電氣控制及PLC課程的教學(xué)改革淺析與探究

柴衛(wèi)紅，李國(guó)柱，姚梓萌

西安文理學(xué)院，陜西 西安 710065

0 引言

電氣控制及PLC課程[1]是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，本課程分為兩個(gè)部分：“電氣控制”部分和“PLC 技術(shù)”部分，講的主要內(nèi)容[2]有：電氣控制部分主要是繼電器控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，包括常用低壓電器元件、生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)的控制等，例如電動(dòng)機(jī)順序點(diǎn)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、機(jī)床電氣控制線路的設(shè)計(jì)分析。PLC技術(shù)部分主要是PLC基礎(chǔ)知識(shí)、PLC主要模塊的功能及應(yīng)用、用PLC技術(shù)控制實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)基本控制線路、彩燈控制、物料分揀、機(jī)械手控制、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制及PLC 系統(tǒng)綜合應(yīng)用等。課程的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生在掌握相關(guān)理論知識(shí)的同時(shí)具有比較好的動(dòng)手能力，這是本課程希望獲得的教學(xué)效果?，F(xiàn)在的教學(xué)模式中理論教學(xué)比重有點(diǎn)大，實(shí)驗(yàn)課安排的學(xué)時(shí)不太夠，這就造成給學(xué)生提供實(shí)際操作鍛煉的機(jī)會(huì)比較少，因此電氣控制及PLC課程的教學(xué)改革很有必要，需要統(tǒng)籌規(guī)劃、逐步推進(jìn)教學(xué)改革和創(chuàng)新，這也為全面提高電氣控制及PLC 課程的教學(xué)質(zhì)量提供了強(qiáng)有力的保障。

1 電氣控制及PLC課程教學(xué)中存在的一些問題

1.1 傳統(tǒng)的教室教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)模式比較單一

傳統(tǒng)的教室教學(xué)方法[3]大多數(shù)是老師滿堂灌地講授知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生邊聽課邊記筆記，受課時(shí)所限，有些內(nèi)容需要學(xué)生課下自學(xué)完成，這種教學(xué)方法單一，效率不高，調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)真聽講和主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性會(huì)差一些。

實(shí)踐教學(xué)過程中，老師主要以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)容，從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課沒有興趣，學(xué)習(xí)效率明顯降低，更不能激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)的潛力。目前老師講授的實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)要求做實(shí)驗(yàn)，然后簡(jiǎn)單地記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性，不能促進(jìn)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，我們開設(shè)實(shí)驗(yàn)課是為了讓學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的理論知識(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)理解，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)知識(shí)內(nèi)化的應(yīng)用。

1.2 實(shí)驗(yàn)室教學(xué)電柜和低壓電器元件比較陳舊

教育改革的不斷深化和發(fā)展使得實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備跟不上新的實(shí)驗(yàn)要求，不能滿足對(duì)學(xué)生教學(xué)實(shí)踐培養(yǎng)目標(biāo)的要求，電氣控制及PLC實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要是教學(xué)演示電柜、低壓電器元件和PLC的教學(xué)模塊，目前實(shí)驗(yàn)室里這些實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備有些陳舊，例如PLC教學(xué)模塊版本比較低，有些功能模塊不夠健全，影響一些實(shí)驗(yàn)課的開展。還有大部分實(shí)驗(yàn)是書本上理論知識(shí)的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，沒有新意，新開設(shè)的案例型實(shí)驗(yàn)沒有新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)比較少

電氣控制及PLC技術(shù)是實(shí)踐操作性比較強(qiáng)的課程，受課程總課時(shí)所限，這門課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)安排得比較少，使得學(xué)生不能把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中，給學(xué)生提供動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)比較少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果一般。

