电气控制与PLC应用课程改革探讨

摘 要：本文针对应用型本科院校对现场工程师的培养目标，根据企业对电气控制系统设计研发的实际要求，对 “电气控制与PLC应用”课程进行了多项改革，增加了实验学时占总学时的比例，调整了教学手段，丰富了评价标准。初步形成了以案例化教学为授课方式，项目化教学为实验手段的教学模式，充分锻炼学生的实践能力。结果表明，该课程改革取得了良好的实际效果。

关键词：应用型本科；项目化教学；工程实践

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.269

0 引言

可编程控制器（PLC）是一种集计算机技术、控制技术和网络通讯技术于一身的通用自动控制装置，它具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高等一系列优点，广泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中有着举足轻重的作用。随着国家加快发展装备制造业，业内预计PLC市场将处于持续增长状态。与此同时，PLC人才紧缺，众多企业迫切需要掌握PLC技术的人才。数据显示，全国仅有17万PLC从业人员，这显然与企业需求相差甚远。因此，对于一所培养应用技术型人才的本科院校来说，加强电气类相关专业PLC 课程的教学势在必行。

应用技术型本科院校以培养具有突出实践能力的高素质现场工程师为主要目标，应以本科教学和学生基本素质与工程技术应用能力培养为主导。所以，对学生的培养要和研究型本院校的深理论的教学模式区别开来，更加侧重于实践能力的培养。[1]电气控制与PLC应用是一门自动化专业的核心课程，并且具有很高的综合性和实践性，因此，我院选择这门课作为应用型人才培养的改革试点课程。

1 教学现状分析

1.1 课时安排的缺陷

当前我院电气控制与PLC应用这门课程总共学时为56学时。理论为学时为40，实验学时为16.对于这样一门实践性非常强的课程来说，理论学时太多，实验学时较少，学生没有充足的动手操作的时间。这样的课时安排和现场工程师的人才培养目标不一致。

1.2 教学方式的缺陷

当前课程以传统教学方式为主，教师在课堂上讲，学生记笔记，这对于大部分同学来说是一种被动的学习方式，从课后学生掌握的情况来看，大部分同学只能掌握30%的内容，如果课后不复习，效果更不理想。究其原因，主要有以下两点，首先，在这样的教学模式中，教师的讲授占据了课堂绝大部分时间，学生无法参与到教学活动中来。其次，教师为了学生有效地吸收教学内容，会站在学生的立场上，对课程内容进行了详细的准备和梳理，这就使学生不需思考和反思就可以获得正确的答案，这在一定程度上形成了学生对教师的依赖，不利于学生形成良好的学习习惯。

1.3 实验内容的缺陷

当前实验内容一般都是验证性的，如液体混合装置、交通灯控制和机械手运动控制的设计实验等这种实验都是对书本上理论知识的一种验证，这些内容和目前企业所要求的设计过程不相符，没有完整的实现从设计到实施的整个流程，并且但是这种实验网络上资源较多，学生可以轻易获得，实际锻炼效果大打折扣。

2 课程改革的措施

2.1 优化课程结构

提高实验环节在整个课程学时的比重。基本按照理论与实验1：1分配课时。

调整上课环境。将课堂转移到实验室，即为学生在课堂上营造出工程实践的背景，又为他们提供了即学即练的实践条件[2]。学生对刚刚学习到的知识通过实验的方式加以验证，既有助于快速掌握，也锻炼了动手实践能力。

2.2 改革授课方式

改革过去单一的教师授课的教学方式，引入案例教学法。我们根据本课程知识点，设计了液体混合控制系统、机械手运动控制系统、运料小车控制系统、剪板机控制系统、专用钻床控制系统、中断程序应用等10个案例。这些案例包含了这门课程的所有重点内容，每次授课均以案例开始，首先介绍应用背景和案例，然后引入案例的解决方法，从中指出课程的知识点。这样的教学方式使得传授的知识由枯燥乏味变为直观生动，而且与工程实践紧密结合。以十字路通灯控制为例，首先让学生了解交通灯的动作过程：东西绿灯亮6秒后，闪2秒，灭；黄灯亮2秒后，灭；红灯亮10秒；绿灯亮……循环。对应东西绿、黄灯亮时南北红灯亮10秒，接着绿灯亮6秒后，闪2秒，灭；黄灯亮2秒后，红灯又亮……如此循环，这样的动作过程要用PLC来实现就要用到定时器指令和比较指令，定时器指令完成信号灯定时控制，比较指令和基本指令完成信号灯之间的切换控制。从而引出定时器指令和比较指令的知识点。在讲解完指令的使用方法之后，再结合案例，将整个控制过程通过指令实现。通过这样形象的案例，使学生能够明确学习目标，激发学生的学习动力，提高学习兴趣。

