可編程控制器課程實驗教學(xué)改革與探索

祝麗

摘 要 社會需要大批自動控制技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人才，而高等學(xué)校作為培養(yǎng)人才的搖籃，必須承擔(dān)起高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重任。可編程控制器是工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的自動控制設(shè)備，也是幾乎所有高校和中等職業(yè)學(xué)校電氣工程類專業(yè)都開設(shè)的必修課，“可編程控制器”作為一門專業(yè)技術(shù)性很強的課程，其實驗、實訓(xùn)教學(xué)對相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)起到非常重要的作用。國內(nèi)外高校、企業(yè)培訓(xùn)部門和社會培訓(xùn)機構(gòu)都有開展可編程控制器應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)，其實踐教學(xué)環(huán)節(jié)大多數(shù)是項目比較單一，相關(guān)實驗設(shè)備大多數(shù)都是教學(xué)儀器設(shè)備廠定制，實驗項目內(nèi)容以驗證性為主，學(xué)生的可自主選擇性少，可變性差，在一定程度上影響了學(xué)生綜合設(shè)計能力的培養(yǎng)。本文通過分析可編程控制器實踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題，結(jié)合我們學(xué)校自身的特點，對“可編程控制器”實踐教學(xué)進行了研究和摸索，提出了一套相對新穎的改革創(chuàng)新方案。

關(guān)鍵詞 可編程控制器 課程實驗教學(xué) 探索

中圖分類號：G420文獻標(biāo)識碼：A

1“可編程控制器”課程實踐教學(xué)的現(xiàn)狀及問題

根據(jù)目前高校的具體實際情況，加上師資力量、傳統(tǒng)觀念、統(tǒng)籌資金等方面的原因，可編程控制器實踐教學(xué)的現(xiàn)狀及存在問題有以下幾個方面：

第一，教師自身的實踐能力有待提高。目前高校工科類教師理論知識能力較高，實踐能力缺乏，能滿足實踐過程中實訓(xùn)技能要求的人數(shù)比例不高，尤其是較多的年輕教師缺乏實踐教學(xué)的專門訓(xùn)練，實踐經(jīng)驗較為薄弱，對于平時在指導(dǎo)學(xué)生實踐教學(xué)的環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的各種各樣的實際問題難以解釋與解決。

第二，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視不足，實驗項目內(nèi)容缺乏新意。由于教學(xué)長期以來受“應(yīng)試教育”思想的影響，傳統(tǒng)的課程教學(xué)往往重視理論教學(xué)，即使設(shè)置了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，很多實驗主要以驗證性為主，學(xué)生只要根據(jù)教師的步驟和方法就能把實驗結(jié)果做出來，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自然也失去了主體的地位，只注重實驗的結(jié)果，缺乏對原理的分析，更談不上對實踐項目的設(shè)計與應(yīng)用。

第三，實驗設(shè)備相對陳舊，大型整體性設(shè)備難以及時更新。目前高校實驗室選擇的可編程控制器實驗設(shè)備大多是教學(xué)儀器設(shè)備廠定制的機柜式實驗臺（或?qū)嶒炏洌@類設(shè)備可開展的實驗項目是定型的，可擴展性差、靈活可變性差，不利于學(xué)生開展綜合性、設(shè)計性實驗訓(xùn)練。對于日益更新的知識體系，實踐環(huán)節(jié)的設(shè)備價格相對高昂，經(jīng)常得不到及時的更新，同時由于經(jīng)費問題很多高校的可編程控制器實驗室設(shè)備臺套數(shù)不能滿足學(xué)生人手一套，這樣真正參與到實驗中的同學(xué)只有少部分，大部分學(xué)習(xí)興趣不高的學(xué)生沒有參與到實驗中來。

第四，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏科學(xué)的評價機制與考核辦法，現(xiàn)行可編程控制器課程的評價往往以理論考核為主，而實踐教學(xué)的考核作為輔助，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的評價很難準(zhǔn)確的給出學(xué)生相對客觀的實踐教學(xué)成績，也制約了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革創(chuàng)新。

