应用型本科机械专业《可编程控制器技术》课程改革与探索

姜迪 汪洪峰

摘要：可编程控制器技术是实现机电一体化设计的不可或缺的一部分，因此具有很强的技术性和实践性。传统的课堂教育模型难以直观有效的向学生传授必要的知识，易导致教材與实践操作不能有机结合，其教学效果不够理想。针对应用型本科机械专业学习可编程控制器技术所表现的不足之处，从教学手段、内容、学生成绩这几方面进行革新，调动学生的积极性，引导学生以课本为引导、以实践为标准的理念，培养学生对可编程控制器技术的理论掌握和实践能力。

关键词：可编程控制器技术;课程改革;应用型本科;机械专业;实践能力

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）18-0130-02

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1引言

可编程控制器技术是机械专业实现机电一体化设计的核心课程，并且此门课程是理论与实践联系极其紧密的课程，能够引导学生切身体会自动化控制的逻辑和具体实现方法，是机械专业务必掌握的一门课程[1-2]。该课程成立较早，发展时间较长，已经形成了一套完整且成熟的教学路线。随着社会的发展和技术的更新迭代，传统的教学方式以及教材的更新速度已经明显落伍，且现在学生所能接受新知识的途径较多，难以全心全力地投入课堂上，带来了课程效率低、注意力不集中、兴趣不足的情况，这也是这门课程目前急需解决的问题[3]。

2 本课程教学过程中存在的问题

目前来看，针对应用型本科机械专业的学生来说，主要存在如下几个问题：

2.1 电路基础及自动化控制原理相对薄弱

机械专业主要的专业课和实践内容更加侧重于机械部分，对于电路基础相对于自动化或机械电子专业较为薄弱，但其开设的课程和教材并无较大差异，因此对教材中的基本原理概念和关键知识点理解思维上欠缺，难以做到融会贯通，未能在大脑中提前形成一定的可编程控制概念，主要依靠老师陈述和讲解，大多时间知识点属于被动输入，学生在有限时间内获得的新知识较少。

2.2 对可编程控制器的控制元器件较为生疏

可编程控制器之所以能够实现控制逻辑，主要在于其能够按照程序设定的逻辑去控制外部执行元器件，因此对外部执行元器件有较好的认识，能够有效地帮助学生理解控制逻辑，做到教材与实践的有机结合。而实际上大多外部执行元器仅能看到其外观和操作按钮，不能直接了解其内部工作原理以及控制形式，这导致较多数学生学习过程中无法有效且及时的做出反应和思考，大大增加教学难度，并且易让学生感觉空虚导致学习兴趣降低。

2.3考核成绩组成不够合理

作为一门理论与实践结合相当紧密的课程，其考核形式和成绩的组成是相当重要，应当由多方面综合考核并形成最终成绩。目前多数考核成绩的模式更侧重于理论课的形式，即卷面理论考试成绩比重较大，实验课与平时课堂表现成绩比重稍低，这就导致部分学生在课堂上表现不佳，但其在考试前突击复习，也能取得一个不错的成绩。这一现象并不能代表学生的真实掌握水平，仅能对课本上已经出现的知识点进行应答，而对于现实生活中出现的陌生问题难以进行有效的响应和解决。

根据上述问题出现的原因，可编程控制器技术课程应当进行一些改革，提出以现实生活案例为主导，虚拟教学和工程实操并用的教学模式，该模式主要在于引起学生的兴趣和调动积极性，发挥主观能动性，更好地提升教学效率和作用。

3改革方法与理念

针对应用型本科机械专业的可编程控制器课程的改革，应当抓住应用型和机械专业这两个关键点。应力求贴合实际和接近日常生活，因此在课堂教育时应当多举生活中常见的案例，让学生能够有效地理解和快速的吸收，这体现了以生活案例为主导。其次虚拟教学是指在课堂上多应用目前较新的教学手段，传统的PPT教学模式略显单薄，应当加入以软件为主导的虚拟教学模式，即利用现有软件向学生展示新知识和新结构，能够更加直观的理解和学习，并且类似于现在的流媒体视频一样的教学方式，更容易提起学生的学习兴趣，这是体现出虚拟教学。最后是工程实操，主要体现在学生的实验课上，在实验课的设置上应当不仅仅开设普适性的项目，同时增设贴合其本专业背景和现实生活中的案例，开放实操项目的内容，让学生作为主导，参与到实操过程中去，也让其具有一定的成就感，提升课程兴趣，有利于对课程的学习[4-8]。其主要的改革方法如下图1所示。

4具体的实施方案

4.1教学内容改革-侧重生活实例

针对应用型本科的机械专业的学生，在讲授相关的理论知识的同时，应当大量引入生活中的案例，将生活案例巧妙地与相关知识点进行融合，引发学生主动思考和感悟。具体实施案例如下所示：

案例1：可编程控制器在编制控制程序时，有时会用到两地控制启停，其原理和作用分别是什么？

在针对案例1这一知识点时，可以直接引入生活中常见的电动车刹车原理，在电动车的行驶过程中突发情况需要进行刹车，按下左刹车或右刹车均可实现刹车功能，其原理是利用开关的通断向电动车控制电路发送断电信号，并驱动刹车装置进行刹车，其次左右两个刹车能够针对前后轮进行单独刹车，以应对不同的驾驶状况。这个过程中的左右刹车就是相当于两地控制，并且可以各自执行不同的动作，但均可实现刹车功能，这就是两地控制的作用和意义。

