“建筑设备电气控制”课程教学改革的探讨与实践

乔 蕾 郭福雁 胡林芳 高 瑞

(天津城市建设学院控制与机械工程学院，天津 300384)

“电气控制技术”是一门知识覆盖面广、涉及内容多、更新发展快、强调理论而又重实践应用的课程.该课程是在学习了电路理论和电机与拖动等专业基础课和专业课的基础上进一步深化学习的过程.我院建筑电气与智能化专业是天津市品牌专业，结合该专业的特色，我们开设了“建筑设备电气控制”课程，在传统电气控制技术的基础上加入建筑设备的相关知识，明确了建筑电气控制中各种建筑设备的特点和对控制的要求，使学生能够构建完整的建筑设备电气控制的概念.在课程教学过程中，为加强学生学以致用和实际解决问题能力的培养，我们从教学内容编排、教学环节设计及实验教学改革等多方面入手，着重对如何充分调动学生的积极性，如何培养学生实践能力，全面提高课程的教学质量和效果等方面进行探讨.

1 课程教学的改革

1.1 课程内容的调整

传统的“电气控制技术”课程内容包括继电-接触器电气控制和现代可编程逻辑控制器两大部分.而学生在学习时，常常因为控制对象不明确或是对控制对象了解甚少，不能很好地理解和把握设计概念和方法.因此在调整教学内容时，在强调本课程基本理论的基础上，减少传统继电接触器电气控制部分的课程内容，突出继电接触器电气控制的经典电路、典型环节和设计思想，强调PLC的工作原理及梯形图的分析、设计及应用内容［1］.此外，结合该专业特色加入了一些与建筑相关的水、暖等建筑设备的基本知识，包括给排水设备、消防给水系统、空调与制冷设备、锅炉设备和电梯设备及其构成的电气控制系统的原理、分析、设计及应用.这样编排的优点，是把建筑设备和电气控制有机地结合在一起，学生在学习了电气控制和建筑设备相关知识后，对建筑中各种设备有了明确的认识，并能将电气技术运用于对建筑设备的各个控制环节中，达到良好的教学效果.

1.2 课堂教学环节的设计

在课程讲授次序上，我们分3个部分，从理论到实践，从概念到应用，层层深入，环环相扣.

课堂教学内容的第1部分主要安排整个课程的基础知识.我们先介绍常用低压电器的基本知识，主要包括接触器、继电器、热继电器、信号继电器、主令电器和低压开关等的结构和原理;其次，介绍继电接触器电气控制的基本控制环节，包括点动、自锁、互锁、顺序控制、三项异步电动机的正反转控制、启动和制动控制，以及各种保护环节等.在授课时，利用课件加入了很多控制环节的动画演示，一方面使学生明确了各个触点的动作次序，更重要的是使学生理解了各低压电器在整个控制系统中的作用.通过这部分课程的学习，学生可以设计简单的电气控制方案，为后续的课程打下基础;

课堂教学内容的第2部分是在学生掌握了基本控制环节的基础上，介绍可编程逻辑控制器(Programmable Controller，PLC)的相关知识，利用PLC实现各种控制环节的编程.在这部分教学中，强调PLC的工作原理及梯形图的分析、设计及应用内容，对于理论教学既强调学科理论的系统性、完整性，又重视实际工程应用，同时保证实践环节的课时比例，突出与理论教学内容密切相关的实验内容和实验要求，使教学内容既能适应生产实际要求，又能使学生的动手能力和创新能力得到锻炼和提高;