2 電氣控制及PLC課程教學(xué)改革的具體舉措

提高電氣控制及PLC課程的教學(xué)效果，關(guān)鍵是想辦法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，在教授學(xué)生學(xué)習(xí)掌握本課程基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)，創(chuàng)建綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用多模塊相互銜接的實(shí)踐教學(xué)體系，強(qiáng)化學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，促使學(xué)生掌握知識(shí)的同時(shí)具有主動(dòng)設(shè)計(jì)電氣控制線路的動(dòng)手能力[4]。

2.1 創(chuàng)新教學(xué)方法

為了有效地提高《電氣控制及PLC》課程的教學(xué)效果，需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行改革和創(chuàng)新[5]。教室教學(xué)模式方便老師和學(xué)生在課堂上面對(duì)面交流和探討問題，老師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)可以采用啟發(fā)式提問法，把需要學(xué)生掌握的學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)成幾個(gè)方面的問題，在課堂上有規(guī)劃地提出來這些具有挑戰(zhàn)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地探索學(xué)習(xí)知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)真聽講的積極性。多媒體教學(xué)是授課老師把課程的PPT課件和相關(guān)資料放在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上供學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)需要隨時(shí)自主學(xué)習(xí)、討論，也可以分享其它相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與成果，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。多媒體教學(xué)的主要特點(diǎn)是教學(xué)形象、動(dòng)態(tài)感強(qiáng)，多媒體教學(xué)采用實(shí)例的圖像、影像等教學(xué)模式豐富了教學(xué)內(nèi)容和形式，有效提高了課程的教學(xué)效果。

把教室授課和多媒體教學(xué)相結(jié)合來進(jìn)行教學(xué)，充分利用了多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì)，把知識(shí)融合地講授給學(xué)生，實(shí)驗(yàn)課后再布置一些相關(guān)作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生課下多學(xué)習(xí)PLC的仿真軟件，從而使學(xué)生融會(huì)貫通地掌握專業(yè)知識(shí)，提高了教學(xué)的創(chuàng)新性[6]。老師在教室講授課程的過程中可以使用多媒體資源對(duì)有些章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行講解，例如，老師可以用仿真軟件講解PLC技術(shù)指令，通過仿真演示模塊功能使學(xué)生能夠更好地理解相關(guān)指令的作用，調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，這樣學(xué)生也能更直觀地理解所學(xué)知識(shí)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。還有在講授PLC的基本指令、功能指令和PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，可以結(jié)合實(shí)時(shí)練習(xí)[7]，即老師一邊講課一邊在黑板上寫出例題的PLC輸入/輸出口地址分配、PLC輸入/輸出口接線圖、程序等，然后擦掉黑板上寫的內(nèi)容，請(qǐng)學(xué)生在自己本子上重新寫一遍老師講的例題內(nèi)容，督促學(xué)生注意力集中聽課、理解PLC指令、加深記憶。其實(shí)在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往聽課時(shí)感覺自己聽懂了，但是實(shí)際動(dòng)手寫時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種意想不到的狀況，比如書寫指令時(shí)大寫寫成了小寫、丟指令、不會(huì)分配PLC輸入/輸出口的地址等。在學(xué)生自己寫的過程中，老師快速逐一檢查學(xué)生寫的例題內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)指出并要求學(xué)生改正，這樣讓學(xué)生有被關(guān)注的感覺，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性會(huì)顯著提高。學(xué)生還可以通過網(wǎng)絡(luò)上的公共資源課件、視頻等及時(shí)掌握電氣控制及PLC技術(shù)的前沿知識(shí)和發(fā)展新動(dòng)態(tài)，開闊了視野，激發(fā)了學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)的興趣。

把教室教學(xué)與多媒體教學(xué)這兩種教學(xué)模式有效結(jié)合，可以使圖像實(shí)例講解和實(shí)驗(yàn)室實(shí)物操作演示教學(xué)都得到比較好的教學(xué)效果，把課本中基本原理變得容易理解，學(xué)生也覺得所學(xué)知識(shí)不抽象了，這種新教學(xué)模式能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識(shí)的自信心，也鍛煉了學(xué)生把學(xué)到的理論知識(shí)及時(shí)有效地應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中的動(dòng)手能力，做到學(xué)以致用，同時(shí)也解決了縮減課時(shí)和增加教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾。

