“PLC原理与应用”课程的教学改革探讨

刘星平

(湖南工程学院 电气信息学院，湖南 湘潭 411101)



“PLC原理与应用”课程的教学改革探讨

刘星平

(湖南工程学院 电气信息学院，湖南 湘潭 411101)

“卓越工程师教育培养计划”要求以培养高水平、具有创新精神的工程师为目标，这就要更加注重以“学生为中心”的教学理念，充分利用多种现代教学手段及教育资源，充分发挥学生学习的主动性、积极性、独立性。为此以我校电类专业的PLC原理与应用课程的教学改革实践为例，首先分析传统教学方法及其局限性，研究了课程体系和教学内容，然后讨论教和学的关系，提出了基于“探究”的项目案例式教学法，并阐明了该教学法的基本特征、以及对教师的要求，为参与高校教师在卓越计划的专业课程的教学实践提供参考。

探究式教学；项目案例；教学组织；教学方式

“卓越工程师教育培养计划” (简称“卓越计划”)要求以培养高水平、具有创新精神的工程师为目标，这就要求高校的教学要更加注重以“学生为中心”的教学理念，[1]卓越人才培养的课堂教学和实践教学环节都要有别于以往常规的教学实践，要充分利用多种教育资源和教学手段，充分发挥学生学习的主动性、积极性、独立性。不仅要认真研究课程体系和教学内容，而且要研究、设计和采用有利于学生全面发展和保证学校培养标准实现的教学组织形式和教学方法。[2]

2010年7月，胡锦涛在全国教育工作会议上强调，要创新教育教学方法，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，激发学生好奇心，发挥学生主动精神，鼓励学生进行创造性思维，改变单纯灌输式的教育方法。将学生置于教育教学系统的核心是西方发达国家政府高等教育改革的方向。[3]

问题探究式和项目案例式的教学组织和教学方法是一种遵从学习者能力培养规律，与综合素质形成逻辑相一致的教学组织形式和教学方式，我校电类专业的PLC原理与应用课程是电气工程及自动化、自动化两个卓越计划专业的专业课程，在“PLC原理与应用”课程的教学中，采用理论和实践密切结合的方法，并且将项目和问题提前交代给学生，让学生带着问题去学习，同时，实验和项目设计难度逐步提高，启发学生主动思考，将实践的主动权交给学生，由学生自主设计实践环节，采用自主创新竞赛的形式增强学生的成就感。

一 传统教学方法及其局限性

多年来，我国大多数学校的教学管理者和教师习惯了“以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心”的教学模式，学生的学习缺乏自主性、交互性和探究性。极大地束缚了学校教育对学生创新精神和实践能力的培养。

在这种模式中，主要的教学手段和方法是讲解、板书和多媒体。认为教师讲、学生听就能将知识灌输和传承给学生，教师施教和传输知识是主动行为；学生接受知识是被动的；教师利用多媒体教学工具向学生灌输教材的内容。该模式虽然到现在还有存在的价值，但是随着时代的变迁，知识经济和信息技术的发展和进步，这种教学模式出现的问题越来越明显，其主要表现在：(1)在学习过程中，学生学习的主动性未能得到充分体现。教师是课程里“知识”的主宰者，因为大大小小的知识点全由教师掌控。学生成为机械式的被动接受者。(2)传统课程教学基本上是强制式和灌输式的，[4]大多数学生是靠死记硬背而学到了一些“知识”，没有能真正领悟好、理解好，限制了学生创造性思维的发展空间。由此造成了学生被动接受知识而抛弃主动思考的习惯。这样的教学模式就根本不能适合当前高科技迅速发展所提出的新要求。

造成这种现象的原因是多方面的，其中一些学校重科研轻教学是主要原因之一，在过分注重经济利益的氛围下，这种导向会更加挫伤一线教师的教学热情和积极性，不愿投入较多的时间、精力用在细致而繁琐的教学过程中，更不愿进行教学方法的改革与创新。

二 教学方法的改革

教学方法是师生在教学活动中采用的方法, 包括教师教的方法和学生学的方法, 教学是教与学的统一，教为学而存在，学又要靠教来引导，所以“教”和“学”是相辅相成的，学生的学习需要教师的引导，教师课内讲授需要与学生的课外实践、课外阅读有机结合起来。这样才能真正实现教学的和谐、统一和完整。

教学方法的改革并不是不要课堂教学、不要教师指导、不要教材，而是教师根据教学内容和学生的认识水平，激发学生主动参与教学过程，启发学生积极思考，引导学生运用所学的知识去积极探索新知识，培养学生创造性地分析解决问题的能力。

