提高電氣控制與PLC 課程教學(xué)有效性的分析與研究

李建海 劉迪 畢濤 孫晶

海軍航空大學(xué) 山東煙臺 264001

0 引言

隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級，新興行業(yè)快速發(fā)展，社會對人才的需求呈現(xiàn)多樣化，對應(yīng)用型人才提出了更高要求[1-3]。電氣控制與PLC作為高校自動化類和機電類相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，與工程應(yīng)用聯(lián)系緊密，實踐性、應(yīng)用性、綜合性較強，課程教學(xué)要突出學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的理論與實驗相結(jié)合的課程教學(xué)方式有時受教學(xué)場地、實驗設(shè)備等的限制，會出現(xiàn)理論和實踐不能有機銜接或者說不能深度融合的問題，不同程度地出現(xiàn)理論和實驗相互剝離的現(xiàn)象，在內(nèi)容組織上、教學(xué)實施過程中和課程考核評價中易出現(xiàn)重知識傳授輕能力培養(yǎng)的傾向[4-8]，不能很好地實現(xiàn)該類應(yīng)用性、實踐性較強的課程的教學(xué)目標(biāo)，不利于學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，進(jìn)而影響知識向能力的轉(zhuǎn)化。

為適應(yīng)新時代應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，要改革人才培養(yǎng)的模式，探索教學(xué)模式改革創(chuàng)新，提升課程教學(xué)效果，為培養(yǎng)具有系統(tǒng)理論基礎(chǔ)和較強工程實踐能力的應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)[9]。本文結(jié)合課程教學(xué)現(xiàn)狀和特點以及教育改革發(fā)展，就如何提升電氣控制與PLC 課程教學(xué)的有效性進(jìn)行了探究。

1 加強課程思政，實現(xiàn)專業(yè)教育和思政教育協(xié)同育人

全面落實立德樹人根本任務(wù)，要充分發(fā)揮各類課程的育人功能，要把課程思政和專業(yè)知識有機結(jié)合，將價值觀引導(dǎo)融于專業(yè)知識傳授和能力培養(yǎng)之中，實現(xiàn)專業(yè)教育和思政教育的協(xié)同育人。電氣控制與PLC 課程包括繼電接觸器控制系統(tǒng)和PLC 兩大內(nèi)容模塊，繼電接觸器控制系統(tǒng)模塊主要涉及常用低壓電器和電氣控制線路，PLC 模塊主要涉及PLC基本結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)和程序設(shè)計、技術(shù)應(yīng)用等。課程內(nèi)容與工程應(yīng)用聯(lián)系緊密，在教學(xué)過程中，要注重有效的教學(xué)設(shè)計，加強課程說課的設(shè)計，著重突出介紹課程的性質(zhì)特點、教學(xué)內(nèi)容與實踐工程的關(guān)聯(lián)性、學(xué)好課程的學(xué)習(xí)方法等，尤其是要講好電氣控制技術(shù)的發(fā)展，將電氣控制技術(shù)的現(xiàn)狀、在工程實際中的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢等融入課程教學(xué)，突出課程的應(yīng)用性以及在工程實際中發(fā)揮的作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力[10]。依據(jù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，找到課程思政元素的植入點，將育人內(nèi)容有機融入教學(xué)設(shè)計和教案，如工程技術(shù)領(lǐng)域方面的先進(jìn)典型、重點工程的科技實踐、PLC 在工程實踐中的應(yīng)用等，引導(dǎo)學(xué)生把個人發(fā)展融入職業(yè)發(fā)展和行業(yè)發(fā)展，為行業(yè)發(fā)展擔(dān)當(dāng)使命，為社會進(jìn)步作出貢獻(xiàn)，增強責(zé)任感和使命感，塑造正確的人生觀、價值觀和職業(yè)觀，提升學(xué)生的專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)。

