《电气控制与可编程序控制器》课程综合教学改革与实践

张培志　罗敏　青小渠

摘要：本次教改以全面提高学生电气控制系统综合设计能力为主线，以培养社会上亟需的电气技术人才为目标，在课堂教学、实验教学、网络课程建设、教材及教学团队建设等方面进行了综合教学改革与探索，取得了不错的效果。

关键词：教学改革；课堂教学；实验教学；网络课程；教材

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）39-0103-03

《电气控制与可编程序控制器》是电气类的自动化、电气自动化、测控技术、电子信息工程专业，机电类的机械工程及自动化专业，高职类的机电一体化和数控技术等专业的一门重要的专业课。它是一门知识覆盖面广、涉及内容多、更新发展快、既强调理论又偏重实践应用的课程，与实际生产和工程应用结合紧密，学生走向工作岗位可能直接应用的一门专业知识，也是每年双选会上用人单位非常看重的一门专业课程。

为了进一步加强本科教学工作，全面提高本科人才培养质量，各个高校都在实施新的一轮“本科教学改革与质量工程”。为此，我们课题组选择了“《电气控制与可编程序控制器》课程教学改革与实践”作为教改项目，在课堂教学、实验教学、网络课程建设、教材建设等方面进行了综合教学改革与探索，取得了不错的效果。

一、课堂教学环节是基础和关键

对于授课的教师来说，在课堂上向学生传授什么样的知识、如何传授好知识，在课堂教学过程中如何搞好对学生能力和素质的培养，都是教学工作的基础和关键。近年来，为了全面提高本课程的教学质量，我们认真分析了本课程的结构特点和教学需求，围绕着激发兴趣、提高质量，主要从教学内容的选择和组织、先进的教学工具辅助教学的改革入手，实现课堂教学过程的整体优化。

1.抓好课堂教学内容的选择和组织。《电气控制与可编程控制器》课程由“电气控制技术”与“可编程序控制器”两部分组成，两部分之间既相互联系，又相互独立，两部分内容在工业现场都应用广泛，两部分教学内容显得同样重要。

“电气控制”部分主要包括：基本的电气元器件介绍，基本的电气控制线路分析，传统的复杂电气控制线路分析与设计等内容。

“可编程序控制器”部分主要包括：可编程序控制器的接口电路，梯形图、状态转移图和应用指令的软件编程，可编程序控制器在工程中的应用等内容。

本课程具有课时少但教学内容多的特点，课程教学目的是让学生掌握电气控制线路的分析和设计。为了实现教学目的，我们紧紧围绕着抓基础、学方法、重应用的科学教学法，抓好课堂教学内容的选择和组织。

该门课程的基础就是电器元件表示方法和选型、可编程序控制器的接口电路和软件编程。这部分内容对学生学好该门课程至关重要，学生必须熟练掌握电器元件的图形符号、文字符号、主要特点和元器件选型方法。因此在课堂教学中，我们对教材中使用的元器件的工作原理、特点、图形和文字符号尽可能详细讲解，对时间继电器等较难理解的内容，尽量采用比喻法、比较法教学；介绍国家最新的图形和文字符号国家标准；所有元器件图形和文字符号都必须严格按国家标准做在作业本上；适当增加一些元器件选型的作业，要求同学通过上网查询企业资料完成。

“学方法”就是教师深入研究教材内容，对电气控制线路分析方法与设计方法进行系统总结，在课堂上主要是传授方法，让学生牢固掌握方法，达到事半功倍的效果。

例如在教材“基本电气控制线路的分析”教学过程中，我们总结出来的教学方法是对基本电气控制线路的分析宜采用主回路要“记”，控制回路要“推”。因为基本的电气控制线路总是由主回路和控制回路组成，如正反转控制线路，三相笼形异步电动机Y-△形降压启动控制线路，三相笼形异步电动机能耗制动控制线路等。基本的控制线路主回路并不多，每位同学必须记住不同主回路的共同点和不同点，以便一见到控制线路的主回路，就能判断控制线路的功能。控制回路则很多，控制回路宜“推”不宜“记”。推导的方法是先找出控制回路的按钮，然后用非常成熟的工作流程图分析，按钮按下后，主回路的动作结果就可以了。这样的方法学生掌握起来比较轻松，极大地提高了同学们的学习积极性。

又例如在PLC教学过程中，本课题组的老师在授课时不但重点讲授与实验室配套的三菱公司的PLC，而且抓住三菱公司PLC与其他公司PLC的共性进行重点讲解，以此扩展学生的知识面，使学生不但掌握了三菱公司PLC的应用技术，同时也掌握了在国内广泛使用的西门子、欧姆龙等其他公司PLC的应用技术，这样的授课方式受到学生们的欢迎。