课程教学还应该教学生从学习中“学会思考”，形成思想和智慧，形成正确的人生观和价值观，让“思想”贯穿于各类、各门课程。课堂教学不是一开始就教会学生有关结论，而是应当注重从问题开始，以学科知识的产生和发展规律为指引，来探究，剖析工程原理的形成过程。引导学生分析、研究和解决工程实际和工程学科问题，进行师生互动和同学合作，使学生在分析、研究问题的过程中学习知识，领悟工程原理。这样学生就会在思考、分析、探究问题的过程中应用、获取和更新知识，在解决问题的过程中培养和训练发现、研究和解决问题的能力，在合作学习和团队交流过程中提高综合素质和能力。

正因为如此，课程教学中如何以学生为中心，激发学生的创新意识、学习兴趣和积极性、主动性正是新教学模式的关键所在。我们在专业课程的教学过程中采用的基于“探究”的项目案例式教学改革，在以下几个方面进行了尝试。

(一)采用小班制的实验室上课方式

我校对卓越班的“PLC原理与应用”这门课程采用了小班制教学，在PLC实验室上课的方式安排组织教学活动。这样在课堂上就随时根据需要对所讲述的内容进行现场演示，既能让学生对PLC的软件开发环境有一个直观初步的了解，又能让学生非常直观地看到程序的运行效果，以及各种不同功能的现象，这样对学生在后面动手操作的实验环节中会有较大的帮助。利用课堂进行演示实验不仅能够提高PLC课堂教学的效果，而且能够使学生在课后有更多时间进行创新实验，解决了课堂教学学时有限，很难深入讲解知识点的矛盾。

(二)课堂教学以解决实际问题为核心

根据多年的教学经验，当我们把包含一个或多个定律或知识的“现象”或“问题”呈现给学生思考时，会立刻激发学生的思考、讨论兴趣，进而对所学定律与知识的掌握更加深刻，更能学以致用，进而学会举一反三的解释更多的现实世界的现象。

在教学手段及内容组织的改革上，在教学内容确定的基础上，重点把精力投到寻找、选取、构造有趣的“问题”上，以激发学生更强的学习兴趣和求知欲望，推动主动学习意识，更深刻的掌握所学习的知识，学会分析和解决问题的方式，培养、提高学生的科学素养和探究自然的兴趣，进而热爱科学、热爱研究。

在PLC原理与应用的教学过程中，始终把解决实际问题放在首位，所有教学内容均围绕实际问题的解决来展开，避免了传统PLC教学过程中以介绍PLC功能为主的教学模式。如果单纯以控制器功能讲解为主，必然会降低学生的学习兴趣，学生只会是被动的死记硬背、应付考试，更不用说能灵活地应用所学知识解决实际问题，更谈不上创新。

(三)探究式与项目案例相结合的研究性课程教学方式

为了让同学们最大限度地参与教学过程，进一步提高教学效果，我们在PLC原理与应用的教学过程中尝试了探究式与项目案例相结合的教学方式。在课程教学之前，我们根据学生人数，将全班同学分成几个小组，为每个小组确定1个组长。教师把相关项目内容及要求发给学生，组长负责将教师布置的项目按要求进行分解，安排小组内每个同学的任务，教师在课堂讲授中，除了讲授相关的知识点外，还就项目的有关背景及应用情况进行讲解，之后要求各小组组长按限定时间将每位同学完成的结果集中，组织全组同学进行讨论，最后完成总结报告。

PLC的教学主要目的就是为了使学生掌握利用PLC对对象系统进行控制的方法。PLC的功能是有限的，但如果能够灵活应用，就能够解决许多实际问题。因此，有必要让学生掌握利用PLC解决问题的基本思路和基本方法。在课堂教学中，首先简要介绍PLC的某项功能，然后马上提出一个项目任务，以书面形式发给学生，或以视频形式展示给学生，讲解项目的有关应用背景，对项目进行分析，然后组织学生进行讨论。让学生思考解决方案，通过学生的课堂上小组讨论解决实际问题，让学生在学习PLC功能的同时掌握如何应用这些功能。这样做可以避免枯燥地讲解控制器的各种功能和指标，激发学生的学习兴趣，提高学生在课堂的专注度，从而获得更好的讲授效果。

(四)教学内容与相关专业知识相结合

从总体上看，PLC就是一个控制核心，通过这个控制核心可以完成各种信号处理方面的应用以及控制方面的应用，控制核心是通过外围设备起作用的，所以要与其他专业内容相结合才能最大程度发挥 PLC的核心控制功能，同时也只有与相关专业知识相结合才能够更好地理解PLC功能实现的实质。

