地方院?！峨姎饪刂婆cPLC》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐
——以河西學(xué)院為例

張 靜 李 成 虎 盛 海 龍 石 玉 軍

（河西學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000）

當(dāng)前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要原動力，我國將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為高等教育的核心環(huán)節(jié).在高校工科人才培養(yǎng)的過程中，實(shí)踐教學(xué)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要載體，實(shí)踐教學(xué)在“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用［1-2］.

《電氣控制與PLC》是河西學(xué)院電氣工程及其自動化、自動化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化等工科專業(yè)的一門核心課程.該課程理論和實(shí)踐結(jié)合緊密，要求學(xué)生不僅要掌握理論知識，同時還需具備較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力和解決工程實(shí)際問題的能力，其理論學(xué)時為48，實(shí)驗(yàn)學(xué)時為16.隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，該課程原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已不能滿足社會對PLC技術(shù)人才的新需求.本文結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，在分析該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，從實(shí)踐教學(xué)平臺、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價4個方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，以改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，最終提高工科專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量和學(xué)生就業(yè)的核心競爭力.

1 《電氣控制與PLC》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊

河西學(xué)院《電氣控制與PLC》實(shí)驗(yàn)以往采用的是天煌教儀THNXZ-1型現(xiàn)代工業(yè)綜合自動化控制實(shí)驗(yàn)平臺，如圖1所示.該實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對陳舊，臺套數(shù)不足.主要采用模塊式、組合式、插孔式的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)廠家出于學(xué)生實(shí)驗(yàn)安全方面的考慮，將所有的控制電器元件及其內(nèi)部連線全部封閉在控制臺或掛箱內(nèi).學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，只能通過控制臺或掛箱表面的插線孔，實(shí)現(xiàn)控制線路的連接.因此，學(xué)生在完成PLC實(shí)驗(yàn)之后，對電氣控制線路中的接觸器、繼電器、熔斷器、S7-200PLC（CPU224）等電器元件的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及外部連線，仍然不清楚.這就導(dǎo)致學(xué)生將來面對真實(shí)的低壓電器時，還是無從下手，人才培養(yǎng)結(jié)果與行業(yè)企業(yè)的崗位素質(zhì)要求相差甚遠(yuǎn)，不利于實(shí)現(xiàn)學(xué)校和企業(yè)的無縫對接.

圖1 教改前使用的實(shí)驗(yàn)臺及掛箱

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏層次性

之前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，綜合性實(shí)驗(yàn)偏少.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)的銜接不夠緊密. 部分學(xué)生較難理解的重點(diǎn)理論知識，在實(shí)驗(yàn)中沒有涉及. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次性不強(qiáng)，如關(guān)于S7-200PLC控制部分，1個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中只有1項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有些較難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目反而安排在課程前面，這不利于初學(xué)者對基礎(chǔ)編程的熟練掌握和循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，也不利于區(qū)分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績.部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用的指令不豐富，雖然程序較長，但只是簡單的邏輯重復(fù)，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維意義不大.

1.3 教學(xué)方法單一，教學(xué)手段落后

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息技術(shù)應(yīng)用較少，“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念體現(xiàn)不足.傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是：課前，教師布置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)教材撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告；課中，教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⒉僮鞑襟E，演示儀器操作，強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)步驟操作、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，教師巡視指導(dǎo)；課后，學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師批改.實(shí)驗(yàn)期間由于實(shí)驗(yàn)條件所限，部分學(xué)生無法在現(xiàn)場完整清晰地觀看教師的操作演示過程，使教師在學(xué)生實(shí)際操作期間，不斷地重復(fù)解答學(xué)生提出的相同問題，耗時耗力，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率降低.另外，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)不足，實(shí)驗(yàn)分組多為2人或3人一組，同組同學(xué)往往相互依賴，投機(jī)取巧，主動性和自覺性差的同學(xué)，其實(shí)踐動手能力根本得不到鍛煉與提高.

1.4 考核評價方式單一片面

《電氣控制與PLC》實(shí)驗(yàn)成績主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告（50%）+實(shí)際操作（50%）進(jìn)行評定.一方面，由于設(shè)備數(shù)量少，學(xué)生不能單人單組操作，在有限的時間內(nèi)，教師無法對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的考察；另一方面，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，學(xué)生相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告，老師給出的實(shí)驗(yàn)成績往往缺乏客觀公正性.這樣的評價方式容易造成評定成績的隨意性和無差異性，也不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性.

