袁琦　劉曉梅　易細(xì)龍

摘要：PLC應(yīng)用技術(shù)是一門實踐性、綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課程。根據(jù)新時期電氣工程及其自動化專業(yè)建設(shè)的要求，結(jié)合課程的特點和存在的問題，在教學(xué)內(nèi)容改革、實驗教學(xué)改革等方面進(jìn)行了探索。實踐證明，這些改革既提高了學(xué)生對PLC應(yīng)用技術(shù)基本理論的掌握，又提高了分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC）；教學(xué)內(nèi)容；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）04-0122-03

可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心，將繼電—接觸器控制技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的一種新型工業(yè)自動控制裝置，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、易于擴(kuò)展、調(diào)試維護(hù)方便等一系列優(yōu)點，在工業(yè)自動化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)改造等方面得到了廣泛的應(yīng)用。[1，2]目前，PLC應(yīng)用技術(shù)已成為普通高等學(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)一門很重要的專業(yè)課程。

PLC應(yīng)用技術(shù)是一門實踐性和綜合性都十分強(qiáng)的專業(yè)課程。然而，在科技迅猛發(fā)展的大背景下，新時期學(xué)科專業(yè)建設(shè)增設(shè)了不少新的課程，很多專業(yè)課程都面臨著縮減學(xué)時的壓力，PLC應(yīng)用技術(shù)這門課程也不例外。因此，為使學(xué)生在有限的時間內(nèi)真正掌握好這門課程，我校PLC應(yīng)用技術(shù)課程組教師從課程內(nèi)容設(shè)置和改革實驗教學(xué)等方面進(jìn)行了探索，并取得了較好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

在PLC出現(xiàn)之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的是繼電—接觸器控制，PLC控制系統(tǒng)是在繼電—接觸器控制系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在PLC課程設(shè)置初期，《電氣控制技術(shù)》和《PLC應(yīng)用技術(shù)》兩門課程同時并存，前者設(shè)置了24學(xué)時的理論教學(xué)和8學(xué)時的實驗教學(xué)，后者設(shè)置了34學(xué)時的理論教學(xué)和8學(xué)時的實驗教學(xué)。但自2004級起，根據(jù)新時期學(xué)科專業(yè)建設(shè)的要求，在遵循“重基礎(chǔ)、寬口徑、多方向、強(qiáng)應(yīng)用”的原則下，各專業(yè)增設(shè)了一些新的課程。為解決課時縮減和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，我校對《電氣控制技術(shù)》和《PLC應(yīng)用技術(shù)》兩門課程進(jìn)行了整合，調(diào)整為“電氣控制及可編程序控制器技術(shù)”一門課，總學(xué)時壓縮為50學(xué)時，其中理論34學(xué)時，實驗16學(xué)時，并且大幅度地壓縮了繼電—接觸器控制部分的內(nèi)容，基本上是以一章篇幅內(nèi)容對該技術(shù)作了簡要介紹，大部分學(xué)時是用于講授PLC應(yīng)用技術(shù)。經(jīng)過實際教學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，這樣的整合，表面上學(xué)時是壓縮下來了，但教學(xué)效果遠(yuǎn)不如前。出現(xiàn)這樣的教學(xué)效果，我們認(rèn)為與課程內(nèi)容設(shè)置不合理有直接的關(guān)系，特別是對繼電—接觸器控制技術(shù)只作簡要介紹，不管從深度還是廣度上都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因為繼電—接觸器控制技術(shù)既是PLC技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，又是PLC控制實際系統(tǒng)中的橋梁和紐帶。再者，學(xué)生沒有一本合適的參考教材，也是其中一個重要原因。學(xué)生僅靠教師在課堂上的講授，是很難做到完全理解和消化的。為此，課程組以進(jìn)一步調(diào)整該課程內(nèi)容為契機(jī)，在機(jī)械工業(yè)出版社的大力支持下，編寫了《現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)》一書。編寫時，在繼電—接觸器控制部分主要介紹其基本理論和設(shè)計思想，為學(xué)習(xí)PLC技術(shù)提供必要的基礎(chǔ)；同時大大縮減繼電—接觸器控制應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容，以滿足整門課程學(xué)時的要求。另外，在合理設(shè)置繼電—接觸器控制技術(shù)與PLC控制技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，還介紹了一大批如FXON-3A、RS485-BD板等現(xiàn)代新器件、PLC與變頻器的綜合應(yīng)用、PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，以及CC-Link現(xiàn)場總線等新技術(shù)。該教材為電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生提供了一本系統(tǒng)、全面的學(xué)習(xí)參考書。通過學(xué)習(xí)，既使學(xué)生掌握了本課程的基本理論、基本技能，又培養(yǎng)了他們對新技術(shù)的應(yīng)用能力。

