电气控制技术及PLC一体化课堂实践教学改革研究

王博，段友莲，胡兵

(新疆工程学院，新疆乌鲁木齐 830023)

1 前言

在传统的教学模式中，讲授占主导地位。一般情况下，传统大学课堂中一个课时的时间为45分钟，在一个课时内，三分之二以上的时间是教师讲，而学生的注意力高度集中的时间大概是20 分钟。普遍存在学生学习积极性不高，学习效率低下的情况。针对传统教学中的缺点，许多专家学者提出了不同的观点，天津师范大学的党林月提出，当前大学课堂的模式使得教师与学生形成了一种单向的“灌输”关系，这可能会降低学生学习的主动性和自主参与性，限制学生实践探究能力的发展，从而阻碍学生自身能力的培养[1]。华东师范大学的孔翔等在教学改革方面提出了混合式教学契合了“以学生为中心”的新教学理念，有助于激励学生摆脱传统教学中的被动地位[2]。福建信息职业技术学院的詹可强提出了OBE 理念下“网络设备管理”模块化课程教学实施策略，提出以学生为主体才能焕发课堂的生命力[3]。充分发挥教师的引导作用、学生的课堂主体作用，让学生善学、会学、乐学。殷志锋、栗伟周等人的研究表明，通过实践的教学模式，能够提升学生的动手能力、创新能力，并能够明显提升工程素质能力[4]。在教育部推行“新工科”的背景下，始终坚持模式论创新、制度创新的发展需求，探索更加高效的应用型本科教育。

2 总体思路

积极推进一体化教学改革，促进学以致用。突出项目式教学，发挥学生主体作用、教师主导作用，教师创设情景，项目设计，学生通过课内、课后、实习实训锻炼综合能力，老师对学生综合能力进行综合评价，通过做中学、做中教让学生切实掌握电气控制技术。通过改革教学方式后的气控制技术及PLC 课程的教学，提高学生自主能力。

思想层面，培养学生团队合作精神、勤动手勤动脑的习惯、严格遵守操作规程的习惯、养成安全生产意识、培养学生将来走向工作岗位后敬业爱岗的精神；在知识技能层面，通过课程改革培养学生具备自主分析和设计基于PLC 的电气控制项目技术方案的能力，自主进行故障排除能力以及PLC的程序设计能力，三相异步电动机调试能力、控制电路分析能力、PLC程序的阅读和编写能力。

图1 一体化教学改革成效

通过创新教学方法建立的多元化评价体系，将“教、学、做”融为一体开展理实一体化教学。通过对实践教学结果进行反思，再进一步促进一体化教学方法改革，提升教学效果。

3 主要举措

3.1 教学方法的改革

一是让学生脱离传统课堂教学模式，把课堂搬进一体化教学实验室、搬进生产车间。以现代电气控制技术实验室的实验及合作企业生产车间为依托，通过边讲边做的形式，将理论应用于实践当中。通过接近生产实际环境的方式发挥学生主体作用、教师主导作用，教师创设情景，项目化设计，学生通过课内、课后、实习、实训锻炼综合能力，老师对学生综合能力进行综合评价，通过做中学、做中教让学生切实掌握电气控制技术。

图2 教学环境驱动

二是通过传统教学与混合教学相融合，借助仿真平台增加课程实践内容的多样性。在实践过程中学生通过PLC 仿真软件进行程序调试仿真分析，通过组态仿真软件对虚拟被控对象进行仿真控制，借助与被控对象相关的数据库与PLC 建立联系，实现PLC 与组态软件的联合，达到控制虚拟被控对象的目的[5]。这种虚拟仿真的方法对现实中无法预测到的错误能够提前预知，即仿真阶段能够提前了解问题的隐患。通过仿真模拟分析，在组合逻辑正确的情况下再过实验平台进行搭接控制电路及主电路等进行实际的线路搭接，提高成功率和安全系数，增强学生安全生产的意识。

