電氣控制與PLC技術課程改革與實踐

劉桂波　齊建家

摘要：本文以電氣控制與PLC技術課程為研究對象，從工程實踐出發提出通過展現一個實際工程項目從構思、設計到實施、運行的全過程來培養學生的工程實踐能力，進行了課程內容的調整，并制定了實施方案，為后續的課程持續改進明確了方向。

Abstract： Taking the course of Electrical Control and PLC Technology as the research object， and starting from the engineering practice， this paper puts forward a process of a practical engineering project， from conception and design to implementation and operation， by which we can cultivate students' engineering practice ability adjusts the course content based on this standard， formulates the concrete implementation plan and also help clarify the direction for the continuous improvement of the follow-up courses.

關鍵詞：電氣控制與PLC技術;項目化;課堂反轉

Key words： Electrical Control and PLC Technology;project;class inversion

0 ?引言

“電氣控制與PLC技術”是一門應用性實踐性極強的專業課，在學生工程實踐能力培養的過程中具有重要的作用。傳統的專業課程結構，采用傳統的教學方法，培養的學生難以滿足要求不斷創新的現代企業對人才的需求，導致學生就業困難，進而影響學校的發展。因此更新教學理念，調整教學培養目標，對授課方式方法進行改革勢在必行。

1 ?課程改革的具體措施

從工程實踐出發，采用項目化教學方式。以往的項目化教學是以多個實踐項目注重分析控制要求，設計控制系統（含電氣原理圖及控制程序設計），弱化了控制方案設計、硬件選型與配置、項目歸檔。本課程的項目化教學方式將國際工程認證教育理念、大學生認知能力相結合，從工程實踐出發提出通過一個實際工程項目的構思、設計、實施、運行全過程來培養學生的系統思維、工程意識、質量與標準、創新意識。在項目化教學方式的改革是以西門子S7-1200系列PLC為研究對象，以灌裝自動生產線的控制項目為主線，以項目任務的方式從控制要求得分析與討論、確定整體控制方案、制定電氣控制方案、確定控制系統的輸入輸出信號、硬件選型與配置、I/O分配、PLC控制系統硬件設計、PLC控制系統軟件設計到編制項目的技術文件全過程培養學生的系統思維。

采用實際的工程項目對學生實現工程項目的全過程培養。在課程導論里，先以視頻的方式引入自動化的概念，熟悉自動化項目設計的流程。在項目引入階段采用了多種灌裝生產線的工作視頻，通過多視頻的對比總結灌裝生產線的工作過程，再通過課下的分組作業完成調研，分析和討論控制要求，確定控制方案。課上再將討論結果在課堂上進行分享，為了適應課程時長，再對控制要求進行簡化，以符合少學時的授課安排。

通過學生自主討論的結果引導他們理解拿到甲方的項目任務后如何思考以及完成該項目設計的具體流程以及該流程的必要性，以任務卡的方式明確每一流程的具體設計任務和要求，通過提交灌裝生產線項目設計涉及的每一流程的設計成果最總完成一個完整的項目報告和附件來培養學生的工程意識。

在提交的每一項成果里，注重功能的同時更注重規范和標準。從電氣符號的規范到原理圖的繪制規則，從PLC的選擇到程序的編寫與仿真，從系統的分析到項目文件的撰寫，都強調標準與規范、質量與成本。

在電氣控制原理圖設計上弱化電器的結構原理，以學生的自主在線學習為主。課堂上注重強調電器的選擇和使用，再針對具體的灌裝生產線的實際工程應用強化電器的選擇規則和使用方法。

在系統程序的設計上強調功能的實現，鼓勵多途徑，鼓勵程序簡化。通過小組討論的方式，讓每組學生提出自己的程序解決方案。

從培養學生自主學習能力出發，實現課堂反轉。反轉課堂就是打破傳統學生課上學習課下作業的模式，創造學生課下學習課上練習鞏固的一種新的課堂模式。重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。它的直接運行結果是課下學生攜帶自己的設備學習，課上集中討論、交流、合作解決問題。

課堂反轉包括兩個方面的內容：一個是項目調研、在課堂上進行知識分享。第二個是根據項目要求進行分組討論、在課堂上進行討論結果闡述論證。

其中項目調研是為了彌補課時不足，以灌裝自動生產線的控制項目為研究對象，引導學生自主查閱文獻，并對所查閱的文獻進行整合提煉，完成項目的前期調研，撰寫規范的調研報告，并在課堂上對自己的調研成果進行分享。

分組討論既是一種教學環節，又是一種教學手段，它真正體現了以學生為本的教育理念，激勵學生自主探索學習。為了調動學生的學習積極性，培養學生的自足學習能力和團隊合作精神。由學生自主意愿組成團隊，組內成員分工明確，每個學生要承擔屬于自己的特定職責，此外，還要完成討論資料整理、發言、討論記錄以達到讓每個學生都能自主高效完成討論。課下分組討論后，各組將討論結果在課上進行展示。

機械電子專業，57名學生，自由組合，5-6人一組。調研階段學生還不能適應教學方式的改變，在自主搜集資料、整理調研報告、制作PPT及成果展示時，出現了1-2名學生包攬全部工作，其他人不參與的情況。第二次的討論修改了實施方案，讓學生先課下討論，在課堂上每個成員要明確提出自己的觀點和對其他人的異議，再由組內隨機抽取學生闡述全組最后的結論，并以此作為考核的依據，學生參與的積極性明顯提高，獲得的結論也更有參考價值。

2 ?效果分析

根據課堂的效果、提交的項目成果以及學生的自我評價可以看出，他們達到了該課程對畢業要求的達成。熟悉了工業自動化項目的設計流程;明確了每一個流程需要掌握的基本技能;能夠就相關問題進行文獻檢索，并對文件進行分析，撰寫調研報告。能通過自主學習、討論、分享等其他方式完成系統分析，方案確定。并在線上完成軟件學習，并利用編程仿真軟件完成系統程序的設計和仿真實施，進而具備了控制系統設計思維和能力。經過一個學期的項目化教學和反轉課堂的實踐，學生順利完成了電氣控制與PLC技術課程的學習，學生對課堂的參與度明顯提高，學習效果良好。

經過一個學期的實踐，也暴露出一些問題。最初先要實現的每一組確定自己的控制要求，導致學生控制要求繁簡差別較大，后續的工作完成不足，故而適當規定難易程度是必要的前提。基礎知識講解學生興趣不高，可以嘗試課下線上學習，增加課上分享討論。觸摸屏和上位機監控系統部分內容較多，學時稍顯不足，可以適當簡化監控系統的要求。

3  結論

本次的電氣控制與PLC課程的教學改革，以機械電子工程專業的培養方案和畢業要求為指導，以項目教學方式為主導，以反轉課堂為措施，調整了相關的教學內容和具體實施方案，效果明顯。同時，也為課程進一步的持續改進提供了后續的方向。

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基金項目：黑龍江工程學院項目2017年新工科研究與實踐項目（項目編號：XGK2017307）;2017年黑龍江工程學院教育教學改革研究項目（項目編號：JG2017102）。

作者簡介：劉桂波（1974-），女，遼寧朝陽人，講師，碩士，研究方向為機電控制。