2.2 注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)

電氣控制及PLC課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是很重要的，通過做實(shí)驗(yàn)?zāi)軝z驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的掌握程度，因此老師要對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)用心設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)課課前布置一些預(yù)習(xí)作業(yè)，實(shí)驗(yàn)課中先講解實(shí)驗(yàn)操作步驟和注意事項(xiàng)，接著就某些重點(diǎn)環(huán)節(jié)與學(xué)生展開互動(dòng)討論，然后讓學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課后要求學(xué)生自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和按時(shí)上交撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和撰寫材料的本領(lǐng)，強(qiáng)化他們的動(dòng)手能力。另外老師可以設(shè)計(jì)一些項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生多參與做，這樣能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)了解、熟悉了工作中做項(xiàng)目的基本流程和具體步驟，在做項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生跟隨老師一起探索研究，解決工程項(xiàng)目中遇到的實(shí)際問題，潛移默化地增強(qiáng)了他們主動(dòng)思考問題和解決問題的能力，提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)服務(wù)意識(shí)，鍛煉了動(dòng)手做具體工作的能力，與同學(xué)的討論交流中，也學(xué)會(huì)了人際溝通能力和友好相處的本領(lǐng)，通過做這種以實(shí)際項(xiàng)目為依托的實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生具有了自主解決工程實(shí)際問題的思想意識(shí)和一些處理思路，激發(fā)了他們主動(dòng)鉆研的潛力，這對(duì)學(xué)生成才成長(zhǎng)是一種歷練，更是知識(shí)轉(zhuǎn)化成能力的體現(xiàn)。老師還可以帶領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室一起搭建一些典型的PLC控制操作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)操能力和解決實(shí)際問題的敏銳思維，從而有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的牢靠掌握。

為了學(xué)生畢業(yè)后能夠盡快勝任做工作崗位的具體相關(guān)工作任務(wù)，也需要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)力度，從各個(gè)方面提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力[8]。首先，老師帶學(xué)生到一些使用PLC的公司去實(shí)際參觀調(diào)研，讓學(xué)生了解《電氣控制及PLC》課程在機(jī)械控制和自動(dòng)化等行業(yè)的應(yīng)用情況和一些企業(yè)的實(shí)際使用例子，比如交通信號(hào)燈控制、機(jī)械手搬運(yùn)工件控制、水塔自動(dòng)供水控制等都是電氣控制及PLC課程的典型應(yīng)用案例。通過對(duì)這些企業(yè)使用的實(shí)際案例參觀、了解學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)電氣控制及PLC課程知識(shí)的學(xué)習(xí)有明確清晰的認(rèn)識(shí)。其次，保證讓每個(gè)學(xué)生都至少有1-2次獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，使得他們動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的能力大大提高，從而鍛煉學(xué)生自己設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)和PLC控制的實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。例如，先用傳統(tǒng)繼電器控制方法做實(shí)驗(yàn)，等學(xué)生掌握之后再用 PLC 程序控制來做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這樣可以讓學(xué)生了解到繼電器控制和PLC控制之間的關(guān)系，多次訓(xùn)練之后學(xué)生就積累了繼電器控制、PLC控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和電氣自動(dòng)控制故障診斷的經(jīng)驗(yàn)。最后，鼓勵(lì)學(xué)生多閱讀與電氣控制、PLC相關(guān)書籍中的典型案例，能設(shè)計(jì)出工程實(shí)際需要的電氣控制系統(tǒng)，這也是這門課程希望達(dá)到的最終課程目標(biāo)[9]。