例如 PLC中的高速脉冲输出功能有PTO(脉冲串)/ PWM(脉宽调制)两个或三个发出器，就与运动控制系统中的步进电机控制及直流电机的脉宽可逆调速控制技术相关。在讲授该模块工作原理时如果不结合其他相应课程知识，那么学生很难了解“占空比”及“死区效应”的实质，也就无法对此项功能进行灵活应用。通过将 PLC的功能与运动控制系统及电力电子技术知识相结合，不但使学生了解了电力电子变换器是如何被控制的，而且使学生了解了PLC中的高速脉冲输出的工作原理。[5]

通过PLC的教学可以将其他专业基础知识串联在一起，提高了学生对其他相关专业知识的掌握能力，不仅拓宽了知识面，也为学生参加各种创新实践活动打下了坚实的基础。

(五)组织学生自己开发实验装置

PLC的教学离不开实验，以往的实验都是购买商品化的实验装置，这种实验教学模式限制了学生的创新思维，效果显然不够理想。为了提高学生的创新能力，打好创新实践活动的基础，针对学生实际应用需求，在做好教学工作的基础上组织感兴趣的同学自己开发出经济适用的实验装置。随着学生所使用的电脑逐步从台式机变成了便携式笔记本，不再具有并口和串口，以往的实验装置显得不够实用，为此课程组又组织学生开发出了部分实验装置，该装置用USB接口下载器代替了并口下载器，并且省去了外接电源，直接利用USB口提供电力。所有这些实验装置均由班级部分同学在任课老师的指导下利用课余时间完成，这更加证明了该课程的教学新模式对学生创新能力的培养效果是显著的，使学生真正做到了学以致用。

三 教学改革的实践效果

通过以学生为中心的《PLC原理与应用》课程教学模式的创新和改革激发了学生的创新思维，显著提高了课堂教学效果。学生的到课率平均达到93%以上。课堂气氛活跃，学生参与程度可达85%。课程结束时学生给本课程的总评分高达97分，并对本课程的教学给予了充分的肯定。使学生掌握了基本的创新技能和方法，通过课堂案例教学、实验演示、技能比赛等环节，在轻松的环境中，既让学生增加了学习的兴趣，又使学生有了主动参与创新活动的动力。另外，引导学生在创新实践过程中学习和借鉴各种创新思路，学习创新的技能方法，提高了他们的创造力，对学生们今后的就业和发展有很大的帮助。通过本课程的训练使学生增加了从事技术工作的经验和信心，有学生在就业招聘时把所参加的PLC竞赛经历作为简历的一个亮点体现出来，还有些同学把作品带到面试现场，这提高了就业竞争力。

四 结 语

采用的基于“探究”的项目案例式教学改革强化学生对专业知识的理解和掌握，培养学生主动学习、主动思考、积极探索、深入挖掘的能力及与团队合作能力；在培养学生创新思维、创新意识及创新能力的方面取得了极好的效果。该教学改革实践不仅有利于学生学习能力的培养，对教师也是一种激励和促进，有助于教师的成长和进步，不断提高教学水平和教学能力。另外，大学小班化教学有利于增加学生和老师的交流、研讨机会，增强课程教学的互动性，提高学生的学习兴趣。

[1] 于庚蒲. 关于高等教育理念与教学改革的若干思考[J].北华大学学报(社科版),2001(3):29-32．

[2] 教育部关于实施“卓越工程师教育培养计划”的若干意见[Z].教高[2011]1号，2011．

[3] 林 健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011(6): 5-10．

[4] 姚利民.高校教学方法研究述评[J].大学教育科学，2010(1):20-26．

[5] 刘星平.PLC原理及工程应用[M].中国电力出版社，2011．

Study on the Teaching Reform of “PLC Principle and Application” Course

LIU Xingping

(College of Electrical and Information Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411101, China)

“Education and Training Program of Outstanding Engineers” asks us to achieve the goal that engineers have the high level and the spirit of innovation.This means that we should pay more attention to the “students-centered” teaching idea,make full use of various modern teaching resources and teaching methods,and fully mobilize the initiative,independence,the enthusiasm of the students.Therefore,taking the teaching reform practice of PLC Principle and Application course as an example,this paper analyzes the traditional teaching methods and their limitations,and then discusses the relationship between teaching and learning,puts forward the “research” project case teaching with its basic characteristics and requirements for teachers so as to provide a reference for the teaching practice of college teachers involved in the program of ontstanding engineers.

inquiry teaching；project case；teaching organization；teaching methods

2015-04-07

湖南工程学院教改项目“《PLC原理与应用》课程教学方法创新的研究与实践”(校教字[2012]33号)。

刘星平 (1966-)，男，湖南湘乡人，副教授，研究方向：自动化。

G642.0

A

1671-1181(2015)03-0106-04