通过借助仿真软件，学生能够对电气控制电路进行先行设计，再借助工程制图软件对实训中的电路图进行电气工程制图的制图和设计。将所学到的电气工程技术，体现到现代生产企业实际应用当中，如通过对变频器、HMI人机界面等的学习，配合电气工程设计与施工图，将实际工程应用，通过设计方法与流程进行实现，如图3所示。

图3 虚拟仿真环境

三是以小组为最小实践单元，组成三至四人为一个单位的小组进行课程实践。针对模块化的知识点，老师进行引导，学生在小组内讨论理解，再将讨论结果通过仿真分析、PLC编程、线路试接等完成最终实践。即在老师的引导下，学生通过理论加实操的方式，边学边做，学以致用，提升学生动手实践，将理论知识应用到实践的目标。例如：电动机启停、正反转，课堂上以小组的形式实施系统搭接，对被测对象进行选型和测量，使学生即能掌握低压电器元件的原理又能掌握元器件的测量方法。整个过程老师边讲边引导、学生边做边思考，在动手操作过程中对学生出现的问题进行答疑解惑，帮助学生加深对知识点的理解和掌握，效果较好。通过小组合作的形式实现知识共享，增强师生之间的感情，营造出“尊重知识，鼓励创新”的学习分为，能够培养学生合作共享的意识[6]，培养学生的团队协同意识，提高学生学习主动性。

四是通过项目式、模块化教学的方式，由教师发布任务内容、技术指标要求、设计要求，将课程分为不同的项目每个项目划分不同模块，课每个模块细分成具体任务，每个任务的难易程度设置成高低中三个层次，学生根据实际任务小组内同学分工合作完成学习内容。教师发布任务提出设计要求,学生分组进行分工合作。项目式教学实现了理论与实践的结合，能够解决传统教学中学生学习积极性不高的问题，在一定程度上提高了教学效率[7]。通过项目化教学同学们不甘落后，全身心的投入，心无旁骛，极大的提高了学生的积极性。学生们不再感觉理论知识的枯燥，通过实操将理论知识转化为实践应用，极大的提升学生自信心及积极性。

五是重新制定考核评价标准，考核方式按项目任务的方式进行，模拟企业实际工况，设计考核标准，注重过程考核。为了借助考核方式来鼓励学生在整个学期内都努力学习，在成绩评定分为不同的几个方面，具体如下：

1)考核方式：过程考核+理论测试+实操考核，过程考核包含生生互评、教师评价。

2)成绩评定：成绩为百分制。平时成绩占50%，理论考试占30%，实操考核占20%。平时成绩包括课前预习、课程实践、课后提升、模块测试、进阶考核。

3)阶段考核：根据课程的性质与特点，设置不少于5 次涵盖该课程全部教学内容的过程性考核环节。在规定时间内，以控制功能实现为目标，在实操实验台上调试出结果，按实操考核评价评分表进行现场考核打分。

通过这种考核方式，将每个环节的结果进行量化，不仅保证不同教学班之间成绩评定的一致性，也有效地激发了学生比拼学习的效果。

六是开展学生兴趣学习小组，结合学生兴趣建设学生社团，社团由一名专业教师作为理论及技术指导老师，一名辅导员作为思政指导老师，社团中高低年级混合编排，形成老带新传帮带，将所学知识转化为学科竞赛。为学生提供教学课件和部分实操视频，以供学生课后反复观看学习，增加对知识的深刻理解。

3.2 教学内容的重组

积极响应教育部推出的“新工科”计划的根本要求，引入新的育的新理念、新的教育方式。

一方面，针课程的建设组织了对企业的调研，总结工程技术问题，凝练企业需求，将新疆重点发展产业中应用最多的电气控制技术分解成若干基础教学模块，将实际的自动化工程项目转化建设为课程的教学案例作为综合教学模块，实行模块化教学。基于上述思路，确定了认识电气控制系统、电动机的基本控制组成、电动机的起停控制等16 个基础教学模块和电气控制综合应用、三层传送带的控制、双液混合控制等6 个综合教学模块。其中6个综合教学模块有4个来自真实的自动化工程项目，经过对其进行凝练并建设成实践教学资源。

