卓越工程師計(jì)劃下的“電氣控制與PLC”課程教學(xué)方法改進(jìn)

梁?jiǎn)础W陽(yáng)名三

【摘 要】電氣控制與PLC是電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的必修課程，其知識(shí)點(diǎn)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系較多。為提高卓越工程師計(jì)劃下的電氣控制與PLC教學(xué)效果，更加緊密地結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展電氣控制與PLC的教學(xué)，本文分析了電氣控制與PLC課程的特點(diǎn)，對(duì)卓越工程師計(jì)劃下的課程教學(xué)方法改進(jìn)從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行了探討，通過(guò)改進(jìn)的方法進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候提高了學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)的能力，促進(jìn)卓越工程師計(jì)劃下的電氣控制PLC課程教學(xué)效果的提高。

【關(guān)鍵詞】電氣控制與PLC；卓越工程師；教學(xué)方法

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃主要目標(biāo)是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才。[1-2]

2010年我校的電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)被教育部批準(zhǔn)實(shí)施“卓越計(jì)劃”。電氣控制與PLC是電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，即強(qiáng)調(diào)知識(shí)的綜合性、實(shí)用性，又強(qiáng)調(diào)綜合分析和解決生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題的能力[3]。目前傳統(tǒng)的電氣控制與PLC課程體系及教學(xué)模式跟卓越計(jì)劃的培養(yǎng)理念和教學(xué)需要還有一定的距離，因此，如何較好地實(shí)施卓越班級(jí)的電氣控制與PLC教學(xué)，已成為了卓越工程師計(jì)劃下的各高校面臨的一項(xiàng)新課題。

筆者作為“電氣控制與PLC”課程的主講教師，結(jié)合電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)“電氣控制與PLC”的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。在理論教學(xué)中，采用知識(shí)講解、多媒體演示與學(xué)生互動(dòng)相結(jié)合的教學(xué)手段，充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解；實(shí)踐教學(xué)中，改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并以工程實(shí)例為課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

1 課程特點(diǎn)與現(xiàn)狀分析

對(duì)本課程教學(xué)現(xiàn)狀分析，搞清楚課程特點(diǎn)，認(rèn)清學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)現(xiàn)狀，是搞好教學(xué)方法改進(jìn)的前提。

1.1 課程特點(diǎn)

電氣控制與PLC課程是在電路、電機(jī)及拖動(dòng)、自動(dòng)控制原理、單片機(jī)等課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握工廠常用低壓電器及其電氣控制的原理和方法；掌握PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理，具備一定的PLC程序設(shè)計(jì)和PLC技術(shù)應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)中的分析能力和解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用能力。

1.2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

電氣控制與PLC課程雖然是我校電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)課程，我校主要選用西門(mén)子S7-200系列PLC作為教學(xué)對(duì)象。由于目前對(duì)通過(guò)該課程培養(yǎng)學(xué)生的的工程實(shí)踐能力缺乏足夠的重視，授課內(nèi)容的設(shè)置上還是采用傳統(tǒng)授課方式。使得電氣控制與PLC課程教學(xué)難以適應(yīng)目前市場(chǎng)用人的需求，主要體現(xiàn)在理論知識(shí)脫離實(shí)踐環(huán)節(jié)、學(xué)生工作后不能勝任工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的作業(yè)要求等方面。另外，學(xué)生能夠?qū)嶋H接觸到的電氣控制系統(tǒng)和PLC裝置非常少，課程的結(jié)業(yè)考試多以基礎(chǔ)知識(shí)的考察為主，實(shí)驗(yàn)也完全是簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性、原理性實(shí)驗(yàn)，這種現(xiàn)狀使得大部分學(xué)生學(xué)完這門(mén)課程后僅僅掌握了plc的工作原理和梯形圖的設(shè)計(jì)，但是工業(yè)上的電氣控制系統(tǒng)是什么樣子、眾多的PLC型號(hào)在實(shí)際使用的場(chǎng)合如何選擇、如何在現(xiàn)場(chǎng)安裝、如何接線、如何設(shè)計(jì)、調(diào)試這些非常實(shí)用的基本知識(shí)和基本技能都沒(méi)有掌握，甚至所謂的高分學(xué)生到了現(xiàn)場(chǎng)后也依然茫然不知從何處下手。