整个理论教学的第3部分，也是这门课程最具特色之处.这部分教学充分明确了建筑中出现的各种控制对象，包括给排水设备、消防给水系统、空调与制冷设备、锅炉设备和电梯设备.针对建筑中水、暖、电密不可分的特点，将相关电气控制的知识应用于各种水暖设备，构建了水、暖、电一体的完整的建筑设备控制体系，使学生建立完整的建筑电气控制的知识结构.在课堂教学中，首先介绍与建筑相关的暖通专业和给排水专业的知识;其次，引导学生分析控制对象的特点和对电气控制的要求;再次，分析和设计完整的控制电路;最后，用PLC实现对控制电路的编程，从而实现对电气控制技术的完整应用.下面以室内生活给水系统为例，简要介绍课堂教学内容的安排.首先对室内给水方式和给水系统的组成进行介绍;在此基础上，引导学生分析给水系统的控制特点和对电气控制的要求，比如何时启动水泵，何时水泵停止工作，并进一步分析给水泵的手动和自动控制电路;此后，加入备用水泵自动投入控制环节，并完善整个设计;最后，利用PLC实现两台水泵自动投入控制电路的编程，对给水系统形成一套完整的电气控制设计.在最后这一部分教学中，不仅将建筑电气控制课程的所有知识融合到一起，还将建筑中水、暖、电各专业知识融合到一起，构成了完整的建筑电气控制课程体系.

1.3 教学过程的开放

教学过程的开放要使教学内容更接近实践［2］，教材内容一般无法及时紧跟实践，部分内容可能过时，只有开放教学过程，才能促进教学内容与实践同步，从而激发学生的学习兴趣.在“建筑设备电气控制”教学中，在课程刚开始，可安排学生到高层建筑的给排水、消防或电梯控制机房等实地参观学习，让学生了解并熟悉各种建筑设备的作用和运行条件，加深学生的感性认识，这样有利于后面的学习.在后续的课堂教学中，尽可能以学生参观的实例为参照，让学生带着参观时产生的疑问来学习，这样可以做到有的放矢，加深学生的学习印象，增强学生学习的主动性，并很好地巩固学习成果.在进行实验时，有针对性地安排学生对实际建筑设备(如供水、消防设备)进行操作，甚至可以让部分学生进行故障排除操作，这样，有利于学生适应从学习到应用环节的过渡.

2 实践教学的改革

实验教学是高等教育体系的重要组成部分，是对学生进行科学实验训练、使学生对所学理论知识强化印象、深化理解、探索实验科学理论的基本方法、提高学生动手和创新能力的重要环节 .特别是“建筑设备电气控制”课程，是一门通过讲授电气控制方法来训练学生综合分析能力和思维能力的实践性很强的专业课，所学的理论课程最后必须以具体的控制系统的构成才能得以应用，因此，实验、课程设计等实践性教学环节在整个教学过程中占据非常重要的位置.

2.1 实验存在的问题

(1)传统的实验模式以教师为主体，实验项目完全由老师进行设计，学生只是被动地按照老师的要求和示范步骤进行实验，很难调动学生学习的主动性和积极性，造成好学生的能力难以发挥，差学生蒙混过关;

(2)实验教学内容不能满足学生所学内容的全部需要.大部分实验主要针对PLC的应用，缺少建筑给排水、空调、供热及电梯控制部分的实验［4］.

2.2 实验环节的改革

针对上述存在的问题进行实验教学的改革，改革的目的就是充分挖掘学生自主创新的能力和对知识综合应用的能力，培养学生对知识的探索精神.

2.2.1 采用项目教学法配合课堂教学开展实验环节［5］

为配合课堂的理论教学，实验教学中所选的项目一般为生产、生活中的实际项目，要完成一个项目必须具备完成项目所需的综合知识和综合技能，根据项目的具体情况来安排学生各自的任务，在项目实施过程中，可通过调换角色让学生熟练操作各个任务内容.合理设置实验项目内容能达到事半功倍的教学效果.“建筑设备电气控制”着重于建筑工程，电梯是一种典型的机电一体化产品，因此，对电梯的设计很具有代表性［6］.下面以4层电梯的基本控制项目为例列出具体内容:

(1)项目名称. 4层电梯的基本控制.包括轿厢外呼梯、定向和关门，启动、加速及快速运行，减速平层到达顶层;

(2)项目计划. 教师在课堂上对项目内容进行前期引导分析，然后针对项目内容的不同需求组织学生讨论，并进行总结分析;

(3)项目实施. 教师先让学生熟悉项目内容，通过对前期项目的回顾，分析该项目的控制要求，可将该项目中的具体要求细化，学生划分小组(每组2～3人)领取任务，小组成员各自列出该控制系统所用设备清单及其控制方法，组内进行讨论并加以说明讲解，选择最优方案;对控制电路用PLC进行编程;实物接线及其调试;

(4)项目检查. 在实验过程中根据内容随机检查;

(5)项目总结. 总结方法与经验;

(6)扩展项目. 对一些好学生，在对项目掌握良好的基础上适当增加难度，通过增加控制要求完善系统控制方案.