二、實驗教學(xué)改革

根據(jù)《中共中央國務(wù)院關(guān)于深化教育改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》的文件精神，在調(diào)整和改革課程體系、結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的同時，各高等院校還應(yīng)深入扎實開展實驗教學(xué)工作，加強(qiáng)專業(yè)課程的實驗的綜合性，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實際操作能力。[3]PLC應(yīng)用技術(shù)是一門工程應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課程，其實驗教學(xué)的目的不僅要讓學(xué)生在基本實驗技能方面得到培養(yǎng)，而且還應(yīng)讓學(xué)生在專業(yè)知識的綜合運用能力、工程意識以及創(chuàng)新能力等方面得到一定的鍛煉和培養(yǎng)，這是本課程實驗教學(xué)改革的方向。

PLC應(yīng)用技術(shù)這門課程在電氣工程及其自動化專業(yè)的教學(xué)計劃中，是安排在三年級的下學(xué)期開設(shè)的。由于在這之前學(xué)習(xí)了電路原理、電子技術(shù)、計算機(jī)基礎(chǔ)、自動控制原理等專業(yè)基礎(chǔ)課程，有了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本實驗技能，因而學(xué)生對參照實驗指導(dǎo)書，機(jī)械地按照步驟在實驗裝置上操作的、以驗證為主的傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ交旧蠜]有多大興趣，呈現(xiàn)出來的面貌是被動地來上課，消極地進(jìn)行實驗。通過與學(xué)生的交流，發(fā)現(xiàn)他們感興趣的是希望實驗內(nèi)容能夠更多得貼近實際，希望體會到所學(xué)知識在實際工作中確實有一定的作用，以使自己的實踐能力真正得到鍛煉。因此，為培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和學(xué)科知識的綜合運用能力，我們對PLC應(yīng)用技術(shù)這門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程的實驗教學(xué)進(jìn)行了改革，以PLC在工廠、企業(yè)中的較典型的應(yīng)用為依托，探索出了綜合性工程項目式的實驗教學(xué)模式。

（一）綜合性工程項目式實驗的特點

綜合實踐教學(xué)是高等學(xué)校培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型工程科技人才的重要環(huán)節(jié)。綜合性實驗是指實驗內(nèi)容既可以是涉及本課程的綜合知識的實驗，也可以是與本課程相關(guān)課程多個知識點的實驗，由學(xué)生綜合自己所學(xué)知識和已掌握的基本實驗技能，對解決實際問題的能力進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合型實驗。[4]綜合性實驗具有以下特點：（1）實驗內(nèi)容的復(fù)合性；（2）實驗方法和手段的多樣性；（3）實驗結(jié)果的未知性；（4）學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性；（5）人才培養(yǎng)的綜合性。學(xué)科知識的綜合應(yīng)用是綜合性實驗的重要特征。綜合實踐教學(xué)是一種激發(fā)學(xué)生求知興趣，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的新型教學(xué)模式，目前正在很多學(xué)科的實驗教學(xué)中得到積極的嘗試和探索。[5，6]endprint

實驗教學(xué)改革是高等教育改革的重要組成部分，作為實驗教學(xué)的主要環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)模式改革近年來受到普遍關(guān)注，[7]其中，將工程項目式教學(xué)模式引入實驗教學(xué)中已成為實驗教學(xué)研究的熱點。項目式教學(xué)模式是由美國著名教育家、伊利諾伊大學(xué)教授凱茲博士和加拿大教育家、阿爾伯特大學(xué)教授查理博士共同推創(chuàng)的一種以學(xué)生為本的教學(xué)方法，它是師生通過共同實施一個完整的或設(shè)計的項目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動。[8]工程項目式實驗是指，所有設(shè)計的實驗項目以工程項目為背景，緊密聯(lián)系工程實際，即以滿足實踐所需的項目為目的而開展的教學(xué)過程。[9]工程項目式實驗注重培養(yǎng)學(xué)生樹立工程觀，提高學(xué)生的工程實踐能力。

