“机械设备电气控制”课程实践型课堂的研究

张德义， 袁明新,2， 高进可

(江苏科技大学 1、苏州理工学院 机电与动力工程学院，2、机电与动力工程学院， 江苏 张家港 215600)

“机械设备电气控制”课程实践型课堂的研究

张德义1， 袁明新1,2， 高进可1

(江苏科技大学 1、苏州理工学院 机电与动力工程学院，2、机电与动力工程学院， 江苏 张家港 215600)

本文针对我院“机械设备电气控制”课程目前教学现状，提出模块化构建实践型课堂。确定低压电器、电气控制电路、PLC硬件和PLC软件四个模块，根据教学内容的特点以及工作岗位对所需知识要求，采取多种不同的教学模式，实现“因材施教”。实践教学效果表明，多种教学模式相结合的实践型课堂，能够更好地培养学生的实践能力和综合素质。

模块；实践型；教学模式

0 引言

“机械设备电气控制”是面向机械类专业开设的一门专业技术基础课，在教学计划中起着承先启后的作用，不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实践性和应用性。通过该课程的学习，学生应能掌握常用继电器接触器的设计方法，具有对典型的机械设备的电气功能分析技能，具有运用可编程控制器进行线路设计的能力，为后续专业课程学习和今后从事电气控制系统的分析和设计工作打下坚实的基础。

目前，多种教学改革措施已被应用到该课程教学中，用以提高教学效果。文献[1]以典型的电气控制项目为基础进行教学设计，将课程的知识点与项目实践相结合；文献[2]基于该课程的特点结合工作岗位要求，确定了以行动为导向的教学模式，从而提高教学效果。但是大部分教学改革多集中于理论课程，尚未涉及提高学生的实践能力，满足工作岗位的要求上。因此，进行合理的实践性课程改革是十分必要的。

根据我院的办学定位和办学目标，从我院的现有条件出发，本文提出采用模块化方式构建实践型课堂，将理论课与实践课相统一，从教学内容、教学方式和教学手段等方面入手，提高学生的应用能力，改善教学效果。

1 实践型课堂的构建

通过教学实践，我们发现“机械设备电气控制”这门课程在教学过程中存在以下几点矛盾：①内容量大与学时少的矛盾；②内容涉及面广与先修课程不足的矛盾；③理论多与实践少的矛盾。

针对上述的几对矛盾，以及目前教学现状，我们提出以下几点改革措施：①合理制定教学大纲及评价方式；②多种教学方式相结合，实现“因材施教”；③将理论课与实验课整合构建实践型课堂。

实践型课堂的含义是指通过在课堂上有计划地组织学生进行观察、演示操作等实践活动，并结合多种教学方式，把理论知识与实践活动有机地结合起来的一种课堂教学活动。这种方式避免了传统理论课的填鸭式教育，可以激发学生学习的兴趣，进而提高教学质量和效果。我校“机械设备电气控制”课程包含低压电器、电气控制电路以及可编程控制器三部分内容，根据不同内容的特点，我们将上述三部分知识分为四个模块，即低压电器模块、电气控制电路模块、PLC硬件模块以及PLC编程模块[3,4]，提出模块化建设实验室的构想，让课堂在实验室中进行，构建实践型课堂。这四部分内容的特点如表1所示。

表1 模块化课程教学内容体系

我们根据模块化教学内容特点，配以合适的教学模式与方法，以最大限度地激发学生学习的积极性与参与性，培养学生适应工作岗位所需的能力和素质。

2 实践型课堂的应用

将理论课与实验课整合，以模块化构建实践型课堂。在理论课上，通过增加实践以及实物观察的环节，提高学生课堂的参与感，不仅可以激发学生学习兴趣，还可以提高教学效果。由于不同模块知识特点不同，还需要进一步地针对不同的模块采用不同的教学手段，避免传统“广播式”教学的模式。

1)低压电器模块

低压电器模块研究的是常用的低压电器的结构、工作原理以及选型注意事项等，这部分的培养目标是让学生能够识别各种常用低压电气元件并对所需低压电器元件进行选型[5]。本模块采用实践认知型教学方法，即以问题驱动为导向，通过拆装实践，加强学生对该部分知识的理解与认知。例如接触器，可以使用“多媒体动画+实物拆装”的模式进行教学，多媒体动画用以讲授原理，实物拆装用以讲授结构，理论与实践相结合，帮助学生加深对知识的理解和掌握。