2 《電氣控制與PLC實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革實(shí)踐

2.1 設(shè)計(jì)制作低壓電氣控制實(shí)訓(xùn)臺

由于原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺過于程式化、缺少靈活性和適應(yīng)性，為此課程組設(shè)計(jì)制作了20個HXUDDK-1型低壓電氣控制實(shí)訓(xùn)臺.該實(shí)訓(xùn)臺主要由網(wǎng)孔板、實(shí)訓(xùn)桌和元件儲存柜組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳見表1所示.借助該實(shí)訓(xùn)臺，學(xué)生可結(jié)合電氣控制原理圖，自主選擇獨(dú)立的真實(shí)電器元件，在網(wǎng)孔板上進(jìn)行電氣元件的布局、安裝、走線.通過組裝實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既可以熟悉各種電器元件（接觸器、繼電器、熱繼電器、熔斷器、斷路器、各種傳感器、三相異步電機(jī)、S7-200PLC SMART、變頻器、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)等）的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、外部接線和正確選擇，又有助于理解鞏固《電氣控制與PLC》課程的理論知識，使學(xué)生的實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新思維和解決實(shí)際工程問題的能力得到了鍛煉和提高.此外，該實(shí)訓(xùn)平臺還可供電氣類、自動化類、機(jī)械類等工科相關(guān)專業(yè)學(xué)生用于課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)生課外創(chuàng)新實(shí)踐.

圖2 HXUDDK-I型低壓電氣實(shí)訓(xùn)臺

表1 HXUDDK-I型低壓電氣實(shí)訓(xùn)臺實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表

2.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少，設(shè)計(jì)缺乏層次性，學(xué)生對基礎(chǔ)知識理解不透，靈活應(yīng)用性差等問題，課程組緊密結(jié)合《電氣控制與PLC》課程的理論教學(xué)，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，教學(xué)改革前后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對比情況詳見表2.從表2可以看出：（1）對原有部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合或刪除，如將原有“定時器/計(jì)數(shù)器功能模擬”融合到了“S7-200基本指令編程練習(xí)”中.（2）按照由易到難、由簡單到復(fù)雜的規(guī)律調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序，如將“裝配流水線控制的模擬”實(shí)驗(yàn)調(diào)換到了“十字口交通燈控制的模擬”的前面.（3）注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣化和編程基礎(chǔ)的練習(xí)，如將原有的“基本指令編程練習(xí)”和“定時器/計(jì)數(shù)器功能模擬”2 個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加為“S7-200 基本指令編程練習(xí)1”“S7-200 基本指令編程練習(xí)2”“S7-200 功能指令練習(xí)1”和“S7-200功能指令練習(xí)2”4 個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，且每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中又包含4～6 項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.（4）學(xué)生在理論學(xué)習(xí)過程中，對繼電接觸器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系總是理解不透，特增加了“基于S7-200PLC的三相異步電機(jī)Y/△換接起動控制”.教改后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更加符合學(xué)習(xí)規(guī)律，有效地加強(qiáng)了學(xué)生對理論知識的理解、融會與貫通，學(xué)生成績評定的區(qū)分度明顯增加.

表2 教學(xué)改革前后實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對比表

2.3 轉(zhuǎn)變教學(xué)模式

“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)在教學(xué)方面應(yīng)用日漸成熟，課程組針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題和教學(xué)目標(biāo)，在PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用了基于微視頻的線上線下混合式教學(xué)模式.