工程項目式實驗其特點是，以工程項目為背景，使實驗更有針對性、系統(tǒng)性和整體性；整個實驗過程中以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生積極主動發(fā)現(xiàn)問題、探索問題并最終解決問題。

（二）綜合性工程項目式實驗項目設(shè)計原則

由于工程項目式實驗強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的主體作用，學(xué)生主要以自我教育的方式獲取知識，即在實驗過程中，以學(xué)生為主、教師為輔，學(xué)生有足夠的自主性和靈活性。因此，實驗項目的設(shè)計是非常重要的一個環(huán)節(jié)。每個項目的設(shè)計，都要求能夠突破與項目相關(guān)課程的重點和難點，讓學(xué)生對項目中的問題有深入的理解。同時要求教師對項目中所涉及的知識點、難易度有較準(zhǔn)確地把握。

一般來說，綜合性工程項目式實驗項目的設(shè)計基本上遵循以下原則進(jìn)行。

1.實驗內(nèi)容盡可能來自于工廠、企業(yè)的實際應(yīng)用中，且具有較典型的意義和價值，以培養(yǎng)學(xué)生樹立工程觀。

2.在明確教學(xué)目標(biāo)的前提下，實驗規(guī)模適中，難度適宜。實驗項目不能太小，也不能過于龐大。太小則所涉及的知識點少或單一，知識點之間的關(guān)聯(lián)性差，達(dá)不到預(yù)期的鍛煉效果；太大則學(xué)生無法在有限的實驗學(xué)時內(nèi)完成，導(dǎo)致實驗流于形式。

（三）PLC實驗項目設(shè)計實例和實施

在我校電氣工程及其自動化專業(yè)的教學(xué)計劃中，PLC應(yīng)用技術(shù)課程的實驗學(xué)時為16學(xué)時。根據(jù)教學(xué)要求，把實驗教學(xué)分為兩部分，即基本內(nèi)容練習(xí)實驗和能力提升綜合應(yīng)用實驗。其中，基本內(nèi)容練習(xí)實驗為4學(xué)時，主要用來熟悉和掌握PLC編程軟件的使用方法，PLC的在線操作、基本電路的程序設(shè)計與調(diào)試方法等。能力提升綜合應(yīng)用實驗為12學(xué)時，這部分共設(shè)計了三個實驗，屬于工程應(yīng)用實例，用于工程教育。第一個實驗的題目為“基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計—電動機(jī)自耦變壓器降壓起動PLC控制系統(tǒng)設(shè)計”，實驗內(nèi)容來自于電動機(jī)使用量較大的某些工廠和企業(yè)，項目所涉及知識點相對較少，主要包括三相異步電動機(jī)起動、繼電—接觸器控制和PLC等方面的內(nèi)容，但具有一定的工程應(yīng)用性。這個實驗屬于小型工程應(yīng)用項目，實驗時間設(shè)置為3學(xué)時，目的是使學(xué)生建立工程項目的概念。實施時，分成三個步驟來完成。第一步，由教師給學(xué)生提出電動機(jī)的具體控制要求，即：（1）任意一臺電動機(jī)在起動過程中，其他電動機(jī)都不能起動；該電動機(jī)起動結(jié)束后才能起動下一臺電動機(jī)；任何電動機(jī)不論是停止，還是運行都不能影響正在起動的電動機(jī)。（2）起動任何一臺電動機(jī)時，首先使該臺電動機(jī)與自耦變壓器連接，降壓起動，不應(yīng)有直接起動的可能性。（3）控制系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的容錯能力，即使出現(xiàn)誤操作，也不應(yīng)出現(xiàn)有危害人身安全和設(shè)備安全的情況。（4）對電動機(jī)應(yīng)有必要的保護(hù)措施，如過載、過電流保護(hù)等。第二步，實驗設(shè)計。實驗小組根據(jù)項目的具體要求，自行設(shè)計控制系統(tǒng)電路主接線圖、PLC的I/O分配圖、實驗程序等。考慮到實驗學(xué)時的限制，這一步所有工作均安排學(xué)生在課外完成。第三步，聯(lián)機(jī)實驗。學(xué)生進(jìn)入實驗室后，在斷電狀態(tài)下，將計算機(jī)與PLC連接好，開始實驗。實驗操作包括程序下載、在線調(diào)試、運行監(jiān)控等，當(dāng)系統(tǒng)功能達(dá)到控制要求后，結(jié)束實驗。

