《PLC與機床電氣》課程教學改革與實踐

摘要：《PLC與機床電氣》是我校機械電子工程等專業的一門實用性較強的專業核心課程。為進一步提高該課程的教學質量和效果，深化學生對機床電氣控制及PLC控制技術的理解，對該課程的教學改革進行探討十分必要。本文主要從教學內容、教學方法以及考核評價方法等幾個方面討論如何進行《PLC與機床電氣》課程的教學改革，實踐效果表明此次課程教學改革頗有成效。

關鍵詞：PLC；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）43-0046-02

可編程序控制器（Programmable Logical Controller，PLC）是近幾十年發展起來的一種新型工業控制裝置，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，具有可靠性高、功能強、使用靈活方便和易于編程等優點，應用越來越廣，目前已成為現代工業控制的三大支柱之一。PLC技術與機床電氣控制是實現機床自動化的重要技術之一，隨著PLC在工業自動化、機電一體化以及傳統產業技術改造等方面的廣泛應用，現代工業企業對PLC技術人員的需求日益增大。對于獨立學院機械專業的學生來說，掌握好這門技術，可以為今后的就業增加籌碼。

一、課程教學改革的背景

《PLC與機床電氣》是綜合了機床設備、電氣控制和PLC應用技術的一門新興科學，是我校機械類專業的一門專業核心課程。要求通過教學使學生掌握典型機床加工設備的機械結構組成、生產工藝過程、對電氣控制的要求以及傳統機床設備電氣控制特點，并了解傳統機床電控技術上的落后，從而采用先進的PLC技術加以改造和研發創新。以往的《機床電氣與PLC》課程教學內容設計通常分為理論、實驗和實訓三大部分。理論教學主要介紹常用低壓電器、簡單的電器控制線路、PLC基本指令、步進指令以及常用的功能指令，課堂講解過程中結合一些常見的實例加以說明，總的來說比較抽象和枯燥，學生理解起來存在一定問題。實驗教學方面，學校實驗室雖然配備了多套三菱FX1N系列PLC試驗臺，但是由于實驗臺上的模塊有限，并且相應的程序已經固化，因此只能開展驗證性試驗，學生的實際編程能力得不到鍛煉。傳統的理論和實踐教學方面存在的問題在一定程度上影響了學生對《PLC與機床電氣》課程的學習，經過多年的教學實踐和考察，絕大部分高校師生感到教學效果不佳。我校機電一體化專業的目標是培養德、智、體全面發展，機電結合，以機為主，電為機用，具備機械電子工程基礎知識與應用能力，能在企、事業單位從事機電一體化產品的設計制造、系統控制、測試維修和運行管理等方面工作，“專、通、雅”協調發展的應用型高級專業技術人才。因此對現有的教學模式進行改革是當務之急，利用先進的教學理念和手段來促進教學質量的提高，調動學生學習積極性，提高學生的實際動手能力，增強學生就業的籌碼，這些都是我們教師需要不斷進行探討的課題。另外，《PLC與機床電氣》課程設計應該體現工學結合的理念，與機械制造行業的工程師、專家合作，以行業和崗位的需求為導向，以培養學生的職業能力、可持續發展能力為目標，進行系統化的項目課程開發與改革。