2 理論教學(xué)方法的改進(jìn)

“卓越工程師計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)是工程技術(shù)人才，培養(yǎng)目標(biāo)的調(diào)整相應(yīng)地也要求教學(xué)方法必須作出改進(jìn)。電氣控制與PLC課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此在“卓越工程師計(jì)劃”培養(yǎng)背景下要采用多手段結(jié)合的教學(xué)方法來(lái)進(jìn)行電氣控制與PLC課程的教學(xué)。

2.1 采用多媒體教學(xué)法

電氣控制與PLC課程教學(xué)中的一個(gè)重要特點(diǎn)是讓學(xué)生根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題用編程實(shí)現(xiàn)控制。PLC是從繼電器、接觸器的控制動(dòng)作，采用可編程技術(shù)發(fā)展演變而來(lái)的，所以在電氣控制與PLC教學(xué)中引入多媒體教學(xué)課件，形象地展示工業(yè)生產(chǎn)的控制設(shè)備和PLC內(nèi)部工作原理，使得本來(lái)很抽象的東西變得具體了，有利于學(xué)生掌握諸如“PLC的周期性掃描工作方式”等知識(shí)點(diǎn)，而且記憶深刻。

其次，講解工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電氣控制線路或者PLC組成的電氣控制系統(tǒng)時(shí)，大量的控制要求對(duì)于缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在短時(shí)間內(nèi)是不易理解的。用動(dòng)畫(huà)的形式演示給學(xué)生觀看，縮短了學(xué)生和現(xiàn)場(chǎng)之間的距離，這樣即便于學(xué)生理解和接受，又提升了教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.2 采用案例教學(xué)法

卓越工程師計(jì)劃和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)都比較注重工程實(shí)踐和專(zhuān)業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)。電氣控制與PLC是一門(mén)與工業(yè)生產(chǎn)和生活結(jié)合非常緊密的課程，很多學(xué)生學(xué)完這門(mén)課程以后，雖然能夠編寫(xiě)PLC的梯形圖，但是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，見(jiàn)到設(shè)備后仍然不知如何下手。因此教學(xué)中引入大量工程案例或者我們生活相關(guān)的案例進(jìn)行教學(xué)，這樣可使學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)到所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的用處，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、開(kāi)拓學(xué)生的視野、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性能力[4]。

如在講到順序功能圖編寫(xiě)梯形圖程序的時(shí)候，以我們生活中經(jīng)常遇到的十字路口交通燈為例進(jìn)行設(shè)計(jì)訓(xùn)練，采用動(dòng)畫(huà)的形式展示交通燈的控制過(guò)程，讓學(xué)生思考如何進(jìn)行PLC的編程設(shè)計(jì)。做為啟發(fā)思路，給出一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)部分功能的設(shè)計(jì)方案，要求學(xué)生短暫思考后，討論方案的可行性，學(xué)生通過(guò)討論很快指出方案中存在的問(wèn)題，采納了學(xué)生意見(jiàn)后，用PLC仿真軟件運(yùn)行學(xué)生更改后的方案設(shè)計(jì)，達(dá)到了十字路口交通燈工作的效果。通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示、模擬仿真，從設(shè)置問(wèn)題情境，到熱烈的討論，學(xué)生的思維進(jìn)入了積極的狀態(tài)，在分析錯(cuò)誤程序的過(guò)程中逐漸體會(huì)了編程思路及在工程中需注意的實(shí)際問(wèn)題。