2)电气控制电路模块

电气控制电路模块研究的是三相异步电动机的起动、制动、调速等控制电路，这部分的培养目标是让学生能够熟练地识读控制原理图，并能够设计一般电气系统的控制原理图等。本模块采用工程案例型的教学方法，即不同的基本控制电路分别以工程案例结合低压电器模块知识进行讲授。例如讲授电路保护环节时，短路保护通过熔断器实现，对比图1(a)和图1(b)可以发现：图1(b)中缺少熔断器FU，并且两个电路的开关不同。图1(b)中开关是空气式开关QF，它包含了图1(a)中的刀开关QS和熔断器共同实现的功能，因而图1(b)中的短路保护是通过QF空气式开关实现的。

通过以上的讲解，不仅使学生进一步明确了电路保护环节，而且将相关知识串联了起来。最后以工程案例将基本控制电路结合起来，培养学生综合分析与设计能力。

3)PLC硬件模块

PLC硬件模块涉及硬件组成、工作原理以及通信方式等知识，这部分的培养目标是使学生能够协助现场完成设备的安装与调试。本模块仍采用实践认知型教学方法，以任务驱动为手段，对典型的控制柜进行安装，从中学习PLC的组成、原理、通信等知识，不仅有效地学习了理论知识，而且还培养了学生的动手能力。

图1 电路保护环节

4)PLC软件模块

PLC软件模块包括PLC的编程语言、基本指令以及软件操作等。这部分的培养目标是使学生能正确地识读和分析控制程序，熟练地编写、修改以及调试控制程序等。本模块采用“设计+仿真+调试”的教学方法，借鉴CAD的教学模式，采用计算机结合可编程控制器辅助教学，通过软件讲解编程语言的基本指令，培养学生编程能力。图2是为教学设计的配料监控系统，基于该系统的教学演示，学生可以清晰地了解系统工作过程，不仅提高了学生学习的兴趣，也对PLC控制过程有了更形象的理解。

图2 配料监控演示系统

通过以上的四个模块的学习，在学生具有一定的理论知识和实践能力后，我们在学期末组织一次课程设计，将所学知识进行整合，进一步提高学生知识的应用能力。

3 结语

根据我校的办学目标，针对目前教学中存在的不足，在“机械设备电气控制”课程的改革探索时，以模块化设计教学内容，结合不同的教学方式，构建实践型课堂，与传统的教学模式比较起来，不仅提高了学生的参与感，激发了学生学习的积极性，而且教学效果和学生的综合素质也得到了显著的提升。该教学方式的实践还不长，还有不少的问题需要去解决，比如这种实践型课堂对教师的要求要比传统课堂教学要高，增加了教师的工作负担；学生的学习方式仍然过度依赖教师，不易及时转变学习方式等等。总之，教学改革和探索是一个动态过程，笔者将会根据实践过程中产生的问题进行不断的改进，来丰富和完善实践型课堂教学。

[1] 孔德彭,孔德辉.项目教学法在电气控制及PLC中的应用[J].北京:中国电力教育,2012,24: 50 -51.

[2] 王红梅.基于行动导向的“”电气控制与PLC“”课程教学改革研究[J].杭州:浙江水利水电专科学校学报,2013,25(3):83-87.

[3] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社,2009.

[4] 黄永红.电气控制与PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2011.

[5] 武艳.基于项目式教学的电气控制与PLC技术课程改革的实践[J].武汉:高等函授学报:自然科学版,2012,25(6):64-65.

Research on Practice-Based Class of Mechanical Equipment Electrical Control Course

ZHANG De-yi1, YUAN Ming-xin1,2, GAO Jin-ke1

(1、SuzhouInstituteofTechnology, 2、Schoolofmechatronicandpowerengineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhangjiagang215600,China)

In order to solve the problem of current teaching situation of the course of Mechanical Equipment Electrical Control in our school，modular building practice-based class is proposed. The low-voltage electrical appliances, electrical control circuit, PLC hardware and PLC software—four modules are determined, according to the characteristics of the teaching content as well as the knowledge required for jobs, taking a variety of different teaching modes, to realize “according to their aptitude”. Result shows that practice-based class combing various teaching modes is better able to cultivate the students′ practical ability and comprehensive quality.

module; practice-based; teaching mode

2016-01-24;

2017-02- 14

1、江苏省现代教育技术研究2015年度课题(编号：2015-R-40701)；2、江苏科技大学苏州理工学院2015年度重大教改课题(编号：121020714)；3、苏省教育科学“十三五”规划专项课题，(编号：C-b/2016/01/06) 作者简介：张德义(1989-)，男，硕士，助教，主要从事电气控制方面的教学与研究工作，E-mail：deyi1108@126.com 袁明新(1978-)，男，博士，副教授，主要从事电气控制理论教学与机器人研究工作 高进可(1984-)，男，硕士，助教，主要从事机电设备方面的教学与研究工作

A

1008-0686(2017)02-0027-03