可編程控制器課程實驗教學改革與探索

祝麗

摘 要 社會需要大批自動控制技術的專業技術人才，而高等學校作為培養人才的搖籃，必須承擔起高素質應用型人才培養的重任。可編程控制器是工業自動化領域應用非常廣泛的自動控制設備，也是幾乎所有高校和中等職業學校電氣工程類專業都開設的必修課，“可編程控制器”作為一門專業技術性很強的課程，其實驗、實訓教學對相關專業的人才培養起到非常重要的作用。國內外高校、企業培訓部門和社會培訓機構都有開展可編程控制器應用技術的教學培訓，其實踐教學環節大多數是項目比較單一，相關實驗設備大多數都是教學儀器設備廠定制，實驗項目內容以驗證性為主，學生的可自主選擇性少，可變性差，在一定程度上影響了學生綜合設計能力的培養。本文通過分析可編程控制器實踐教學現狀及存在問題，結合我們學校自身的特點，對“可編程控制器”實踐教學進行了研究和摸索，提出了一套相對新穎的改革創新方案。

關鍵詞 可編程控制器 課程實驗教學 探索

中圖分類號：G420文獻標識碼：A

1“可編程控制器”課程實踐教學的現狀及問題

根據目前高校的具體實際情況，加上師資力量、傳統觀念、統籌資金等方面的原因，可編程控制器實踐教學的現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技能要求的人數比例不高，尤其是較多的年輕教師缺乏實踐教學的專門訓練，實踐經驗較為薄弱，對于平時在指導學生實踐教學的環節中出現的各種各樣的實際問題難以解釋與解決。

第二，實踐教學環節重視不足，實驗項目內容缺乏新意。由于教學長期以來受“應試教育”思想的影響，傳統的課程教學往往重視理論教學，即使設置了實踐教學環節，很多實驗主要以驗證性為主，學生只要根據教師的步驟和方法就能把實驗結果做出來，學生在學習過程中自然也失去了主體的地位，只注重實驗的結果，缺乏對原理的分析，更談不上對實踐項目的設計與應用。

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

第四，實踐教學環節缺乏科學的評價機制與考核辦法，現行可編程控制器課程的評價往往以理論考核為主，而實踐教學的考核作為輔助，實踐教學環節的評價很難準確的給出學生相對客觀的實踐教學成績，也制約了實踐教學環節的改革創新。

2可編程控制器實踐教學改革的措施

2.1師資隊伍建設確保教師實踐教學的主導工作有效進行

快速的知識更新時代，往往會讓教師原本儲備的實踐教學知識變得落后，為了能適應技術發展帶來的實踐教學內容的更新，首先高校應該鼓勵教師去專業對口的企業進行相關的實習，了解現在企業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環節中幫助學生更好的理解知識點，同時也能幫助學生提高動手能力、解決問題的能力和創新思維能力;其次高校應該邀請企業技術水平超高的研發人員到校內進行講座，介紹實踐方面經驗。

2.2加重實踐教學課時的比例，理論與實踐相結合，讓學生在“學中做，做中學”中體驗實踐學習的樂趣

首先，理論教學和實踐教學的課時比例有原來的3：1調整到現在的1：1，增加了實踐教學的課時數;其次，課時安排也有傳統的理論教學與實踐教學的分開上課調整為了理論課和實踐課一起上，每次4課時，講完理論內容直接操作實驗，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實踐具體內容再次展開，讓理論教學與實踐教學充分結合，相輔相成，進而促進學生對理論知識和實踐內容的深刻理解，更好的萌發學生的創新設計思維;再次，通過增加實踐課時、理論與實踐相結合的方式，充分調動了學生學習的主觀能動性，他們通過實踐項目的邊學邊做，體驗到了學習的快樂，讓學習變得更為主動，這也為今后的走上工作崗位的自主學習、深度學習打下良好的基礎。

2.3實驗項目的更新設計使實踐學習更豐富，更有選擇性

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

表1：實驗項目組成框架

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

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

工程應用型實驗設置3～5個，結合行業、企業的產品生產工藝，以及工業自動化領域的技術發展趨勢，編制能模擬工業現場控制的實驗項目。如：污水處理工程、化工冶金工程、模具加工和工業機器人控制等，將工業組態技術和工業網絡技術融合到實驗項目中，通過項目訓練，提高學生工程應用能力。

2.4開發模塊化的實驗設備使實踐教學更具創造性和靈活性

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

2.5虛擬仿真與實驗室的放開促進了學生主動學習實踐教學

由于可編程控制器課程的實驗設備的限制，實驗只能在實驗室進行，學生在課外對于自己的實驗項目設計結果想要驗證只能到實驗室操作，現在我們讓學生學習虛擬仿真，利用計算機和網絡等教學手段，在教師指導下，根據要求可自主的進行課程設計、完成課題的各項要求，從而達到培養學生創新能力的目的。通過仿真軟件，同樣可以起到很好的實踐內容的學習效果。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節有較多的強電內容，安全要求較高，需要有專業老師值班指導，對于有興趣學習該課程的同學提供了良好的實踐環節的學習機會。

2.6科學合理的實踐教學評價體系能夠保障實踐教學的順利開展

可編程控制器課程的考核分為理論教學考核和實踐教學考核，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、實踐課程設計三部分組成，比例為4：3：3。實踐操作的成績根據每次課的課堂表現，如硬件連接、程序代碼輸入、程序讀取及程序運行是否熟練，運行調試是否正常，故障分析是否正確、故障的排除方法是否準確，根據學生的實際完成情況打分;實踐考試部分相對復雜，考核會出幾套試卷，采取抽簽的方式，一人一組，獨立完成，教師根據實踐考試操作完成的情況和試卷內容作答情況得出成績;課程設計部分會先進行分組，課題組通過選題、找資料、提出設計方案、完成調試、寫出設計報告，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生的競爭意識及公平意識。

綜上所述，經過幾年的努力和摸索，可編程控制器課程的實踐教學改進傳統的實驗教學手段，開發適應學生成長規律的、循序漸進的、多層次的實驗項目，同時研究開發可供學生自主選擇、自由組合式的實驗、實訓設備，加上科學合理的實踐教學評價體系，促進和提高可編程控制器應用技術方面的專業人才培養，為企業輸送更多的應用型、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

[1] 李崇華.可編程控制器原理及應用課程體系的建設與探索[J].中國現代教育裝備，2018（07）：20-22.

[2] 劉長欣，郭改文.利用虛擬仿真技術提升實踐教學的時效性[J].河南教育學院學報（自然科學版），2019，28（04）：64-67.