基于應用能力培養的“電氣控制與PLC技術”課程教學改革研究

王三秀 林志明 蔡文靜

摘 要 針對“電氣控制與PLC技術”課程專業性和應用性強的特點以及教學現狀，本文在教材的選取，實驗平臺自制以及教學模式的改革等方面做了有益的探索和改革，提出了一些措施。通過實踐教學證明，提出的措施有效的提高了教學質量，激發了學生的學習興趣，提高了學生應用能力的培養。

關鍵詞 電氣控制與PLC 應用能力 教學方法

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.09.050

Abstract In view of the specialty and application of electrical control and PLC technology as well as the teaching status quo， this paper makes beneficial exploration and reform in the selection of teaching materials， the self-made experimental platform and the reform of teaching mode， and puts forward some measures. The practice teaching proves that the proposed measures effectively improve the teaching quality， stimulate students' interest in learning， and improve the cultivation of students' application ability.

Keywords Electrical Control and PLC; application ability; teaching methods

1 課程教學現狀

隨著自動化技術日新月異的變化，可編程控制器（PLC）逐漸取代傳統電器元件和復雜接線而成為電氣控制系統的核心部分。“電氣控制與PLC技術”是一門實踐性很強的專業課程，通過本課程的學習，使學生在學習理論的基礎上，結合生產實際設備情況，掌握繼電器控制的線路分析與設計方法以及PLC控制器的編程技術。使學生具備程序閱讀、修改、調試以及程序設計和應用開發能力，為學生以后從事相關工作打下良好的基礎。然而課程實踐性和應用性隨著社會的發展，要求變得越來越高，對該課程目前的授課方式也提出了新的挑戰。要培養適應時代發展的應用型人才，勢必對當前的教學現狀做出改革和調整。當前傳統教學中存在的問題：

（1）教材老舊，不適用。現有的教材電氣控制部分主要講授低壓電器、電氣原理圖分析和繪制、典型機床電氣控制電路的分析以及電氣控制系統的分析設計等幾部分。教材內容偏理論，學生對于低壓電器的結構和原理無法理解，電氣原理圖分析枯燥，復雜生產機械電路不能理解和掌握，因此難以調動學生的學習積極性，課程授課方式沒有突出課程實用性強的特點，脫離實際，沒有起到很好的教學效果。

教材中可編程控制器的部分是以三菱FX系列PLC以及西門子S7-200系列PLC進行指令介紹和程序設計。由于西門子S7-200系列PLC已停產，升級到S7-1200新型PLC。因此繼續按原教材內容講授，將跟不上生產實際產品更新換代的要求。

（2）實驗平臺脫離工程實際。PLC課程由于其突出的工程性和應用性，對培養學生良好的工程意識、較強的實踐能力和較高的綜合素質具有非常重要的作用。實驗教學是該課程的重要環節，但目前教學實訓設備中僅僅通過按鈕、開關、以及指示燈等元件來代替實際控制系統中的輸入輸出，由于按鈕、開關僅僅是數字量，很難真正反映實際系統中各類傳感器輸送產生的模擬量的信號，指示燈也不能很好的模擬實際控制系統中的接觸器、電動機這些實際輸出設備。現有課程實驗實訓環節的作用只是達到學習PLC編程的目的，卻不能連接真正的控制對象，不能真正了解生產過程的實際設備。脫離工程實際，不利于學生實際動手能力和應用能力的培養。

（3）教學模式存在不足，理論教學與實踐教學脫節。當前教學模式中理論與實踐兩個環節分別進行。在教室上課講解指令，然后到實驗室做實驗，這樣會造成學生上課積極性不夠，理論知識理解困難，接受新指令慢，而一旦在課堂上沒有及時的吸收和消化新的指令，這樣即使到了實驗室，也不能很好的進行編程，有種惡性循環的發展趨勢。顯然這種理論環節和實驗環節單獨設置的方式會阻礙學生的學習積極性，降低課程的學習效果。因此，作為PLC這種應用性強的課程，最好的辦法就是一邊學習一邊操作，每學習一些新的指令或者編程方法，就及時進行編程，從而熟練掌握。

