了學(xué)生思考問題、分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。情境教學(xué)法：由教師演示一個實驗，或創(chuàng)設(shè)一個情境，讓學(xué)生進(jìn)行觀察和體驗，從而加深對知識的理解。如：在講互鎖電路時，為了讓學(xué)生深刻理解和正確運用互鎖這一概念，可以創(chuàng)設(shè)一個知識競賽的場景，讓學(xué)生設(shè)計一個搶答器。

通過以上方法的混合靈活使用，使學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中，不僅需要牢固掌握課堂上所講授的知識，還需要通過查閱網(wǎng)站等手段去擴充視野，及時掌握PLC 的發(fā)展動態(tài)和前沿知識。整個過程能啟發(fā)學(xué)生思維，循序漸進(jìn)地調(diào)動學(xué)生的求知欲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及積極性、主動性。

5 課時安排

為了更好地實施教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等改革措施，在課時安排上也做了調(diào)整。理論課時適當(dāng)減少，保證理論知識點能夠講完。實驗課程大幅增加，除了課內(nèi)實驗增加到七個（包含繼電器部分和PLC 部分）以外，還增加了為期一周的課程設(shè)計以及18 個課時的認(rèn)知實訓(xùn)環(huán)節(jié)，極大地增加了學(xué)生動手的機會，并大范圍接觸到了工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的控制任務(wù)，為以后的相關(guān)工作打下了基礎(chǔ)。

6 考核方式

“可編程控制器原理與應(yīng)用”這門課程傳統(tǒng)的考核方式是期末卷面成績占70%，平時成績占30%，主要包括上課出勤、作業(yè)完成情況以及實驗成績，這樣分配的結(jié)果是學(xué)生只需要在期末考核前認(rèn)真復(fù)習(xí)一下就能順利通過考試。因此，在考核方法上也進(jìn)行了修改，更加注重過程性考核，提高平時實驗、實訓(xùn)以及作業(yè)的占比，督促學(xué)生重視平時的學(xué)習(xí)，多動手多鍛煉。

7 結(jié)束語

通過對“可編程控制器原理與應(yīng)用”這門課程的教學(xué)改革，教學(xué)效果有了明顯的提升。首先多種教學(xué)手段和教學(xué)方法綜合運用，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性被充分調(diào)動；其次，理論聯(lián)系實踐，教學(xué)做一體化教學(xué)模式提高了學(xué)生的操作能力和實際應(yīng)用能力；通過對“可編程控制器原理與應(yīng)用”課程改革，實現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)過程，學(xué)生能自主完成項目，在掌握理論知識的同時，學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神明顯提高，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。