“重应用”就是教师将枯燥的理论知识与生动的现实工程相结合，并且形象、逼真而且准确地反映实际情境，是提高教学效果的一项重要方法。在“可编程序控制器”教学时，尽可能多地采用案例教学法。案例教学法能很好地创设一个模拟平台，使学生们在实际的案例中得到接近于真实的训练，这无疑是一种良好的教学方法。而在案例的选取上，应尽量做到知识性与实践性、现实性的有机结合，使学生在虚拟的实践条件下得到类似于真实的实践训练，并从中掌握知识、应用理论、培养能力。

2.利用了先进的教学工具努力提高教学质量。“电气控制部分”具有图多、图大的特点；三菱公司的FX系列产品有丰富的指令系统、强大的通信网络功能、操作方便调试灵活的编程调试环境。而教师在课堂上使用“一支粉笔、一块黑板”的教学方式为学生展现三菱公司FX系列产品的强大功能是相当困难的；在有限的教学时间内完成如此丰富的教学内容也是不可能的。

因此，使用多媒体教学方式讲授《电气控制与可编程控制器》课程，授课内容可达到传统教学方式同等时间授课内容的两倍以上，使授课质量和效率得到了明显提高：降低了教师课程教学劳动强度和授课出错率，使教师充分体验多媒体教学方式的优越性。学生在课堂上也被多媒体生动活泼的展现方式所吸引，收到良好的教学效果。使用多媒体教学方式可以把以前认为难理解、难掌握的知识点让学生在轻松愉快的气氛中理解和掌握。

教学实践表明多媒体教学也存在一些问题，如知识点保留时间过短，学生无法记住这些知识点、无法做笔记等。最好的方法还是黑板书写与多媒体有机结合，一些不易书写的图形、表格、资料可以采用多媒体投影，一些重要的公式、定理及推导过程还是采用黑板书写效果好。

二、实验教学改革

教学的目的除了传授知识外，还有一个重要目的是提高学生的素质和综合能力。抓好实践环节是提高学生的素质和综合能力的重要途径。在教学实践过程中我们进行了以下几个方面的尝试。

1.综合设计性实验开发，配套实验指导书更新。《电气控制与可编程控制器》课程，根据不同专业的不同教学学时，都安排有8～12学时的实验课。以往的实验课，实验指导书是根据厂家的设备说明书编写，电路和软件都很详细，学生只要按指导书上的步骤连好电路和输入软件，实验就可以完成。全部是验证性实验，学生做实验的积极性不高，实验效果也不好。保留一半的基础验证性实验，我们把另一半的实验开设成综合设计性实验，更新了配套的实验指导书，实验指导书上综合设计性实验只有实验目的、实验设备和实验器件的资料和实验要求等内容，不提供具体的实验电路和软件。我们提前一周把实验题目公布给学生，让学生分组根据已学知识，收集和整理相关资料，自己设计实验所需电路和软件。软件允许学生选择梯形图、步进指令或者指令表程序中的任意一种编写，在老师审核同意后就可进行实验操作。综合设计性实验开设，极大地提高了学生做实验的积极性，锻炼了学生的动手能力。

2.开设课程设计课程。《电气控制与可编程控制器》课程是一门实践性很强的专业课程，实验课的开设对学生动手能力的培养很有帮助，但是实验课课时有限；实验课往往是局部电路的验证和设计，还不能够让学生全面了解和掌握电气产品设计的全过程。为此，我们在自动化、电气自动化等专业的教学计划中安排有两周的《电气控制综合课程设计》课程。

综合课程设计要求学生在教师指导下独立完成某一电气控制系统设计。学生需要掌握电气控制系统的完整设计过程；熟悉有关设计规范，会用图纸、文字资料表达设计意图；在设计过程中，需大量查阅有关资料和设计规程、规定，学会收集设计资料的方法和途径；提高编制工程设计图纸资料的能力；根据任务书的要求，完成设计报告。

一个专业的课程设计一般由两个教师负责指导，教师把一个专业的学生分成两个大组，再按4～5人分成若干小组，教师为每组拟定不同的设计题目、设计任务及要求。电气控制综合课程设计在教师指导下由学生分组独立完成，每组学生应完成的设计内容及要求如下。①根据工艺技术要求编制设计任务书。②控制系统方案设计：根据电气控制要求，拟定设计技术要求；对方案进行分析比较和选定，要求对至少两个以上方案进行对比分析；根据选定的控制方案绘制电气控制系统方框图。③根据选定的电气控制系统方案进行电气控制线路设计：单元电路设计；完整的电气控制系统设计；完成元器件的选型。④根据现有的实验设备完成模拟电气控制系统的设计并仿真调试。⑤完成课程设计报告的撰写。

完成课程设计，既要掌握控制理论、电气控制与可编程序控制器和电机与拖动基础知识，还要了解本专业的有关工程实际知识，如工程设计的程序和方法、电器元件选型的方法和步骤等内容。利用课程设计的机会，对学生进行综合技能的培养，让学生熟悉电气产品设计的全过程，使学生在校期间就接触工业自动化的最新技术并使实践环节训练更贴近工程实际，增强了学生的学习兴趣，提高了实践环节的教学质量。