2 注重理實一體教學(xué)，促進(jìn)知識向能力轉(zhuǎn)化

電氣控制與PLC 課程理論、實踐、應(yīng)用結(jié)合緊密，教學(xué)實踐中，要注重理論學(xué)習(xí)、動手實踐和實際應(yīng)用相結(jié)合。理實一體教學(xué)能夠?qū)⒗碚撝R學(xué)習(xí)與實踐能力培養(yǎng)有機融合，有利于學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)?；贠BE 理念，根據(jù)應(yīng)用型人才的特點和發(fā)展需求反推教學(xué)內(nèi)容[11]，內(nèi)容來源于教材，要充分考慮應(yīng)用能力的培養(yǎng)來設(shè)計教材內(nèi)容。以往的教材多側(cè)重于知識傳授，一般按知識體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)建教材內(nèi)容。如PLC 應(yīng)用技術(shù)部分主要介紹PLC 的結(jié)構(gòu)、工作原理、常用指令、通信技術(shù)和應(yīng)用設(shè)計等內(nèi)容，屬于按知識體系的結(jié)構(gòu)組織內(nèi)容，勢必會造成應(yīng)用性不夠強的不足。針對將來任職崗位所需的理論知識和實踐能力等要求，應(yīng)根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，采用基于任務(wù)或案例驅(qū)動的方法，以項目任務(wù)為主線，重構(gòu)理論和實踐知識，將知識點分解融合到不同的項目中[7]，使學(xué)生明白知識的應(yīng)用場合，有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到學(xué)以致用的效果。如PLC 編程方面涉及各種指令的應(yīng)用，將基本指令和功能指令分別融入不同的項目中，根據(jù)項目要求應(yīng)用相關(guān)指令進(jìn)行編程實現(xiàn)，加深對相關(guān)指令和編程的綜合理解和運用，實現(xiàn)知識與實踐應(yīng)用良好對接；項目結(jié)束后開展同伴討論和分享交流，學(xué)生相互分享設(shè)計方案，遇到的問題與解決方法、改進(jìn)措施等，鼓勵學(xué)生之間互評，教師再根據(jù)交流的問題進(jìn)行總結(jié)，通過個人講解、生生互評和師生交流等環(huán)節(jié)，提升學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力。在教學(xué)的過程中，要根據(jù)學(xué)生的理論基礎(chǔ)、實踐能力不同的特點，靈活應(yīng)用示范指導(dǎo)、體驗探究等多種方法引導(dǎo)學(xué)生完成項目，可以通過改進(jìn)和擴(kuò)展各個項目的應(yīng)用，綜合多個項目來完成一個實際工程，將教學(xué)內(nèi)容和實際工程聯(lián)系起來，從而達(dá)到應(yīng)用型課程的培養(yǎng)目標(biāo)。理實一體教學(xué)需要集理論講授和實踐操作于一體的教學(xué)場地來保障，教師采用邊講邊練的交互方式開展教學(xué)。對于電氣控制常用器件和電氣控制線路部分，采用控制電器實物進(jìn)行直接教學(xué)，學(xué)生在網(wǎng)孔板上開展電氣控制線路的連接實踐，模擬實際工程情景，形象直觀，易于學(xué)生理解掌握，進(jìn)一步強化實踐能力；PLC 應(yīng)用技術(shù)部分通過PLC 實驗裝置開展硬件接線和軟件編程理實一體教學(xué)，將理論知識傳授和實踐技能訓(xùn)練融為一體實施，較好地提升學(xué)習(xí)效果。另外，電氣控制線路涉及各種電器的安裝與接線，在進(jìn)行實驗教學(xué)之前，要進(jìn)行用電安全、安全操作規(guī)程等方面的安全教育，增強電氣操作安全與防護(hù)的意識，全面提升學(xué)生的工程職業(yè)素養(yǎng)。

3 融合多種方法手段，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性積極性

在教學(xué)過程中，要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點，融合不同方法與手段，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生的參與度，增強課程學(xué)習(xí)效果。電氣控制與PLC 課程涉及各種控制電器結(jié)構(gòu)和工作原理、PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)等方面的知識，要善用動畫、視頻等多媒體技術(shù)，通過控制電器的實物展示和動畫演示控制電器的結(jié)構(gòu)組成、動作原理來學(xué)習(xí)控制電器方面的知識。例如，熱繼電器的動作過程、三相交流電機的正反轉(zhuǎn)等可以利用動畫演示，既形象直觀又容易理解，提高學(xué)生對內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，讓教學(xué)更富魅力，促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升。

