电气控制与PLC技术课程改革与实践

刘桂波　齐建家

摘要：本文以电气控制与PLC技术课程为研究对象，从工程实践出发提出通过展现一个实际工程项目从构思、设计到实施、运行的全过程来培养学生的工程实践能力，进行了课程内容的调整，并制定了实施方案，为后续的课程持续改进明确了方向。

Abstract： Taking the course of Electrical Control and PLC Technology as the research object， and starting from the engineering practice， this paper puts forward a process of a practical engineering project， from conception and design to implementation and operation， by which we can cultivate students' engineering practice ability adjusts the course content based on this standard， formulates the concrete implementation plan and also help clarify the direction for the continuous improvement of the follow-up courses.

關键词：电气控制与PLC技术;项目化;课堂反转

Key words： Electrical Control and PLC Technology;project;class inversion

0  引言

“电气控制与PLC技术”是一门应用性实践性极强的专业课，在学生工程实践能力培养的过程中具有重要的作用。传统的专业课程结构，采用传统的教学方法，培养的学生难以满足要求不断创新的现代企业对人才的需求，导致学生就业困难，进而影响学校的发展。因此更新教学理念，调整教学培养目标，对授课方式方法进行改革势在必行。

1  课程改革的具体措施

从工程实践出发，采用项目化教学方式。以往的项目化教学是以多个实践项目注重分析控制要求，设计控制系统（含电气原理图及控制程序设计），弱化了控制方案设计、硬件选型与配置、项目归档。本课程的项目化教学方式将国际工程认证教育理念、大学生认知能力相结合，从工程实践出发提出通过一个实际工程项目的构思、设计、实施、运行全过程来培养学生的系统思维、工程意识、质量与标准、创新意识。在项目化教学方式的改革是以西门子S7-1200系列PLC为研究对象，以灌装自动生产线的控制项目为主线，以项目任务的方式从控制要求得分析与讨论、确定整体控制方案、制定电气控制方案、确定控制系统的输入输出信号、硬件选型与配置、I/O分配、PLC控制系统硬件设计、PLC控制系统软件设计到编制项目的技术文件全过程培养学生的系统思维。

采用实际的工程项目对学生实现工程项目的全过程培养。在课程导论里，先以视频的方式引入自动化的概念，熟悉自动化项目设计的流程。在项目引入阶段采用了多种灌装生产线的工作视频，通过多视频的对比总结灌装生产线的工作过程，再通过课下的分组作业完成调研，分析和讨论控制要求，确定控制方案。课上再将讨论结果在课堂上进行分享，为了适应课程时长，再对控制要求进行简化，以符合少学时的授课安排。

通过学生自主讨论的结果引导他们理解拿到甲方的项目任务后如何思考以及完成该项目设计的具体流程以及该流程的必要性，以任务卡的方式明确每一流程的具体设计任务和要求，通过提交灌装生产线项目设计涉及的每一流程的设计成果最总完成一个完整的项目报告和附件来培养学生的工程意识。

在提交的每一项成果里，注重功能的同时更注重规范和标准。从电气符号的规范到原理图的绘制规则，从PLC的选择到程序的编写与仿真，从系统的分析到项目文件的撰写，都强调标准与规范、质量与成本。

在电气控制原理图设计上弱化电器的结构原理，以学生的自主在线学习为主。课堂上注重强调电器的选择和使用，再针对具体的灌装生产线的实际工程应用强化电器的选择规则和使用方法。

在系统程序的设计上强调功能的实现，鼓励多途径，鼓励程序简化。通过小组讨论的方式，让每组学生提出自己的程序解决方案。

从培养学生自主学习能力出发，实现课堂反转。反转课堂就是打破传统学生课上学习课下作业的模式，创造学生课下学习课上练习巩固的一种新的课堂模式。重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生。它的直接运行结果是课下学生携带自己的设备学习，课上集中讨论、交流、合作解决问题。

课堂反转包括两个方面的内容：一个是项目调研、在课堂上进行知识分享。第二个是根据项目要求进行分组讨论、在课堂上进行讨论结果阐述论证。

其中项目调研是为了弥补课时不足，以灌装自动生产线的控制项目为研究对象，引导学生自主查阅文献，并对所查阅的文献进行整合提炼，完成项目的前期调研，撰写规范的调研报告，并在课堂上对自己的调研成果进行分享。

分组讨论既是一种教学环节，又是一种教学手段，它真正体现了以学生为本的教育理念，激励学生自主探索学习。为了调动学生的学习积极性，培养学生的自足学习能力和团队合作精神。由学生自主意愿组成团队，组内成员分工明确，每个学生要承担属于自己的特定职责，此外，还要完成讨论资料整理、发言、讨论记录以达到让每个学生都能自主高效完成讨论。课下分组讨论后，各组将讨论结果在课上进行展示。

机械电子专业，57名学生，自由组合，5-6人一组。调研阶段学生还不能适应教学方式的改变，在自主搜集资料、整理调研报告、制作PPT及成果展示时，出现了1-2名学生包揽全部工作，其他人不参与的情况。第二次的讨论修改了实施方案，让学生先课下讨论，在课堂上每个成员要明确提出自己的观点和对其他人的异议，再由组内随机抽取学生阐述全组最后的结论，并以此作为考核的依据，学生参与的积极性明显提高，获得的结论也更有参考价值。

2  效果分析

根据课堂的效果、提交的项目成果以及学生的自我评价可以看出，他们达到了该课程对毕业要求的达成。熟悉了工业自动化项目的设计流程;明确了每一个流程需要掌握的基本技能;能够就相关问题进行文献检索，并对文件进行分析，撰写调研报告。能通过自主学习、讨论、分享等其他方式完成系统分析，方案确定。并在线上完成软件学习，并利用编程仿真软件完成系统程序的设计和仿真实施，进而具备了控制系统设计思维和能力。经过一个学期的项目化教学和反转课堂的实践，学生顺利完成了电气控制与PLC技术课程的学习，学生对课堂的参与度明显提高，学习效果良好。

经过一个学期的实践，也暴露出一些问题。最初先要实现的每一组确定自己的控制要求，导致学生控制要求繁简差别较大，后续的工作完成不足，故而适当规定难易程度是必要的前提。基础知识讲解学生兴趣不高，可以尝试课下线上学习，增加课上分享讨论。触摸屏和上位机监控系統部分内容较多，学时稍显不足，可以适当简化监控系统的要求。

3  结论

本次的电气控制与PLC课程的教学改革，以机械电子工程专业的培养方案和毕业要求为指导，以项目教学方式为主导，以反转课堂为措施，调整了相关的教学内容和具体实施方案，效果明显。同时，也为课程进一步的持续改进提供了后续的方向。

参考文献：

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基金项目：黑龙江工程学院项目2017年新工科研究与实践项目（项目编号：XGK2017307）;2017年黑龙江工程学院教育教学改革研究项目（项目编号：JG2017102）。

作者简介：刘桂波（1974-），女，辽宁朝阳人，讲师，硕士，研究方向为机电控制。