2.3 提高实验的实践性

采用项目化的教学方法，将实际工程项目涉及的内容都融合在教学项目中。

项目教学法就是将一个相对独立的项目交给学生完成，即从信息收集、方案设计与实施，到最终评价，都由学生独立完成。教学过程中，教师只是学生学习过程中的引导者、指导者和监督者[3]。项目教学法的突出特点就是要通过一个完整工程项目的实施，将课程相关知识点贯穿其中。

一个完整的PLC 控制系统设计过程通常包括以下几个方面[4]： ①详细了解被控对象的生产工艺要求，分析控制要求； ②根据要求确定所需要的输入输出设备； ③选择PLC 机型； ④分配I /O 点，绘制设备接线图； ⑤PLC软件设计，同时设计控制平台和电气柜； ⑥进行软件测试及系统整体调试； ⑦系统联机调试； ⑧编程技术文档。而在这一过程中， “电气控制与PLC 应用”课程仅讲授了一部分内容，其他未讲授的内容恰恰是该课程在实际应用中所需的。因此，为了使学生更加准确的了解一个项目，我们在实验环节上不仅局限于“电气控制与PLC应用”这一门课程的知识，而且将实际工程项目设计中的各环节都融合在实验项目中。这样即理解了所学的理论知识，又提高了操作技能的水平。

为保证项目教学的有效进行，笔者在教学中采取了以下方法和措施。

（1）确定项目任务，教师根据教学大纲，选择有教学内容契合度较高的项目任务；

（2）将一个工程项目按照工艺过程分成多个模块。对每个模块所涉及的知识和设计方法做详细讲授；

（3）对学生分组，每组学生选择完成一个阶段的任务，明确每个人完成的具体内容，以便评价；

（4）针对学生在完成项目过程中遇到的困难，教师应及时解答，尽量采用非正面的指导方式，锻炼学生独立思考的能力；

（5）设计结束后，要求学生整理自己的项目成果，每组向班级展示本组的设计结果，然后小组之间进行成果互评，结果按一定比例计入总分；

（6）教师对项目执行过程进行点评，和学生共同探讨不足之处。

2.4 修改评价标准

改变以期末考试加平时成绩作为最后成绩的考核方式，重视工程实践能力的的考核。具体来说，首先，将实验成绩占总成绩的比重提升到50%；其次，采用科学的方法保证评价的准确性。总成绩分三部分：教师评价，小组成员互评，小组成员自评。最后，严格按照PLC项目开发过程对各个环节进行评价，并且增加了思考题，鼓励学有余力的同学提出自己的设计思路。

3 小结

本文针PLC技术人才在人才市场的需求形势和应用技术型本科院校人才培养目标对“电气控制与PLC应用”课程体系进行了多项改革。教学过程中强调教学内容和工程应用的相互衔接。使学生在学习过程中获得更多的工程方面的认识。同时也培养了学生独立思考和批判质疑的良好习惯。有效地激发了学生的求知欲望，强化了学生主动获取知识的意识。

通过三学期的课程改革实践，改革成果逐渐显现，课堂上，学生对学习内容更加感兴趣，课堂气氛活跃。学生在学习的过程中能够提出自己的意见。由于具备了扎实的知识基础，学生在就业过程中能够从容应对技术考核，企业对学生实践能力也有较高的评价。

参考文献：

[1]朱伟兴，马长华，李凤祥，张世兵.应用型人才培养的教学模式研究与实践[J].南京：电气电子教学学报，2012（s1）：36-38.

[2]陈冠玲，马文新，胡志华.应用型电类专业的实践教学体系构建[J].南京：电气电子教学学报，2011，33（02）：61-62.

[3]邓铁军，陈颖，贺志军.基于PMBOK原理的“项目式”教学法研究[J].武汉：高等工程教育研究，2010（01）：159-163.

[4]陈建明主编.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

课题：2015年教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会专业教育教学改革研究课题《具有工业机器人特色的自动化类工程人才培养体系的研究与实践》（课题编号：2015A06） ；江苏省教育科学研究院现代教育研究所课题《MIT OCW背景下的独立学院网络课程建设对策及实施方案研究》（课题编号：2015-R-44775）

作者简介：曹阳（1985-），男，江苏徐州人，硕士，工程师，研究方向：PLC控制与网络通信方面的研究。