以实践能力为导向的电气控制与PLC技术课程设计教学实践与探索

王晓燕

(兰州城市学院培黎机械工程学院，甘肃 兰州730070)

0 引言

电气控制与PLC技术课程作为电气工程、机械设计制造及其自动化、机器人、工业自动化等专业必修基础课程，在学生知识体系的培养中十分重要[1-3]。然而，因概念繁杂、注重动手实践等特点，学生学习积极性普遍不高，导致教学效果和学生实践能力培养极不理想。为了使学生能够更好地掌握课程的基础理论，并能将其应用于分析复杂模型，进而提高学生综合应用所学知识解决工程实际问题的能力。国内多所院校在理论教学基础上陆续开展了相应的课程设计及综合训练环节，进而形成从理论教学、课程实验到实践应用的一线化教学体系，使学生能够将所学应用于工程实践，从而提升其学习兴趣、培养解决复杂系统工程的能力[4-5]。然而，经过多年教学实践呈现出一系列突出问题，如各环节相对割裂、知识点覆盖范围窄、时间短任务重、学生实践兴趣不浓等，亟待改善。

近年来，已有许多关于电气控制与PLC技术综合实训环节的改革与探索，取得了较好的教学效果和一系列改革实践经验。例如，利用虚拟仿真手段让抽象难懂的电气控制原理图“动起来”，将系统的电气控制过程以及各电器元件的电气响应动态展示，进而实现现代教学工具和传统工程实践相融合，使学生能够形象生动理解其电气过程[6]；依据不同学生知识结构和兴趣爱好不同，采取设计内容多层次、覆盖领域多方面梯度设计的选题思路，由理论验证逐渐向工程实践过渡，同时采取多种实现方案联合施行[7]；将理论课堂、实验教学与实验平台充分融合，构建理实结合立体化教学实践体系[8]。

文章针对以往的课程实践环节中存在的问题，综合各兄弟院校机械设计制造及其自动化相关专业工程实践探索经验，进行了系列改革与实践。

1 电气控制与PLC技术课程设计教学改革总体思路

如图1所示，以学生实践能力培养为导向，构建“三层次、四结合、一能力”的实践教学体系结构。实践训练贯穿三个层次，训练体系涵盖四个结合，在教学效果突出一个能力。具体为，将电气控制类课程理论知识、课内实验、综合训练等相结合实现课程群内循环统一；以低压电器特性及应用、经典电气控制系统、电气控制线路设计、PLC编程控制，将专业电类课程群相互结合构成统一体系；以机械制造过程电气控制为核心，将专业特色和学科方向融入综合训练，打造教学科研相融合平台；协同学生实践能力差异，设计分层次梯度训练任务方案，让每个学生融入训练过程，进而提高动手实践能力，达到工程训练的目的。

图1 电气控制与PLC技术课程设计体系方案

2 电气控制与PLC技术课程设计实践体系构建

一般一门综合训练的时间为3周，在这么短的时间要学生设计一个完备的电气控制系统极为困难，首先通过电气类理论教学、课内实验、课程设计内容的有机整合，形成以电气过程控制为处理对象的课程群内部相关联。同时，按照电气特性、工作机理、控制应用的各个过程，将机械设计制造及其自动化专业各门电类实践课程构成一个有机体系，进而构建理论教学—实验教学—课程设计—科技实践—毕业设计各个环节可延续的教学模式，如图2为典型的基于PLC的C650卧式车床的改造系统设计。

图2 基于PLC的C650卧式车床的改造设计

3 课程设计覆盖知识体系构建

电气控制与PLC技术课程设计开设在第三学年的下学期，专业陆续开设了电路、电工技术、微机原理、嵌入式系统、机电传动与控制等一系列专业基础电类课程，也完成了电子技术等综合实践训练，具备了电路、机械和控制基本认知，本课程设计覆盖知识体系构建核心是体现出三者融合。同时，充分考虑学生实践能力存在明显差距的实际，将覆盖知识体系进行层次梯度划分，使得每个学生结合自身实践能力和兴趣特点均能融入训练之中。基于上述考量，结合专业特色与定位构造知识体系由电器特性与PLC控制、机械过程与电气控制相协同两部分组成。

4 紧扣信息技术趋势，注重科教融合

电气控制与PLC技术是将继电器技术、计算机控制、可编程器件、现代通信技术融于一体的综合性实践课程。该课程具有多专业领域交叉、工程实践性强、知识体系更新快等特点，特别是随着信息技术的飞速发展对课程的体系架构提出更高的要求，相对应的综合实训环节也应适当进行充实前沿理论、行业发展趋势，并注入本学科最新动态。积极将教师团队的最新科研成果和专业代表性的竞赛题目融入实践教学，使训练内容始终具有先进性、时代性和普适性。训练过程中采取导师制团队指导，并以组为单位考核，鼓励学生相互交流与协作。夯实训练实践环节，突出实践能力培养，最终达到巩固理论知识、开阔专业视野，拔高实践层次，以实现学生电气控制领域从业技能提升。以科研创新训练为着手点，积极鼓励学生参与指导教师科研项目，通过了解项目背景、意义、科学价值等，培养科研创新思维。通过搭建科研实验系统、设计科研实验内容、采集实验数据、整理实验结果、撰写学术论文等过程了解科研探索途径。参加学术会议、聆听学术报告等追踪行业研究前沿热点，感受科研魅力，提升科研兴趣，融入专业科研世界。

5 以学科竞赛为契机，注重赛教融合

为进一步提高学生对课程设计的兴趣，以专业学科竞赛为抓手，鼓励学生积极参与科技竞赛活动，特别是围绕“互联网+”大学生创新创业大赛和中国智能制造大赛课程关联度高的竞赛选题，为课程注入时代前沿活力。同时，对于课程设计过程中具有创新意识的作品，通过导师制积极引导使其更好完善去参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛，进一步提高学生课程设计成就感和激发其实践动手积极性。持续坚持赛教融合改革，学生的学习兴趣明显增加，实践能力也得到了明显提升。

6 结语

文章以学生实践能力培养目标为切入点，实现理论知识、课内实验、课程设计以及专业其他实践环节紧密结合，将专业特色、实践体系、学科竞赛、递进式平台等多方面与电气控制与PLC技术课程设计实践深化结合，打造了“三层次、四结合、一能力”的实践教学体系。教学实践表明该系列改革，有利于提高学生的实践兴趣，进一步提升其解决复杂工程问题能力，符合提升机械设计制造及其自动化专业应用型人才培养需要。