2.2.2 实现自主设计为主的实验环节

根据课程实践性强的特点，设计由浅入深、自主创新等开放类实验项目.不规定实验题目，只给出总的实验目的和必须使用的电器元件与控制环节，学生根据自己能力和兴趣选择题目，自己拟定实验方案，设计实验过程，独立完成实验，处理实验数据，分析实验结果，书写实验报告［7］.在这一过程中，教师应加强学生自主选题的指导和学生设计实验环节的可行性的监督，确保学生的设计方案得到不断改进与完善，充分挖掘学生的自学能力和创新能力.

2.2.3 全面开展开放式实践教学

构建开放式实验教学模式，多层次多元化培养创新性人才.当然这一阶段会受到实验室条件和实验教师工作时间等多种因素的制约，但这种开放的模式是对传统实验教学的一种改革，体现了高等教育中应以学生为中心的理念［8］，能够引导学生主动实验，且能激发学生的主动性和创造性，是未来实验教学发展的必由之路.

2.3 增加课程设计

课程设计作为工科专业一个重要的教学环节，是在教师指导下，通过学生独立完成课题来达到对学生的综合性训练.在设计中，既要涉及到许多理论知识(设计原理与方法)，又要涉及到许多实际知识与技能(安装、调试).通过设计，培养学生运用课程中所学到的理论知识，独立地分析、解决实际问题的能力，使学生接受到工程师应具备的工程设计能力的初步训练.“建筑设备电气控制”是一门融合了暖通、给排水、机械、电子等多门知识的综合课程，课程设计可以培养学生全局观念，养成系统而非片面看问题的习惯.例如，电气控制与机械紧密相连，除了要进行电气互锁外，还要进行机械互锁;在选择电机拖动方式时，还要了解电梯或各种水泵的工作方式和工作条件.通过课程设计，可以使学生对整个建筑当中需要的电气控制环节与工程实际有一个比较全面的了解，可以培养学生解决工程实际的能力，同时，培养学生严谨的工作作风和良好的素质.

3 结语

经过几年的努力，我们对“建筑设备电气控制”课程教学和实践教学的改革作了一些尝试，取得了一些成效.但课堂教学和实践教学是一个比较复杂的教学体系，受到实验条件、教师理论水平和工程实践经验、学生自学、自律能力及经费等诸多因素限制，要想取得比较好的教学效果，应根据具体的教学内容和教学环节的特点，具体问题具体分析，采用不同的教学手段.我们在今后的教学中还需继续探索，充分挖掘课程特色，努力培养符合社会需求和专业培养目标的合格的工科大学毕业生.

［1］束长宝，李新兵，王永华.“电气控制及可编程控制器”教学改革初探［J］.电气电子教学学报，2005，27(6):82-85.

［2］杨肇元.高职《建筑电气控制》课程开放式教学应用研究［J］.职业教育研究，2009(4):146-147.

［3］霍振宇，张春辉，吴亚洲.《建筑电气控制技术》课程教学方法改革研究［J］.河北工程大学学报(社会科学版)，2008，25(4):97-99.

［4］王 英.高职高专《建筑电气控制技术》课程实践教学改革的探索［J］.才智，2010(5):226.

［5］杨 洁.项目教学法在《建筑电气控制技术》课程中的应用研究［J］.教育教学论坛，2012(18):43-44.

［6］冯 荣，刘 敏.浅谈高职高专《建筑电气控制技术》课程的教学方法［J］.黑龙江科技信息，2009(31):214.

［7］于为民，韩桂英，薛 原.电子电路类课程自主设计性实验教学的探讨与实践［J］.大连民族学院学报，2010，12(5):485-487.

［8］夏蔡娟，刘汉臣，张英堂，成鹏飞.工科院校开放式实验教学模式的探索［J］.西安邮电学院学报，2011(16):136-138.