融合工程教育理念的PLC課程體系的教學變革

阮巖

摘 要：為滿足自動化專業人才培養的工程教育認證標準，作為專業核心課程之一的PLC課程的教學改革勢在必行。文中按照專業認證要求，結合我校自動化的專業特色，修訂了PLC課程的教學內容及教學目標，制定了課程目標及其相應的畢業要求指標點，并對教學內容和實驗項目的教學要求、學時分配等具體內容做了安排，同時給出了課程目標達成的途徑、方法和評價措施，完成了PLC課程體系的全面變革。

關鍵詞：工程教育認證；自動化專業；PLC；教學變革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）09-0127-03

Abstract： The teaching reform of PLC course must be enforced as it seeks to meet certification standard for automation talent cultivation. By drawing on certification demand and major characteristics， this study revises teaching contents and teaching objectives for PLC course and made course objectives and the related graduation targets. It makes arrangement on teaching contents as well as teaching requirements， class hour distribution and other concrete contents for experiment project. Meanwhile， this paper indicates channels， methods and assessment measures for achieving course objectives， with the aim of finishing overall reform of PLC course system.

Keywords： engineering education certification； automation major； PLC； teaching reform

工程教育專業認證已在陜西省各高校中得到了重視， 相關各項工作正積極開展，我校也并將其列為提高我校辦學質量的主要舉措之一[1]。從2017年2月開始，我校電子工程學院積極申請自動化專業的工程教育專業認證，院領導極為重視，教師們積極參與，其他相關院系也大力支持。PCL課程是自動化專業的核心課程，它綜合了繼電接觸控制、計算機技術、自動控制技術、和通訊技術[2]，應用十分廣泛，因此在自動化專業工程教育認證工作中， PCL課程的教學改革勢在必行[3]。

一、基于工程教育認知的教學內容及教學目標修訂

主要教學內容包括基本電氣控制與現代電氣控制兩部分的知識和技能，基本電氣控制主要內容是常用的低壓電器的原理、特點及電氣控制線路繪制的基本原則和一些典型的基本環節的工作過程。現代電氣控制部分主要包括PLC的系統結構、工作原理及其軟硬件基礎知識，掌握軟、硬件設計的基本環節及設計技巧，能根據控制要求制定復雜工程中的PLC設計方案；并以西門子S7系列及其在控制工程中的典型應用為例，深入學習系統配置、接口模塊、編程方法、基本指令、常用功能指令等內容。課程教學目標：通過本課程的學習，學生能夠正確選用常用的低壓電器，學會閱讀基本電氣控制原理圖的方法，并能依據《電氣圖用圖形符號》等工程規范，運用基本電氣控制原理圖的讀圖方法，分析典型的電氣控制環節的工作原理，為基本電氣控制技術的工程應用奠定基礎。能依照PLC系統方案設計的一般原則、方法與步驟，應用工程基礎知識和專業知識，設計滿足控制要求的電氣自動化系統工程方案，并在系統方案中體現出安全生產和環境保護的意識。

二、制定課程目標及其相應的畢業要求指標點

根據工程認證的畢業要求，結合我校自動化的專業特色，分解了畢業要求的指標點共28條，PLC能支撐的指標點見表1所示。并綜合考慮教學內容、教學目標及指標點等各方面的因素，制定了PLC的課程目標：

目標1：能運用基本電氣控制的基礎知識分析典型電氣控制線路。

目標2：能將現代電氣控制的基本知識應用于電氣控制系統設計。

目標3：能夠應用基本電氣控制與現代電氣控制知識設計實驗方案。

目標4：能使用工程設計軟件編制PLC的應用程序。

目標5：理解石油化工生產對環境、安全的影響，理解石油化工的安全生產與環境保護對社會發展的重要性。

目標6：認識PLC對安全生產和環境保護所起的積極作用，能應用PLC技術設計安全連鎖保護系統方案。

課程目標對畢業要求的支撐情況見表一所示[4]：

三、調整教學內容、教學要求和學時分配

根據我校自動化專業2017培養方案的要求，具體的課程信息明細及教學內容、實驗項目設置、學時分配等具體要求及安排見表2、表3、表4所示[5][6]。

實驗教學要求[7]：

實驗1：熟悉實驗面板及PLC的基本組成，學會程序輸入、修改、調試的方法，能利用實驗設備完成基本指令的編程練習。

實驗2：能利用PLC實驗設備完成常用功能指令的編程練習，通過多路搶答器、閃光報警系統、停車場車位管理系統等的方案設計和編程練習，具備制定PLC控制方案及其編程實現的能力；所完成的設計能演示運行以驗證其設計的合理性；

實驗3：從天然氣城市門站、加熱爐、石油石化等生產裝置中，任選其一，按照其安全連鎖保護要求，制定PLC控制系統方案、編程，并能運行。

以上要求對所開發的軟硬件內容進行公開講解及演示，并提交實驗設計報告。

四、課程目標達成的途徑、方法和評價

（一）課程目標達成措施

1. 教學方法設計[8]

