“电气控制与PLC应用”的课程实践与探索

程广亮，李春峰，邢笑雪，王 桔，张海洋

（长春大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022）

0 引言

随着“中国制造2050”“创新创业”“人工智能”等新名词新领域新技术的不断涌现，社会对工科高校的要求也逐渐改变，学校的职能和发展方向也逐渐改变，很多高校也逐渐向应用型大学转变，“电气控制与PLC应用”这门课程是应用型大学中一门显著体现应用能力培养的大学课程。“电气控制与PLC应用”是电气工程及其自动化、自动化等专业的一门非常重要的专业必修课，课程本身实践性很强，有利于培养工科大学生的动手实践能力，也是新工科建设中的一门重要的核心课程，在多年的课程建设实践和探索中取得了很大的进步[1-2]。

1 教学目标的凝练

现代社会，PLC技术被越来越广泛地应用于各个领域。我们生活中常见的交通信号灯、音乐喷泉、高楼大厦的电梯、汽车行业的生产装配流水线、各种禽畜宰杀的自动流水线、各种工业控制用的机床电气控制设备等都能看到PLC的身影，对于毕业后从事工控领域的大学生，如果学好PLC技术，就等于拥有了一块迈入自动化设备制造企业的敲门砖，同时也为将来的高薪和美好生活打下了坚实的基础，同时对于培养创新型人才也是一种助力。

课程以培养工程能力强，富有创新精神，能够为社会发展和国家建设服务，具有自动化工程领域较宽广的专业基础知识，能够从事自动化领域的研究、设计、开发、教育和管理等工作的人才目标为己任。

正是在多年的课程建设中，逐渐明确了课程的定位及发展目标，使课程发展方向更加明确，教师的教学目标和学生的学习目标更加清晰。

2 教学内容的修正

课程主要包括电气控制原理、可编程序控制器、电器控制装置设计基础等三大部分，电气控制原理部分主要讲三相异步电动机的正停反、反接制动、能耗制动、星角降压启动等典型电路的控制及常用低压电器原理的介绍；可编程序控制器部分主要讲解三菱公司的FX2N系列PLC的组成原理及其编程，同时利用4学时左右的时间，把西门子S7-200系列PLC与三菱FX2N系列PLC进行了对比讲解。最后讲解把电气与PLC两部分知识综合应用的典型电气控制装置的设计方法及实例应用。整个教学过程中虽然学时少，但通过本课程的学习，学生能够完成对于三菱PLC和西门子PLC的原理及应用的全面掌握任务，以前的教学内容是只讲三菱PLC，现在逐渐向西门子PLC类型过度，很多习题及实验也都是西门子PLC方面的，教学内容的改变和修正是结合毕业生的反馈和市场需求以及学校实验室设备的更新，将来如果能上S7-1500等新机型，那我们的教学内容也要做相应的改变。电气部分也由原来比较笨重的电器逐渐向新型数字化电器过度，如时间继电器、开关电器等，逐渐向数字化电器过度。

3 教学方式方法的改进

随着学校对教学工作的逐步重视以及任课教师多年的课堂教学积累，逐渐形成了完善的教学体系。从以前单纯的课堂教学，向理论教学、实验、实践，线上线下等全方位、多角度的立体教学模式转变。

首先，教学硬件设施不断改进。理论教学方面，教学设备上有多媒体教室、投影仪、电视机、实验演示硬件等多种设备；课堂教学软件有三菱和西门子公司的编程及仿真软件，能够完成课堂上一些实例的现场演示，比如交通灯、电梯等的现场仿真编程演示。实验实训教学方面，西门子S7-200，S7-300综合实验平台12台，可以一次承担40人左右的现场实验实训教学。另外还有多套PLC实训设备，如六层双梯实训平台及PLC伺服控制实训平台等多种实训设备，能很好地为实训教学提供保障。

其次，教师教学手段和方式也不断更新和改进。我们主要采用多媒体教室上课的形式，教师讲解、学生课堂讨论、课后作业、现场测验等形式，课堂教学中讲解编程环节时，教师现场利用仿真软件和编程软件实时演示理论教学中的编程及电气控制实物动画案例，能够生动地仿真演示工业现场的实际控制过程，同时也增加了SPOC平台的课程资源建设，教师可以通过SPOC平台完成课堂签到、作业批改、课堂测试、课后答疑等多项教学活动，网上教学平台的应用大大拓宽了教学模式的改变，使学生课上课下都能很好地学习和巩固所学到的知识，对于难点还可以课后翻看教学视频，自学理解消化课堂上理解不了的知识。同时，在教学中，我们采用项目式教学、问题驱动教学和结合示例教学相结合的方法，基本理论用PPT等多媒体手段传统教学，案例及编程实例等教学采用项目式教学方法[3-4]。实验教学中我们采用任务式、项目式等多种教学方法混合式教学，教师提要求，提任务，发布项目，学生组成小组，分工协作，按要求完成实验项目及任务，最后写出实验报告。

最后，教师通过本门课程教学方式方法的提升，改进了教学的同时，也提升了自身的业务水平。 尤其在实践教学及各种课程相关竞赛环节中，通过一个个任务的完成，一项一项竞赛项目的实现，使学生不仅学到了知识，还尝到了设计出一种新装置且自己亲手实现的那种成功的喜悦。这样使学习不再枯燥乏味，而是变成了实现某种目标的动力。

4 考核手段及方式的改进

以前课程考核主要是理论靠期末考试，实验靠实验报告、出勤、实际操作情况等综合考核，实训环节靠实训实际操作情况及项目和报告完成结果来考核。课程本身考核包括平时成绩、实验成绩、期末考试三部分，各部分比例分别为20%，10%，70%。

现在课程考核方式改革，这个课程包括平时成绩、平时测验1、平时测验2、实验成绩、期中考试、期末考试6部分，对应比例为15%，5%，5%，10%，15%，50%。

通过考核手段和方式的改革，改善了学生的学习状态，使大部分学生在平时就能注意听讲、学习、实验，为切实达到课程目标提供了保障。

5 教学效果的提高

课程能够使学生掌握全面的电气与PLC控制技术，锻炼学生PLC编程及电气电路设计能力，进而培养了一批未来能从事自动化控制行业的高端设计人才。学生通过课程学习，一方面可以使学生能够完成关于PLC方面的毕业设计，一方面也使有些同学找到了大学学习的方向，使一些学生对于工控PLC领域的工作提高了兴趣，为将来毕业找工作提供了很大的帮助，每年大四学生毕业找工作，都有一批学生从事PLC行业的设备维护及产品研发，每年都有一批学生反馈毕业后学到的PLC新知识新技术，一门课程也承载了好多学生毕业找工作的任务。

6 遗憾和不足

本课程所讲授的PLC技术主要以s7-200和FX2N系里PLC为基础，S7-300和S7-400，S7-1200和S7-1500方面的知识讲解的太少，一方面实验室硬件资源有限，一方面课程总体学时有限，一方面讲太难太多对于少部分学生还可以，但对于大部分学生来说，理解起来还是比较困难的。好在有学习愿望的同学可以通过参加各种PLC大赛，参加各种PLC培训来弥补课程的不足。

7 结语

本文主要介绍了“电气控制与PLC应用”课程的建设过程中在教学目标、教学内容、教学方法、教学手段、考核手段、教学效果等方面所做出的改革和探索，提出了一些教学方面的经验和方法的改进措施，也阐述了一些课程教学中的不足和遗憾，可以作为相同或相关课程的教学交流与探讨。