3 實(shí)踐教學(xué)的改進(jìn)

這里把實(shí)踐教學(xué)從總體上分為二個(gè)方面進(jìn)行討論。第一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，指理論課程的實(shí)驗(yàn)；第二是課程設(shè)計(jì)。

3.1 實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)

將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分成二個(gè)組成部分：基本的編程指令驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。對(duì)指令驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)而言，應(yīng)當(dāng)少而精，讓這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)起到鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容、加深理論理解作用。對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)而言，將學(xué)過(guò)的主要功能部件有機(jī)地組合起來(lái)，形成一個(gè)具有一定實(shí)際意義的整體，使學(xué)生掌握PLC控制系統(tǒng)整合的基本方法。為了在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中激發(fā)同學(xué)的創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)中鼓勵(lì)同學(xué)突破實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)所給的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大膽進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，要求學(xué)生可以采用不同的編程方法，選用不同的器件等。諸如在進(jìn)行“四節(jié)傳送帶的模擬實(shí)驗(yàn)”時(shí)，PLC試驗(yàn)臺(tái)給出的電機(jī)運(yùn)行采用模擬的形式，用LED燈亮和滅的形式表示電機(jī)運(yùn)行和停止，這樣僅僅是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只起到搬運(yùn)工的作用，即輸入程序，運(yùn)行，看現(xiàn)象。這時(shí)利用實(shí)驗(yàn)室配套的小型異步三相電動(dòng)機(jī)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的內(nèi)容，利用實(shí)際的電機(jī)重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，大部分學(xué)生通過(guò)討論，電氣接線，編程，在90分鐘的實(shí)驗(yàn)時(shí)間達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。對(duì)于此種方式，很多同學(xué)樂(lè)于接受，此種實(shí)驗(yàn)方式讓學(xué)生感覺(jué)到有充分的發(fā)揮余地，從而培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生潛意識(shí)中的創(chuàng)造性。如此培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生才能滿(mǎn)足“卓越計(jì)劃”所要求的“適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才”。

3.2 課程設(shè)計(jì)改進(jìn)

課程設(shè)計(jì)的時(shí)候以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程開(kāi)展課程設(shè)計(jì)。電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)主要以小組形式開(kāi)展課程設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師根據(jù)生產(chǎn)和生活實(shí)際提出多個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目（如電梯的控制系統(tǒng)、流水線的控制系統(tǒng)、交通燈的控制等），各小組成員根據(jù)自身的能力和興趣選擇不同的項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證讓每一個(gè)學(xué)生都參與設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的自信心，從而激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。設(shè)計(jì)過(guò)程中，模擬企業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的流程實(shí)施課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生進(jìn)行需求分析，對(duì)項(xiàng)目中需要用到的器件以及導(dǎo)線進(jìn)行選型，整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊的劃分，PLC的I/O口的分配，順序功能圖的繪制，梯形圖程序的編寫(xiě)，以及外部接線圖的繪制。

4 結(jié)論

綜上所述，學(xué)校加入卓越工程師計(jì)劃后，電氣控制與PLC課程教學(xué)的上述改進(jìn)方案在電力系統(tǒng)與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中實(shí)施開(kāi)展，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和綜合能力，畢業(yè)生的動(dòng)手能力得到了企業(yè)認(rèn)可。還將學(xué)生的主觀能動(dòng)作用充分發(fā)揮，體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王文福.基于“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的自然地理教學(xué)模式的構(gòu)建[J].長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，30（4）：136-139.

[2]張春燕.電氣信息類(lèi)“卓越工程師”人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教，2013（5）：12-13.

[3]刁統(tǒng)山，王連飛，楊?lèi)?ài)新，等.改革PLC教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（9）：166-168.

[4]余江.基于案例教學(xué)法應(yīng)用角度下的PLC教學(xué)研究[J].滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，13（3）：72-74.

[責(zé)任編輯：王楠]