二、課程教學內容改革

根據機械制造業發展需要，課題組針對本專業的培養目標制定了適合我專業的教學大綱并編寫了相應的教案，課程內容的排序是基于由簡單到復雜、由單一到綜合的工作過程來組織的，并兼顧理論知識的系統性和連貫性，以形成完整的工作任務和學習體系，為學生可持續發展奠定了良好的基礎。在理論教學方面，經多次研討，課題組決定在課堂教學中把理論教學與實踐教學有機地結合起來，采納“項目驅動教學法”，將機床結構，電氣控制基本概念及PLC指令系統的講解穿插在各個項目中進行講解。為此課題組在課程內容安排方面進行了改革，精心準備教學實施項目，具體項目及相關知識點安排如下：常用低壓電器組裝及測試（4課時），熟識常用低壓電器的外型、文字及圖形符號、動作原理及使用注意事項等；三相異步電動機的啟停控制（2課時），掌握機床電機的基本控制原理，了解電氣控制線路結構特點、繪圖原則及標準，熟識線路的保護環節；三相異步電動機點動和長動、正反轉控制、星形/三角形減壓啟動控制（4課時），了解PLC基本指令，PLC控制和繼電器控制的區別，自鎖與互鎖概念，時間原則，并會設計三相交流異步電機的起停及正反轉切換控制線路等；普通機床的電氣控制（4課時），了解簡單機床結構、功能、控制原理和相應的控制線路等；水塔水位控制模擬（4課時），PLC基本指令及編程方法；運料小車控制模擬（4課時），基本指令編程，步進指令編程，多種方式控制的編程；LED數碼顯示控制（4課時），掌握移位指令SFTL在控制中的應用及其編程方法；機械手動作的模擬（4課時），常見功能指令的應用。在實踐教學方面，我院配合加工中心的建設，加大了實驗室資金投入的力度，建成了以FX1N系列可編程控制器實訓裝置22套，可開展多種基本驗證性試驗；同時配備了THJDQG-1型機電一體化組合實驗實訓平臺4套以及THJDME-1型光機電一體化實訓裝置2套，可開展綜合性實驗。實驗教學內容改革體現在將實驗分為三塊進行：第一是驗證性實驗。配合上述項目緊跟理論教學進程進行，要求學生熟練掌握電氣控制基礎，PLC基本指令和常用功能指令的使用，加深學生對所學理論知識的理解，培養學生基本的軟硬件調試能力。第二是加強實踐性教學環節。此類試驗可在THJDQG-1型機電一體化組合實驗實訓平臺以及THJDME-1型光機電一體化實訓裝置上開展，在較好完成驗證性實驗的基礎上引入。具體項目有：機械手搬運的自動控制、皮帶輸送機的自動控制、物料傳送與分揀控制系統設計，步進電機控制等。教師只提供設計思想和設計方法，以學生自己動手為主，老師引導為輔，在此基礎上，通過查閱資料，擬訂設計方案，寫出I/O分配表、設計I/O接線圖，編寫系統控制程序，最后上機調試、修改等。通過這類實驗，鍛煉學生綜合運用所學理論知識分析問題的能力，提高學生用PLC進行產品設計能力和解決實際問題的能力。第三是創新性實驗。對于基礎較好、學有余力以及興趣濃厚的同學，鼓勵其利用實驗室所具備的條件進行創新設計。目的在于啟發學生積極思考、大膽實踐、勇于創新的工作作風，為以后從事本專業的設計、研制開發新產品打下基礎。

三、教學手段的改革

傳統的教學方法，它偏重傳授知識，忽視培養能力，不能調動學生學習的積極性，造成學生的厭倦感，長時間下去產生抵觸心理，不愿意進行學習。課題組以項目驅動教學法為主，綜合應用一體化教學法、示范教學法、相互交流教學法、自主學習法等多種教學法，突出任務驅動，培養創新能力。具體表現為：（1）教學內容以工作任務為依托；（2）教學活動以學生為主體；（3）學習成果以多樣化為特征。在項目教學中，每個學生會給出不同的解決任務的方案與策略，因此學習成果是多樣化的。實踐過程中針對學生情況給學生分組。這樣，既能保證項目活動按時完成，又有利于學生間互相交流，有助于專業較差學生提高。分組后，學生以小組為單位制定實施項目活動的計劃，包括任務分配以及各項內容需要的時間等。教學手段上，全面采用現代教學技術，推進教學信息化建設，結合企業參觀及現場教學多種教學手段組織教學。教學時，采用分組討論、小組協作式學習，及時地安排適當的實訓、課題，組織學生以小組的形式進行討論學習，培養學生運用知識的能力以及相互合作的精神。除此之外，課題組老師定期安排時間帶領學生參觀企業PLC控制設備的安裝或改造過程；聘請校外行業專家來校介紹實際操作經驗，帶產品進行現場安裝演習，并對我校的實訓項目和具體內容進行指導；同時鼓勵和指導學生參加校外的PLC控制系統設計大賽，獲取更多的實際操作能力，確保學生經過培訓后掌握課程所要求的職業技術能力，進一步提高學生的實踐能力和創新能力。

四、考核評價方法

由于采納了“項目驅動教學法”，《PLC與機床電氣》課程對實踐教學要求比原來更高，考核時應綜合考慮理論考核和實驗考核兩方面。理論考核（占總成績的50%）細節為：平時練習占15%，課堂表現占15%，期末考試成績占70%。實訓考核（占總成績的50%）主要注重過程，考核細節為：實訓課堂紀律和表現占25%，實訓總結報告占15%，操作技能占60%。實驗報告要求整潔、完備，內容正確，概念清楚，文字通暢，符合規范。

實踐表明，課程教學經改革后，教學質量和效率明顯提高，學生反映學習資源更加豐富，為課后進行自我學習提供了一個很好的學習平臺，收獲很大，受到了學生歡迎。然而我們對于《PLC與機床電氣》教學探索剛剛開始，面臨的困難和挑戰很多，我們會不斷努力并堅持教學模式的創新探索，以培養應用型人才為目標，不斷深化課程教學進行改革，真正做到課程教學與工程實際相結合，為社會培養更多高質量的應用型技術人才。

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基金項目：本文受上海市民辦高校骨干教師科研資助項目資助