2 教學改革內容

針對“電氣控制與PLC技術”課程特點及上述闡述的當前教學中存在的問題，擬對課程進行以下幾個方面的改革探索。

（1）更換應用性更強、更符合實際生產應用的PLC型號，再根據相應的PLC型號更換教材。

（2）針對實驗設備老舊落后，不符合生產實際需求的現狀，將進行實驗設備自制。在自制實驗設備過程中，讓學生積極參與到實驗設備的升級改造過程當中，一方面提高學生的實踐動手能力和創新意識，同時設計出符合課程教學目標和應用型教學特色的PLC控制實驗系統。

（3）改革教學方式，將PLC仿真軟件與硬件實驗條件結合，提高實驗效果。上理論課時，可以利用仿真軟件對相關指令進行訓練，再通過實驗時間在硬件平臺上完成實際的操作訓練。將理論教學與實踐教學緊密結合。

（4）重視和加強教師科研能力、實踐能力的培養。教師是授課的主體，由教師向學生進行授業解惑，因此對于實踐性強的工科專業，教師的科研能力、工程實踐能力和企業經歷對課程的教學效果可以起到很好的作用。教師不再只是著重于書本，可以把更多的生產經驗、實踐案例分享給學生，能激發學生濃厚的學習興趣，從而更好的理解和把握知識點。因此要加強授課教師工程實踐能力的培養，支持教師參加相關課程的繼續教育和培訓。

3 實施方案和方法

（1）挑選西門子S7-1200作為新的教學對象，這款PLC是西門子經典系列S7-200的升級。作為西門子公司的新一代小型PLC，它集成了以太網接口和很強的工藝功能，能夠進行靈活的操作和組態，通過功能強大的指令系統實現各種應用需求，可以滿足工業控制的性能需求。同時，在教材選擇上，經過多本教材的比較和考量，選擇了廖常初主編的《S7-1200PLC編程及應用》。該書對S7-1200PLC的硬件組態、編程語言及指令、程序結構、通信網絡以及故障診斷等沒人做了全面深入的介紹。可以很好的幫助學生全面學習PLC編程及其應用。

（2）自制實驗設備，該實驗設備包括電氣控制以及PLC編程兩個方面，可以做常規的繼電接觸器控制實驗，完成點動、連續運行以及電機正反轉等控制，也可以利用PLC結合變頻器對電動機實現變頻調速控制，可以對溫度等模擬量進行控制，也可以實現PLC與PLC、觸摸屏、變頻器之間的網聯通信等功能。

相比較原來的采用LED發二極管、指示燈來模擬接觸器以及電動機運行的情況，新的實驗設備更好的貼合實際工程，能夠提高實驗教學效果，使學生對生產現場工業自動化PLC控制技術有更好的了解和掌握，提高學生的就業競爭力。自制實驗設備如圖1所示。

（3）在教學上，將理論教學和實踐教學緊密聯系在一起。在課堂上講授PLC應用指令的同時，可以讓學生自帶電腦，通過PLC仿真軟件，實現對指令的操作訓練，有助于學生對指令的理解和應用，提高上課積極性，而不再是空洞的填鴨式講授方式。另一方面，經過上課時候PLC仿真軟件訓練，再去實驗室硬件平臺上操作，也會更得心應手，提高學生的實踐動手能力和編程能力。

（4）授課教師積極參加PLC技術相關內容的技術培訓。可以通過申請產學合作協同育人師資培訓項目，到企業接受學習和培訓，提升教師自身工程實踐能力，從而提高教學水平。

4 結語

通過“電氣控制與PLC技術”的一系列改革內容的執行，解決PLC型號落后，教材不適用的問題;自制出應用性更強，更有利于培養學生動手能力和實踐能力的實驗設備，解決實驗平臺脫離工程實際的問題;研發出新的有效的教學模式，提高教學效果。

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