2.3.1 制作微視頻，加強(qiáng)線上資源建設(shè)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作說明，常常會占用較多的課堂時間，使學(xué)生實(shí)際操作的時間減少.為優(yōu)化學(xué)時分配，給學(xué)生提供更多的實(shí)踐鍛煉機(jī)會，課程組加強(qiáng)了線上學(xué)習(xí)資源的建設(shè)，錄制了關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)范操作的微視頻（10min）.該視頻可使學(xué)生清晰、直觀地看到接線、調(diào)試等操作全過程，對部分關(guān)鍵操作、危險(xiǎn)操作、常見錯誤和注意事項(xiàng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào).課前，教師將學(xué)習(xí)任務(wù)、目標(biāo)要求、實(shí)驗(yàn)微視頻、課件講義、練習(xí)測試等資料發(fā)布至雨課堂，要求學(xué)生課前完成，并進(jìn)行測試，檢測學(xué)習(xí)效果［3-5］.線上教學(xué)資源可供學(xué)生隨時反復(fù)觀看，既有利于不同層次的學(xué)生進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)，又有效解決了實(shí)踐操作時間不足的問題.

2.3.2 以“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的實(shí)驗(yàn)課堂

實(shí)驗(yàn)課堂貫穿以“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，首先通過指定的實(shí)驗(yàn)小組講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、儀器裝置和操作步驟，教師點(diǎn)評，教師對課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行督促和檢查.實(shí)際操作期間教師指導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、做好記錄、認(rèn)真思考，當(dāng)發(fā)現(xiàn)操作錯誤時，引導(dǎo)同組同學(xué)糾正錯誤.實(shí)際操作結(jié)束后，為鞏固實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，教師針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，借助雨課堂進(jìn)行5min的小測試.教師評閱完實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，要進(jìn)行點(diǎn)評與總結(jié)，將存在的問題及時向?qū)W生反饋，對學(xué)生的疑問進(jìn)行在線交流答疑.

2.3.3 課后拓展

為激發(fā)學(xué)生參與綜合性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的熱情，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題的能力.在課程內(nèi)涵提升的同時，積極拓展課程外延，對部分學(xué)有余力的學(xué)生，通過課后自主實(shí)踐的方式繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，其實(shí)施過程為：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案—教師審核—實(shí)驗(yàn)預(yù)約—線上交流—現(xiàn)場調(diào)試，在此基礎(chǔ)上，教師可鼓勵這部分學(xué)生積極申報(bào)大創(chuàng)項(xiàng)目、科技立項(xiàng)或參加學(xué)科競賽.

2.3.4 考核評定

傳統(tǒng)的PLC實(shí)驗(yàn)課程考核主要基于實(shí)驗(yàn)報(bào)告和現(xiàn)場操作，成績更多由教師基于主觀判斷進(jìn)行評定.采用混合式教學(xué)后，學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程（學(xué)生課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、報(bào)告提交、課后答疑交流、過程測試），可以通過量化的形式記錄下來，為過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合的多元考核方式，提供了依據(jù)［6］.目前采用的具體評價方式如圖3所示.其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績包括教師評閱成績和學(xué)生互評成績兩部分；期末考試主要依據(jù)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目命題，其中既包括理論知識的筆試，又包括現(xiàn)場操作，考試時長約為1小時.這種多元化的考核評價方式，使學(xué)生成為了學(xué)習(xí)的主人，既能充分調(diào)動學(xué)生的熱情和學(xué)習(xí)主動性，較好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)，又在一定程度上保證了評價的客觀性和公正性.

圖3 實(shí)驗(yàn)成績評價方式圖

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果

通過對《電氣控制與PLC 實(shí)驗(yàn)》從實(shí)驗(yàn)平臺、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及考核評價四個方面進(jìn)行的改革，在教學(xué)實(shí)踐中收到了良好的效果：（1）實(shí)驗(yàn)環(huán)境更加貼近工程實(shí)際，學(xué)生對《電氣控制與PLC》理論知識了解的更直觀、更全面、更深入.（2）加強(qiáng)了師生互動和生生互動，提高了實(shí)驗(yàn)課堂的學(xué)習(xí)效率，有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主觀能動性.

（3）培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考、創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和解決工程問題的能力.

4 結(jié)語

本文結(jié)合河西學(xué)院工科專業(yè)《電氣控制與PLC》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，對其進(jìn)行了教學(xué)改革，雖然取得了較好的教學(xué)效果，但在很多方面依然不夠完善，對教師和學(xué)生也提出了一些新挑戰(zhàn)，希望能為開設(shè)該實(shí)驗(yàn)課程的高校提供有益的借鑒，使得此類實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革更上一個臺階.