PLC 應(yīng)用技術(shù)實踐性強，學(xué)習(xí)PLC 大部分要以真實的控制對象為基礎(chǔ)，用PLC 單獨構(gòu)成的控制系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)沒有良好的人機界面，無法實時顯示被控對象的狀態(tài)，存在一定的局限性。實驗室配備的控制對象種類往往有限，采用固定控制對象的實驗系統(tǒng)，存在被控對象單一、控制程序不靈活等不足，不能滿足綜合訓(xùn)練要求。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，會不同程度地出現(xiàn)實驗硬件更新不及時的問題，針對這類問題，可以采用虛擬仿真技術(shù)，上位機上采用組態(tài)技術(shù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場被控對象的仿真控制，實驗內(nèi)容得到了擴(kuò)展，學(xué)生工程實踐能力得到綜合訓(xùn)練，可有效解決傳統(tǒng)實物被控對象不足的問題，同時也有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實踐能力。

優(yōu)化完善課程的形成性考核方法，注重學(xué)生實際操作和實踐能力形成過程的評價，使學(xué)生具有成就感和獲得感，有動力繼續(xù)挑戰(zhàn)后續(xù)較難的實訓(xùn)任務(wù)。注重團(tuán)隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，有效提升課程教學(xué)效果。

4 強化實際工程牽引，培養(yǎng)解決實際問題的能力

電氣控制與PLC 課程以繼電接觸控制系統(tǒng)和PLC 應(yīng)用技術(shù)為主要內(nèi)容，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有從事電氣控制系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試等方面的能力，能夠為將來任職的技術(shù)崗位奠定基礎(chǔ)。結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容和電氣控制技術(shù)的發(fā)展，我們認(rèn)為通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備控制電器元件的識別與測試、電氣控制線路的安裝與調(diào)試、PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、控制程序編寫、軟硬件聯(lián)合調(diào)試等五個方面的能力。開展聯(lián)系工程實際的綜合性實訓(xùn)項目，有利于綜合能力的培養(yǎng)。如開展基于PLC 和觸摸屏的溫度檢測系統(tǒng)這樣的綜合項目，硬件包括PLC 模塊、觸摸屏、專用模塊（如模擬量輸入模塊）、信號測量模塊等，涉及PLC 控制、人機界面設(shè)計、數(shù)據(jù)通信、溫度信號檢測、模擬量轉(zhuǎn)換等，既有硬件線路搭建又有軟件程序設(shè)計，項目的綜合性比較高，拓展了實訓(xùn)項目的寬度。學(xué)生通過積極參加各類創(chuàng)新設(shè)計活動，在項目的實現(xiàn)過程中，根據(jù)任務(wù)需求，需要查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)資料，完成方案設(shè)計、硬件接線、功能實現(xiàn)及控制程序設(shè)計等，既激活了已學(xué)知識，又學(xué)習(xí)了新知識和新技術(shù)，并能夠用新掌握的技能解決實際問題，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、知識應(yīng)用能力、分析處理問題能力得到鍛煉，有效提升了學(xué)生解決實際問題的能力。

5 結(jié)束語

電氣控制與PLC 課程具有應(yīng)用性、實踐性較強的特點，為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，加強課程教學(xué)研究，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。從加強課程思政，實現(xiàn)價值引領(lǐng)；注重理實一體化教學(xué)，促進(jìn)知識向能力轉(zhuǎn)化；融合多種方法手段，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性；強化工程牽引，培養(yǎng)解決實際問題的能力等方面就如何提升教學(xué)的有效性進(jìn)行了探索和研究，有助于提升電氣控制與PLC 課程的教學(xué)效果，從而能夠更好地服務(wù)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。