2.3 改革教學(xué)考核方式

通常檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)課程知識(shí)的掌握程度是通過考試來衡量，分?jǐn)?shù)高的學(xué)生意味著掌握知識(shí)比較扎實(shí)，這種考核方式比較單一，不能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，不能體現(xiàn)出學(xué)生掌握知識(shí)的真實(shí)情況和綜合能力，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要。電氣控制及PLC課程采用平時(shí)完成課程的成績(jī)+理論考試成績(jī)+動(dòng)手實(shí)驗(yàn)考核相結(jié)合的方式，既保證了對(duì)學(xué)生理論知識(shí)掌握程度的測(cè)驗(yàn)，也測(cè)試了學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的能力，有效提升了學(xué)生的專業(yè)綜合能力。

2.4 適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

在電氣控制及PLC課程主要內(nèi)容教學(xué)中，老師除了基本知識(shí)的講授外，盡可能多的講授一些相關(guān)工程案例作為課程內(nèi)容的延伸和擴(kuò)展[10]，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法可以不同，但是二者的教學(xué)目標(biāo)是一致的，都必須緊緊圍繞教學(xué)內(nèi)容的所有知識(shí)點(diǎn)展開，并且使學(xué)生能夠掌握電氣控制及PLC課程的所有相關(guān)專業(yè)知識(shí)。例如，在給學(xué)生講授本門課程第一章中的常用低壓電器時(shí)，老師最好從實(shí)驗(yàn)室?guī)б恍┏Ｓ玫牡蛪弘娖髟?shí)物到課堂上，講解某個(gè)元器件的性能及作用時(shí)，先請(qǐng)學(xué)生輪換著看一下元器件的實(shí)物和上面的銘牌，再結(jié)合元器件的模擬功能演示視頻給學(xué)生講解它們的一些重要功能和使用場(chǎng)合，讓學(xué)生有個(gè)直觀的了解，也能強(qiáng)化他們對(duì)知識(shí)的理解記憶，豐富了教學(xué)內(nèi)容，也能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

老師要適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，將電氣控制的方法與PLC技術(shù)有效結(jié)合著講授，注重鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，使得學(xué)生在掌握所學(xué)課程知識(shí)的同時(shí)能夠靈活運(yùn)用它們解決工程實(shí)際問題，這為學(xué)生以后工作奠定了良好的基礎(chǔ)。教學(xué)要以“強(qiáng)化能力、重在應(yīng)用”為教學(xué)導(dǎo)向[11]，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)交互進(jìn)行授課，適當(dāng)增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決工程項(xiàng)目的能力。

3 結(jié)語

本文分析了電氣控制及PLC課程教學(xué)中存在的一些問題，提出了教學(xué)改革的具體舉措，分別研究了教學(xué)方法的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的加強(qiáng)、課程考核方式的改革、教學(xué)內(nèi)容的適時(shí)調(diào)整等方面，從實(shí)際教學(xué)實(shí)踐證明，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)操能力為出發(fā)點(diǎn)，有針對(duì)性地對(duì)教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，有效縮短了大學(xué)畢業(yè)生與工程師之間的差距，從而使學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)能得心應(yīng)手。優(yōu)化教學(xué)模式、重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)、改革教學(xué)考核方式是教育出德才兼?zhèn)淙瞬诺南葲Q條件，有利于學(xué)生個(gè)人職業(yè)發(fā)展，也有利于電氣控制學(xué)科的快速發(fā)展，我們應(yīng)用型大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生主要是服務(wù)生產(chǎn)一線，因此需要學(xué)生學(xué)成之后具備比較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)和動(dòng)手操作設(shè)備的能力，電氣控制及PLC課程教學(xué)改革是現(xiàn)代教育發(fā)展的必然結(jié)果，把知識(shí)通過理論講授與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合教授給了學(xué)生，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而有效地提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，并且努力為各個(gè)企業(yè)培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)扎實(shí)、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)和職業(yè)道德良好的應(yīng)用型人才，從而為國(guó)家的全面發(fā)展貢獻(xiàn)力量。