“機械設(shè)備電氣控制”課程實踐型課堂的研究

張德義， 袁明新,2， 高進可

(江蘇科技大學(xué) 1、蘇州理工學(xué)院 機電與動力工程學(xué)院，2、機電與動力工程學(xué)院， 江蘇 張家港 215600)

“機械設(shè)備電氣控制”課程實踐型課堂的研究

張德義1， 袁明新1,2， 高進可1

(江蘇科技大學(xué) 1、蘇州理工學(xué)院 機電與動力工程學(xué)院，2、機電與動力工程學(xué)院， 江蘇 張家港 215600)

本文針對我院“機械設(shè)備電氣控制”課程目前教學(xué)現(xiàn)狀，提出模塊化構(gòu)建實踐型課堂。確定低壓電器、電氣控制電路、PLC硬件和PLC軟件四個模塊，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點以及工作崗位對所需知識要求，采取多種不同的教學(xué)模式，實現(xiàn)“因材施教”。實踐教學(xué)效果表明，多種教學(xué)模式相結(jié)合的實踐型課堂，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和綜合素質(zhì)。

模塊；實踐型；教學(xué)模式

0 引言

“機械設(shè)備電氣控制”是面向機械類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)計劃中起著承先啟后的作用，不僅具有較強的理論性，同時具有較強的實踐性和應(yīng)用性。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能掌握常用繼電器接觸器的設(shè)計方法，具有對典型的機械設(shè)備的電氣功能分析技能，具有運用可編程控制器進行線路設(shè)計的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和今后從事電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計工作打下堅實的基礎(chǔ)。

目前，多種教學(xué)改革措施已被應(yīng)用到該課程教學(xué)中，用以提高教學(xué)效果。文獻[1]以典型的電氣控制項目為基礎(chǔ)進行教學(xué)設(shè)計，將課程的知識點與項目實踐相結(jié)合；文獻[2]基于該課程的特點結(jié)合工作崗位要求，確定了以行動為導(dǎo)向的教學(xué)模式，從而提高教學(xué)效果。但是大部分教學(xué)改革多集中于理論課程，尚未涉及提高學(xué)生的實踐能力，滿足工作崗位的要求上。因此，進行合理的實踐性課程改革是十分必要的。

根據(jù)我院的辦學(xué)定位和辦學(xué)目標，從我院的現(xiàn)有條件出發(fā)，本文提出采用模塊化方式構(gòu)建實踐型課堂，將理論課與實踐課相統(tǒng)一，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)手段等方面入手，提高學(xué)生的應(yīng)用能力，改善教學(xué)效果。

1 實踐型課堂的構(gòu)建

通過教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)“機械設(shè)備電氣控制”這門課程在教學(xué)過程中存在以下幾點矛盾：①內(nèi)容量大與學(xué)時少的矛盾；②內(nèi)容涉及面廣與先修課程不足的矛盾；③理論多與實踐少的矛盾。

針對上述的幾對矛盾，以及目前教學(xué)現(xiàn)狀，我們提出以下幾點改革措施：①合理制定教學(xué)大綱及評價方式；②多種教學(xué)方式相結(jié)合，實現(xiàn)“因材施教”；③將理論課與實驗課整合構(gòu)建實踐型課堂。

實踐型課堂的含義是指通過在課堂上有計劃地組織學(xué)生進行觀察、演示操作等實踐活動，并結(jié)合多種教學(xué)方式，把理論知識與實踐活動有機地結(jié)合起來的一種課堂教學(xué)活動。這種方式避免了傳統(tǒng)理論課的填鴨式教育，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進而提高教學(xué)質(zhì)量和效果。我?！皺C械設(shè)備電氣控制”課程包含低壓電器、電氣控制電路以及可編程控制器三部分內(nèi)容，根據(jù)不同內(nèi)容的特點，我們將上述三部分知識分為四個模塊，即低壓電器模塊、電氣控制電路模塊、PLC硬件模塊以及PLC編程模塊[3,4]，提出模塊化建設(shè)實驗室的構(gòu)想，讓課堂在實驗室中進行，構(gòu)建實踐型課堂。這四部分內(nèi)容的特點如表1所示。

表1 模塊化課程教學(xué)內(nèi)容體系

我們根據(jù)模塊化教學(xué)內(nèi)容特點，配以合適的教學(xué)模式與方法，以最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與參與性，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)工作崗位所需的能力和素質(zhì)。

2 實踐型課堂的應(yīng)用

將理論課與實驗課整合，以模塊化構(gòu)建實踐型課堂。在理論課上，通過增加實踐以及實物觀察的環(huán)節(jié)，提高學(xué)生課堂的參與感，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可以提高教學(xué)效果。由于不同模塊知識特點不同，還需要進一步地針對不同的模塊采用不同的教學(xué)手段，避免傳統(tǒng)“廣播式”教學(xué)的模式。

1)低壓電器模塊

低壓電器模塊研究的是常用的低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及選型注意事項等，這部分的培養(yǎng)目標是讓學(xué)生能夠識別各種常用低壓電氣元件并對所需低壓電器元件進行選型[5]。本模塊采用實踐認知型教學(xué)方法，即以問題驅(qū)動為導(dǎo)向，通過拆裝實踐，加強學(xué)生對該部分知識的理解與認知。例如接觸器，可以使用“多媒體動畫+實物拆裝”的模式進行教學(xué)，多媒體動畫用以講授原理，實物拆裝用以講授結(jié)構(gòu)，理論與實踐相結(jié)合，幫助學(xué)生加深對知識的理解和掌握。