2可編程控制器實踐教學(xué)改革的措施

2.1師資隊伍建設(shè)確保教師實踐教學(xué)的主導(dǎo)工作有效進行

快速的知識更新時代，往往會讓教師原本儲備的實踐教學(xué)知識變得落后，為了能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展帶來的實踐教學(xué)內(nèi)容的更新，首先高校應(yīng)該鼓勵教師去專業(yè)對口的企業(yè)進行相關(guān)的實習(xí)，了解現(xiàn)在企業(yè)在使用什么樣的可編程控制器，在工作過程中需要具體掌握哪些實用性的操作，這不僅僅有利于教師自身理論知識的升華，提高自身的實踐動手能力，更有助于教師在課堂實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中幫助學(xué)生更好的理解知識點，同時也能幫助學(xué)生提高動手能力、解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力;其次高校應(yīng)該邀請企業(yè)技術(shù)水平超高的研發(fā)人員到校內(nèi)進行講座，介紹實踐方面經(jīng)驗。

2.2加重實踐教學(xué)課時的比例，理論與實踐相結(jié)合，讓學(xué)生在“學(xué)中做，做中學(xué)”中體驗實踐學(xué)習(xí)的樂趣

首先，理論教學(xué)和實踐教學(xué)的課時比例有原來的3：1調(diào)整到現(xiàn)在的1：1，增加了實踐教學(xué)的課時數(shù);其次，課時安排也有傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實踐教學(xué)的分開上課調(diào)整為了理論課和實踐課一起上，每次4課時，講完理論內(nèi)容直接操作實驗，在理論講課中滲透實驗的原理，在實驗中遇到深奧的理論問題可以根據(jù)實踐具體內(nèi)容再次展開，讓理論教學(xué)與實踐教學(xué)充分結(jié)合，相輔相成，進而促進學(xué)生對理論知識和實踐內(nèi)容的深刻理解，更好的萌發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計思維;再次，通過增加實踐課時、理論與實踐相結(jié)合的方式，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，他們通過實踐項目的邊學(xué)邊做，體驗到了學(xué)習(xí)的快樂，讓學(xué)習(xí)變得更為主動，這也為今后的走上工作崗位的自主學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2.3實驗項目的更新設(shè)計使實踐學(xué)習(xí)更豐富，更有選擇性

可編程控制器課程具體的實驗項目類型分為：基礎(chǔ)型實驗、綜合型實驗、工程應(yīng)用型實驗三大類，各類實驗項目的組成框架如表1。

表1：實驗項目組成框架

基礎(chǔ)型實驗設(shè)置10～12個，主要結(jié)合可編程控制器的編程軟件操作、基本位邏輯指令應(yīng)用、定時/計數(shù)器指令應(yīng)用、順控指令應(yīng)用、功能指令應(yīng)用、程序控制類指令應(yīng)用、模擬量信號處理應(yīng)用、高速脈沖處理應(yīng)用和通信類指令應(yīng)用等幾大塊知識點，設(shè)置相應(yīng)的實驗任務(wù)，研制配套的實驗設(shè)備和器材，編寫相應(yīng)的實驗指導(dǎo)書，錄制實驗教學(xué)的視頻教程。通過這些基礎(chǔ)型實驗項目的訓(xùn)練，讓學(xué)生能快速掌握可編程控制器的基本應(yīng)用方法。

綜合型實驗設(shè)置6～8個，主要結(jié)合可編程控制器在一些典型的機電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，如：多級傳送帶控制、多軸機械手臂控制、物料分揀系統(tǒng)控制、恒壓供水系統(tǒng)控制、恒溫系統(tǒng)控制、噴泉系統(tǒng)控制、電梯系統(tǒng)控制等，編制具體的實驗項目，將變頻器、觸摸屏等設(shè)備集成到實驗項目中，通過綜合型實驗項目訓(xùn)練，使學(xué)生能掌握可編程控制器在一個電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用和項目開發(fā)能力。

工程應(yīng)用型實驗設(shè)置3～5個，結(jié)合行業(yè)、企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，以及工業(yè)自動化領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢，編制能模擬工業(yè)現(xiàn)場控制的實驗項目。如：污水處理工程、化工冶金工程、模具加工和工業(yè)機器人控制等，將工業(yè)組態(tài)技術(shù)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合到實驗項目中，通過項目訓(xùn)練，提高學(xué)生工程應(yīng)用能力。