（1）做好每節課課堂預案，盡可能將學生已經具備的-些知識應用到本課程，調動學生的興趣和積極性。注重課堂的互動，采用啟發式的教學方式，以問題為出發點，引導學生積極的討論，能提出自己的思考和方案。講授的過程能引導學生產生思維共鳴，隨時注意學生的反應，揣摩學生的思想動態；（2）有效利用多媒體。多媒體的應用使教學內容豐富而清晰，更能吸引學生的注意力，還可以播放一些教材之外的內容、視頻、動畫等，使得教學內容更形象生動，學生也更容易掌握，從而開闊學生的視野。同時，多媒體可重復播放，在每堂課開始時，可以以提問的方式簡單回放上節課的內容，在每堂課結束時，也以提問的方式簡單回放本次課的內容，以便盡快了解到本堂課學生知識掌握的情況，是否達到預期的教學效果，對于學生反應較慢，或者錯誤的，可及時補充修正[4]；（3）設計課堂十分鐘小測驗，隨機抽學生回答并分析問題，使每個學生思想都高度緊張，也考察了學生對本章節知識點的掌握情況。從應用情況看，效果很好，也受到了學生們的歡迎；（4）經常選取一些小的知識點，安排學生提前準備8分鐘左右的課堂講述，并做好PPT，為此課堂氣氛活躍，有的學生講的很出彩，也提高了學生的公開表達能力；（5）實驗教學要求提前完成軟、硬件的設計，再在實驗設備上予以實現，并進行公開講解及演示。

2. 作業設計

（1）圍繞各章節的知識點和學習要求，布置適量的課后作業，通過各種類型的作業，訓練考察學生對各知識點的掌握情況。并安排學生講解部分作業題，不斷提高學生的口頭表達能力。（2）大作業要求通過搜集文獻資料、閱讀、綜合分析和歸納總結，形成自己的理解和認識，并報告、研討。由指導教師組依據其大作業完成質量、口頭報告情況等內容，綜合考核評定大作業成績。對課程目標達成途徑、方法達成度評價依據見表5所示[9]。

（二）筆試命題

1. 試題緊扣課程目標， 面向全體學生，知識面覆蓋教學要求的各個章節的內容，分布要合理，具有層次性，一方面考查基礎知識和基本技能，另一方面注重考查學生課內知識的運用能力和適度應用知識遷移的能力；試題形式要多樣，具有一定的靈活性[10]。2. 試題的題量要適中、難易程度合適，作業題、上課例題數量較多、分值比例大，約占70%左右，擴展類的題型分值占比值較小，約占30%左右，要考慮各個層次的不同要求。

（三）考核評定

1. 目的：綜合考察學生對課程學習的效果，為課程目標達成評價奠定基礎，主要考察三方面的內容：

（1）考察學生對PLC基本知識及其軟、硬件設計方法的掌握情況； （2）檢驗學生對PLC的綜合應用的能力，能解決一般工程控制問題；（3）考核學生對PLC復雜工程問題的分析、探討和歸納總結的能力。

2. 方式：各個環節綜合考核，加權評定。

最終成績=課堂小測驗（10%）+課外作業（10%）+實驗成績（10%）+閉卷綜合考試（70%）

綜上所述， 在自動化專業工程教育認證的背景下，融合工程教育理念，結合我校自動化的專業特色，在現有課程教學的基礎上，探索研究基于工程教育認證的教學內容與教學模式的變革。通過積極的教學改革，建立一套PLC課程的教學評價方法，修訂了PLC課程的教學內容、教學目標，制定了課程目標及其相應的指標點， 同時給出了課程目標達成的途徑、方法和評價措施，引導學生具備PLC的工程實踐能力，并能夠解決復雜工程問題，培養的學生能夠達到工程教育認證標準，完成了PCL課程體系的全面變革。

參考文獻：

[1]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[2]許川佩，彭圣華.基于PLC的自動化生產線控制系統[J].儀表技術與傳感器，2016，11：85-89.

[3]支希哲，羅向陽，張清江.后《華盛頓協議》視域下的我國工科專業建設研究[J].現代教育科學，2015，5：69-74.

[4]田艷兵，楊世忠，陳霞.工程教育認證體系下的自動化專業培養模式探索與研究[J].教育教學論壇，2017，10（43）：148-149.

[5]張維維，李敏，許爽，等.工程教育專業認證背景下集群式信息處理課群建設[J].現代教育科學，2017，7：104-109.

[6]徐桂敏，楊正祥.現代電氣控制設備及PLC教學方式改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2016，11（35）：217-220.

[7]郭西進，任良才，耿乙文，等.PLC綜合實訓平臺的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2011，6（30）：162-165.

[8]宮克勤，賈永英，王忠華.供熱工程課程教學模式改革探討[J].高教學刊，2017，3：64-65.

[9]丁愛華.自動化專業《檢測與轉換技術》課程教學改革[J].高教學刊，2015，1：35-36.

[10]李啟光，姚小敏，朱春梅，等.機電專業“計算機控制技術”課程改革探索[J].中國電力教育，2013，7：105-106.