2)電氣控制電路模塊

電氣控制電路模塊研究的是三相異步電動機的起動、制動、調(diào)速等控制電路，這部分的培養(yǎng)目標是讓學(xué)生能夠熟練地識讀控制原理圖，并能夠設(shè)計一般電氣系統(tǒng)的控制原理圖等。本模塊采用工程案例型的教學(xué)方法，即不同的基本控制電路分別以工程案例結(jié)合低壓電器模塊知識進行講授。例如講授電路保護環(huán)節(jié)時，短路保護通過熔斷器實現(xiàn)，對比圖1(a)和圖1(b)可以發(fā)現(xiàn)：圖1(b)中缺少熔斷器FU，并且兩個電路的開關(guān)不同。圖1(b)中開關(guān)是空氣式開關(guān)QF，它包含了圖1(a)中的刀開關(guān)QS和熔斷器共同實現(xiàn)的功能，因而圖1(b)中的短路保護是通過QF空氣式開關(guān)實現(xiàn)的。

通過以上的講解，不僅使學(xué)生進一步明確了電路保護環(huán)節(jié)，而且將相關(guān)知識串聯(lián)了起來。最后以工程案例將基本控制電路結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析與設(shè)計能力。

3)PLC硬件模塊

PLC硬件模塊涉及硬件組成、工作原理以及通信方式等知識，這部分的培養(yǎng)目標是使學(xué)生能夠協(xié)助現(xiàn)場完成設(shè)備的安裝與調(diào)試。本模塊仍采用實踐認知型教學(xué)方法，以任務(wù)驅(qū)動為手段，對典型的控制柜進行安裝，從中學(xué)習(xí)PLC的組成、原理、通信等知識，不僅有效地學(xué)習(xí)了理論知識，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力。

圖1 電路保護環(huán)節(jié)

4)PLC軟件模塊

PLC軟件模塊包括PLC的編程語言、基本指令以及軟件操作等。這部分的培養(yǎng)目標是使學(xué)生能正確地識讀和分析控制程序，熟練地編寫、修改以及調(diào)試控制程序等。本模塊采用“設(shè)計+仿真+調(diào)試”的教學(xué)方法，借鑒CAD的教學(xué)模式，采用計算機結(jié)合可編程控制器輔助教學(xué)，通過軟件講解編程語言的基本指令，培養(yǎng)學(xué)生編程能力。圖2是為教學(xué)設(shè)計的配料監(jiān)控系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)的教學(xué)演示，學(xué)生可以清晰地了解系統(tǒng)工作過程，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也對PLC控制過程有了更形象的理解。

圖2 配料監(jiān)控演示系統(tǒng)

通過以上的四個模塊的學(xué)習(xí)，在學(xué)生具有一定的理論知識和實踐能力后，我們在學(xué)期末組織一次課程設(shè)計，將所學(xué)知識進行整合，進一步提高學(xué)生知識的應(yīng)用能力。

3 結(jié)語

根據(jù)我校的辦學(xué)目標，針對目前教學(xué)中存在的不足，在“機械設(shè)備電氣控制”課程的改革探索時，以模塊化設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合不同的教學(xué)方式，構(gòu)建實踐型課堂，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式比較起來，不僅提高了學(xué)生的參與感，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且教學(xué)效果和學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到了顯著的提升。該教學(xué)方式的實踐還不長，還有不少的問題需要去解決，比如這種實踐型課堂對教師的要求要比傳統(tǒng)課堂教學(xué)要高，增加了教師的工作負擔(dān)；學(xué)生的學(xué)習(xí)方式仍然過度依賴教師，不易及時轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式等等?？傊?，教學(xué)改革和探索是一個動態(tài)過程，筆者將會根據(jù)實踐過程中產(chǎn)生的問題進行不斷的改進，來豐富和完善實踐型課堂教學(xué)。

[1] 孔德彭,孔德輝.項目教學(xué)法在電氣控制及PLC中的應(yīng)用[J].北京:中國電力教育,2012,24: 50 -51.

[2] 王紅梅.基于行動導(dǎo)向的“”電氣控制與PLC“”課程教學(xué)改革研究[J].杭州:浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報,2013,25(3):83-87.

[3] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2009.

[4] 黃永紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.

[5] 武艷.基于項目式教學(xué)的電氣控制與PLC技術(shù)課程改革的實踐[J].武漢:高等函授學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,25(6):64-65.

Research on Practice-Based Class of Mechanical Equipment Electrical Control Course

ZHANG De-yi1, YUAN Ming-xin1,2, GAO Jin-ke1

(1、SuzhouInstituteofTechnology, 2、Schoolofmechatronicandpowerengineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhangjiagang215600,China)

In order to solve the problem of current teaching situation of the course of Mechanical Equipment Electrical Control in our school，modular building practice-based class is proposed. The low-voltage electrical appliances, electrical control circuit, PLC hardware and PLC software—four modules are determined, according to the characteristics of the teaching content as well as the knowledge required for jobs, taking a variety of different teaching modes, to realize “according to their aptitude”. Result shows that practice-based class combing various teaching modes is better able to cultivate the students′ practical ability and comprehensive quality.

module; practice-based; teaching mode

2016-01-24;

2017-02- 14

1、江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2015年度課題(編號：2015-R-40701)；2、江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院2015年度重大教改課題(編號：121020714)；3、蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃專項課題，(編號：C-b/2016/01/06) 作者簡介：張德義(1989-)，男，碩士，助教，主要從事電氣控制方面的教學(xué)與研究工作，E-mail：deyi1108@126.com 袁明新(1978-)，男，博士，副教授，主要從事電氣控制理論教學(xué)與機器人研究工作 高進可(1984-)，男，碩士，助教，主要從事機電設(shè)備方面的教學(xué)與研究工作

A

1008-0686(2017)02-0027-03