案例2：什么是自锁，什么是互锁，其作用是什么？

在针对案例2这一知识点时，同样可以直接引入生活中常见的电动车刹车原理，电动车刹车时触发刹车信号，驱动电机立即停止动力输出，刹车装置通过摩擦力将车轮逐渐减速。在这个过程中，刹车信号发出之后，控制器接收到刹车信号并发出指令停止驱动电机的电力供应，这是为了更加有效地进行刹车，否则，驱动电机持续输出动力，刹车装置限制其旋转，将导致刹车性能明显下降，增加刹车距离，或造成驱动电机负载过大进而发热损坏，因此刹车信号和驱动轮驱动信号不可同时存在，这种现象就叫作互锁，即互相锁定状态的意思。同时在松开刹车之后，电动车驱动轮同样不会立即旋转，需要等待下一次驱动信号，这是由于刹车信号具备自锁功能，能够确保在刹车之后电动车不会突然加速，大大提高了其驾驶安全性，自锁也就是自我锁定的含义，这就是自锁和互锁的实际意义。

通过上述案例的引入和解释，可以更加有效地促进学生对两地控制和自锁互锁的控制逻辑有着更深的理解，并且引入生活实例，有助于帮助学生对生活的事情有更深的认知，这是一举两得的事情。同时也让学生明白控制无处不在，看似简单的电动车行驶也涉及较多的控制逻辑，能够提升学生对可编程控制器这一课程的重视程度。

4.2教学手段改革-侧重学生兴趣

在这个流媒体和短视频较为流行的当今社会，更多的学生愿意通过这些方式去学习和了解新知识，相对来说课程以PPT为主的教学方式，略显单调和不够生动，这是社会发展所导向的，和PPT刚出现时对以板书为主教学模式的冲击是一样的，因此需要对教学手段进行改革，去迎合当下学生所感兴趣的和愿意接受的教学手段。

教学手段的改革不是一朝一夕的事情，目前可以先由3D虚拟展示为主要手段，以空气短路保护开关的结构原理为例，教材上已经明确绘制出了相关的内部结构和工作原理，但其原理和内部结构是简化之后的图纸，对于机械专业的学生来说，不仅要理解其控制原理和工作方式，同时也要对其机械层次的结构和工作方式进行学习和深入理解，这样才能够融会贯通。因此通过3D软件对空气短路保护开关进行建模造型或者直接下载相应的模型资源，在课堂上进行讲授，在软件中可以虚拟的进行内部结构、控制原理、工作方式进行展示，学生能够一目了然的明白其功能和构成，再结合课本上的文字描述，可以快速地学习和消化这一知识点，同时巩固了其机械设计和机械原理上的知识点，能够有效地促进学科交叉和举一反三。

4.3考核成绩改革-多元素、多层次

对于在校学生来说，均对期末的考核成绩比较关注，同时也是对学生的一个综合考核成绩，是代表其在本次课程的学习和知识点掌握上的整体水平，因此需要针对不同课程量身定制[9-10]。

对于可编程控制器这一理论与实践同样重要的学科，应当在考核成绩中充分体现出来，期末的卷面成绩可以适当降低比例，应当调节为40%，试验实践成绩同样为40%，剩余20%由学生平时上课签到情况和课堂表现共同组成。降低期末考试的卷面成绩比重主要是引导学生在日常学习效率更高、参与感更强，逐渐减弱对期末考试的侧重程度，也减少了期末考试当天学生状态对最终考核成绩的影响程度，也让其明白学习并非只是为了期末考试，同时能够让学生更加均衡的展现自己对课程的掌握程度。

5结束语

通过这次《可编程控制器技术》的教学改革，抓住应用型和机械专业两个关键点提出以现实生活案例为主导，虚拟教学和工程实操并用的教学模式，抓住学生的兴趣点，因材施教，主动迎合学生，激发自我思考能力。同时教师自身也需要不断的更新知识和教学手段，发现课堂上出现的问题，对关键知识点应当又足够深刻的理解，并能够与现实生活案例相结合，进而有效的传授给学生。此次改革能够有效地引导学生自发学习和思考，能够贴合生活去学习新知识，并将所学知识应用到生活中去，为今后走上工作岗位打下坚实的理论和实践基础。

参考文献：

[1] 周海晶.可编程控制器技术课程现存问题及改革实施方案分析[J].电脑知识与技术，2021，17（21）：255-257.

[2] 姚烨.基于PLC应用技术课程信息化教学改革研究[J].山东农业工程学院学报，2019，36（12）：175-176.

[3] 李佳，吴同金，庞志华.应用型本科电子信息工程专业嵌入式课程教改研究[J].北华航天工业学院学报，2021，31（4）：54-56.

[4] 王延申.新课改下理实一体化教学在PLC课程教学的探索[J].农机使用与维修，2021（8）：120-122.

[5] 张鹏鹏.PLC应用技术课程教学改革初探[J].青海教育，2021（S2）：91.

[6] 周海晶.可编程控制器技术课程现存问题及改革實施方案分析[J].电脑知识与技术，2021，17（21）：255-257.

[7] 秦红红.PLC应用技术课程诊断改进实践探索[J].电子世界，2021（12）：95-97.

[8] 田丽欣.新工科背景下《可编程控制器原理》课程教学研究[J].现代农村科技，2021（6）：111-112.

[9] 王晓燕.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[J].科技视界，2021（16）：182-184.

[10] 谢淮北.基于正交试验法的学生课程成绩评价方法探究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（8）：73-75.

【通联编辑：王力】