這個項目所涉及的知識點雖然相對較少，但內(nèi)容來自于實際，且所有環(huán)節(jié)由學(xué)生自己獨立完成。所以，通過這一項目，讓學(xué)生感覺到了實驗不是枯燥的，而是生動有趣的，提高了他們主動學(xué)習(xí)的積極性，從而為其全面掌握相關(guān)課程知識和提高實際動手能力奠定了基礎(chǔ)。同時也為逐步改變他們過去被動地來上課，消極地進(jìn)行實驗這一學(xué)習(xí)狀態(tài)起到積極作用。

為進(jìn)一步提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力，后面接下來的兩個實驗，在實驗內(nèi)容和難點方面都作了一定程度上的增加。第二個實驗的題目是“用PLC和變頻器實現(xiàn)對工業(yè)洗衣機(jī)的綜合控制”。因為有前一個實驗的基礎(chǔ)，學(xué)生對這個項目的實驗設(shè)計基本上沒有多大問題，他們大部分的時間和精力是花在了解、學(xué)習(xí)新增知識點和控制程序優(yōu)化等方面，如新增部分變頻器的結(jié)構(gòu)、原理、使用以及梯形圖程序編程方式的選擇等。與第一個實驗相比，實驗內(nèi)容和難度都有增加和提高，為保證學(xué)生能較好地完成整個實驗，后面兩個實驗的學(xué)時增加到4～5個學(xué)時。這種目標(biāo)具體、升級適度的階梯式綜合性工程項目式實驗，使學(xué)生在每個實驗完成后都能信心倍增，覺得學(xué)有所用，有成就感。幾個實驗下來，不但進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的興趣，而且還使學(xué)生自己在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題上的能力得到了進(jìn)一步提高。

（四）實驗的考核方式

實驗考核方式也是實驗教學(xué)改革的一個重要方面。在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，實驗成績評定主要是依據(jù)學(xué)生的出勤率和每次實驗后提交的實驗報告，而實驗過程中學(xué)生分析問題、解決問題的能力往往被忽視，這樣造成了很多學(xué)生做實驗時只是敷衍對待，在撰寫實驗報告時只考慮實驗報告的篇幅和整潔程度。因此，實驗教學(xué)最終結(jié)果將是流于形式，未能發(fā)揮其應(yīng)起到的作用，學(xué)生的實際動手能力沒有真正得到鍛煉。專業(yè)課實驗的目的主要是鍛煉學(xué)生的動手能力和應(yīng)用能力，尤其是像PLC應(yīng)用技術(shù)這類實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課實驗。因此，根據(jù)前述實驗項目的分類，我們把PLC應(yīng)用技術(shù)這門課的實驗分成基本實驗和能力提升綜合應(yīng)用實驗兩大塊來進(jìn)行考核。其中，第一大塊占20%，主要由出勤率、實驗態(tài)度、基本方法和技能、實驗報告等內(nèi)容組成。第二大塊占80%，主要包括實驗方案設(shè)計、實驗技能、實驗報告等內(nèi)容。經(jīng)實際操作后，學(xué)生普遍反映，這種考核方法能極大地調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高他們對實驗課的重視程度，能全面客觀地評價每一位學(xué)生的實際水平，同時還有利于提高他們分析問題和解決問題的能力。

三、結(jié)語

根據(jù)新時期高等學(xué)校學(xué)科專業(yè)建設(shè)的要求，專業(yè)課程教學(xué)改革勢在必行。本文針對PLC應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)進(jìn)行了改革，主要從課程內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學(xué)改革等方面進(jìn)行了探索。經(jīng)過近幾年的實踐，我們體會到，在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置方面，必須充分考慮到課程前后知識體系的聯(lián)系與銜接，以便于學(xué)生更好地理解和掌握各個知識點；在實踐教學(xué)方面，要結(jié)合課程的特點，對像“PLC應(yīng)用技術(shù)”這一類實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，在實驗教學(xué)過程中，需要根據(jù)實驗條件，開設(shè)一定數(shù)量的綜合性工程項目式實驗，對提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和解決工程實際問題的能力是十分有益的。

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