2.4開發(fā)模塊化的實驗設(shè)備使實踐教學(xué)更具創(chuàng)造性和靈活性

結(jié)合可編程控制器實踐性、工程性、應(yīng)用性強的特點，開展實驗項目的研究和實驗設(shè)備的開發(fā)，摒棄傳統(tǒng)的使用大實驗臺（實驗箱）做一些驗證性實驗的教學(xué)方式，重新梳理課程的理論知識點和實踐技能點，研究設(shè)置菜單式的、可讓學(xué)生自主選擇實驗方法的實驗項目，提供模塊化、組合式、 “積木”式的實驗設(shè)備，實現(xiàn)實驗教學(xué)的靈活多變性，突出對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。我們研制開發(fā)的實驗設(shè)備是基于小型網(wǎng)孔板式的、模塊化、組合式的設(shè)備套裝，如圖1，學(xué)生可以根據(jù)實驗項目內(nèi)容，自由組合需要的實驗套件，另外配套一些機電一體化實訓(xùn)裝置（如圖2），可以開展從基礎(chǔ)型實驗到綜合型實驗的教學(xué)和實操訓(xùn)練。這樣的實驗設(shè)備套裝，一方面有助于學(xué)生掌握基于可編程控制器的電氣控制系統(tǒng)硬件線路的安裝技能的訓(xùn)練，另一方面有助于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

2.5虛擬仿真與實驗室的放開促進了學(xué)生主動學(xué)習(xí)實踐教學(xué)

由于可編程控制器課程的實驗設(shè)備的限制，實驗只能在實驗室進行，學(xué)生在課外對于自己的實驗項目設(shè)計結(jié)果想要驗證只能到實驗室操作，現(xiàn)在我們讓學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬仿真，利用計算機和網(wǎng)絡(luò)等教學(xué)手段，在教師指導(dǎo)下，根據(jù)要求可自主的進行課程設(shè)計、完成課題的各項要求，從而達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。通過仿真軟件，同樣可以起到很好的實踐內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果。同時可編程控制器課程實驗室定期進行開放，考慮到該課程實踐環(huán)節(jié)有較多的強電內(nèi)容，安全要求較高，需要有專業(yè)老師值班指導(dǎo)，對于有興趣學(xué)習(xí)該課程的同學(xué)提供了良好的實踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)機會。

2.6科學(xué)合理的實踐教學(xué)評價體系能夠保障實踐教學(xué)的順利開展

可編程控制器課程的考核分為理論教學(xué)考核和實踐教學(xué)考核，比例為1：1。理論成績通過期末考試給出，而實踐成績由實踐操作、實踐考試、實踐課程設(shè)計三部分組成，比例為4：3：3。實踐操作的成績根據(jù)每次課的課堂表現(xiàn)，如硬件連接、程序代碼輸入、程序讀取及程序運行是否熟練，運行調(diào)試是否正常，故障分析是否正確、故障的排除方法是否準(zhǔn)確，根據(jù)學(xué)生的實際完成情況打分;實踐考試部分相對復(fù)雜，考核會出幾套試卷，采取抽簽的方式，一人一組，獨立完成，教師根據(jù)實踐考試操作完成的情況和試卷內(nèi)容作答情況得出成績;課程設(shè)計部分會先進行分組，課題組通過選題、找資料、提出設(shè)計方案、完成調(diào)試、寫出設(shè)計報告，教師通過對組員進行一對一的答辯，給出分項的成績。實踐證明，通過量化的考核方式有利于提高學(xué)生的競爭意識及公平意識。

綜上所述，經(jīng)過幾年的努力和摸索，可編程控制器課程的實踐教學(xué)改進傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段，開發(fā)適應(yīng)學(xué)生成長規(guī)律的、循序漸進的、多層次的實驗項目，同時研究開發(fā)可供學(xué)生自主選擇、自由組合式的實驗、實訓(xùn)設(shè)備，加上科學(xué)合理的實踐教學(xué)評價體系，促進和提高可編程控制器應(yīng)用技術(shù)方面的專業(yè)人才培養(yǎng)，為企業(yè)輸送更多的應(yīng)用型、技能型人才。

基金項目：浙江省實驗室工作研究項目。

參考文獻

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