3.开设第二课堂——电气控制与可编程序控制器的高级技术。如何让感兴趣的同学在校期间就能够很好地掌握电气控制高级技术，为企业培养高素质人才呢？

我们为学生开设了第二课堂。我们共设置变频器的应用、PLC模拟量模块及其应用、PLC的通信、人机界面（触摸屏）技术和PLC的仿真软件五个模块，每个模块设置相应的学分且纳入学校的教学计划，实验室对学生全天开放，学院安排专门的指导教师进行指导，学院定期对选择模块的学生进行考核，考核合格给予相应的成绩。开设第二课堂使学生的动手能力得到了进一步提高。高级技术掌握得较好的同学，在毕业生双选会上表现出很强的竞争力，在参加工作后表现出上手快、后劲足的优势，普遍获得用人单位的好评。

三、网络课程建设

随着多媒体技术和互联网技术的飞速发展，学习模式和学习方法发生了巨大的转变，课程网络化成为教育方式多样化的重要组成部分。网络课程辅助教学作为课堂教学的补充和课外延伸，已在课程学习中起到越来越重要的作用。

2008年，利用学校提供的天空教室网络平台，《电气控制与可编程序控制器》已完成网络课程一期建设，相关专业的教学大纲、网络课件、PPT课件、习题等内容已可以在网络课堂上供学生使用。可以实现网上布置作业、网上批改作业、网上答疑等网络平台提供的功能。目前，我校网络平台的软件正在更新，针对一期网络课程存在上网内容比较单一，不同专业设置的对应内容太少，网上布置作业、网上答疑等网络课程的辅助教学手段使用不够充分等问题，我们组织课题组的老师，根据修订的最新教学大纲，对网络课件、PPT课件、习题、企业资源、可编程序控制器的仿真软件等内容进行了更新；增加了网络视频，积极建设校级精品资源共享课程，为学生课后上网学习搭建了一个很好的平台。通过近几年的教学实践，我们深刻体会到了在教学过程中学生是教学活动的主体，除了教师从教的方面努力调动学生的积极性提高课堂的教学效果外，还应配合现代化的教学方式和辅导手段，解决现代化教学方式效率高而学生做笔记困难的实际问题，学生也应从学的方面摆脱传统教学方式对他们的影响，摸索总结出一套适应现代化教学方式的学习方法来，以进一步提高教学质量。

四、教材建设

我校有自动化等专业开设《电气控制与PLC》、《可编程序控制器》、《机械电气控制及自动化》等课程，其他高校情况类似。2005年前，我们在选用教材时发现，能够满足要求的教材不多。为此，我们课题组的老师从2005年开始就收集资料，总结多年的教学经验，进行教材编写。教材编写的指导思想是理论结合实际，突出学生工程应用能力的训练和培养，便于组织教学和实践。内容安排上特别注意每篇之间既相互联系，又相互独立，以利于分别开设“电气控制技术”与“可编程序控制器”两门课程的院校选用。教材编写时特别注意使用的文字符号和图形符号符合最新的国家电气制图标准。《电气控制与可编程序控制器》教材第一版于2007年9月由化学工业出版社正式出版。目前在我校自动化等专业已使用多届；同时被东南大学、陕西农林科技大学、韶关学院等几十所院校选用。《电气控制与可编程序控制器》教材建设既满足了教学的需要，又对提高该门课程的教学质量提供了帮助。2009年1月获得中国石油和化学工业优秀教材二等奖，2012年3月入选四川省“十二五”规划教材。2014年8月，《电气控制与可编程序控制器》教材第二版也由化学工业出版社正式出版。丰富的课堂教学和实践教学经验是教材建设的质量保证，教材建设满足了教学的需要，同时教材建设又提高了教师的教学水平。

五、结语

经过近几年的教学改革实践，该门课程的授课质量较好，获得了同学的一致好评，也形成了多达7人的教学质量稳定、高水平的教学团队，主讲该门课的教师在教学上也取得了一定的成果，本课题组教师多次获得学校课堂教学优秀奖。注重人才素质和能力培养是教学改革中讨论的重要话题。随着教学改革的不断深入，教师和学生的认识会逐步提高，我们也想借助我校教学改革的东风提高思想认识，积极建设《电气控制与PLC》省级精品课程，把该门课程的教学工作推向一个新的高度。我们要进一步扎扎实实做好具体的教学工作，在教学工作过程中更加努力地探索有利于学生素质和能力培养的新方法、新途径。

参考文献：

[1]颜文旭.在“电气控制及PLC”中应用案例教学法的实践与思考[J].中国电力教育，2010，（1）.

[2]杨孟涛，等.电气控制及PLC课程教学改革探索[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2013，（1）.

[3]吴宏歧，等.《电气控制及PLC》课程工程案例教学方法研究与实践[J].大学教学，2013，（10）.

[4]周敏，等.成效为本的“PLC控制技术”课程教学改革[J].电气电子教学学报，2014，36（1）.

[5]韩立强，等.基于CDIO理念的电气控制及PLC三级项目教学改革研究[J].教育教学论坛，2014，（28）.