另一方面，对新疆本地煤炭煤化工、石油石化等企业进行充分调研，结合生产实际，与时俱进的制定课程模块，将工业生产中的新技术于教学过程中。将教学模块充分结合工程项目的专业能力要求，打破教材限制，重构了课程内容，将传统的《电气控制技术》《可编程控制技术》《电气工程识图》《电气控制技术综合实践》四门课程进行融合重构。

3.3 课程思政的融入

课程思政的融入，体现了课程在立德树人方面润物细无声、潜移默化中培养人才的需要。为加强思政教学建设，课程设计了以培养学生两种精神(胡杨精神和兵团精神)和大国工匠精神为目标的课程思政元素，坚定学生的理想新年，培养学生正确的人生观、价值观、正确的家国情怀。例如三层皮带机控制在面粉加工厂中的应用，以面粉加工厂为应用背景，涉及脱贫攻坚模范，以身边的榜样为例，学校教师石宁从大学教授到第一书记，在带领村民脱贫的路上从未缺席，但缺席女儿人生中的三个重要日子，用故事、实例达到让学生领悟扎根边疆、艰苦奋斗、自强不息、甘于奉献的胡杨精神，并发扬和传承胡杨精神。

将课程思政融入教学当中，用大国工匠精神对学生进行启发“工匠精神”是应用型本科教育的灵魂，是教育工作者应承担的育人职责和使命，更是国家发展、民族振兴、学生成长成才的必然要求。

课程思政的融入，也是对习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调“把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面”讲话的实际行动。在知识培养的同时，也要思考培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人[8]。

4 结果与反思

通过模块化教学，将传统的课堂教学模式进行模块化，通过模块化教学促进知识的高效转化的目的。模块化的教学，让学生能够更加深入理解理论知识，并将理论转化为实践应用，实现对碎片化知识的联系和重组，系统化的学习。通过一体化课程改革，学生的课堂表现有了显著提升，学生在实践中暴露出的问题，可以小组协作的形式快速通过理论知识查找问题点，寻找解决办法，再通过小组探索的方式对问题的解决办法进行验证，起到以实践来检验理论的目的，最终提高了学生增强团队合作的意识。

学生在学习过程中目标明确，理论与实践相结合，学习效果好。老师在每个项目的制作过程中针对每个学生单独指导，针对性强，使学生能很快解决问题。因此对于学习遇到困难的学生，不仅在小组内得到了帮助，教师也会给予指导，帮助同学找到学习方法，最终以润物细无声的方式将团结协作、爱国爱疆的家国情怀根植于学生的思想意识里。

5 总结与展望

教学方式一体化的改革进行，让学生动手又动脑，将所掌握的知识立马变现为实践成果，突出学生的在课堂中的主体作用，体现以学生为中心的教学理念。

通过一体化教学培养学生解决复杂工程问题的综合能力，提高思维的高阶性，在确保课程内容的前沿性和时代性创新性的基础上，提高工程应用的挑战度[9]。理实一体化教学，相较于传统的知识传授上是增加了难度的，课堂上合理的教学难度是激发学生求知天性的引子，而创造性的课堂带有明显的挑战性，有挑战性的课堂是需要带有难度的[10]。平平无奇的理论传授无异于扼杀这种求知的欲望。

进行理实一体化教学，将电气控制技术、PLC 原理及应用的理论知识与电气工程制图与识图、PLC应用技术的实训相结合，将学习内容项目化，突出高阶性；采用边讲边学边做的教学模式，教学环境也从传统的教室转移到实验室进行授课，将实际工程案例进行教学，突出创新型和前沿性；考核方式采用平时课程训练、实操考核与工程化应用相结合，以提升学生动手实践能力与工程化应用为目的。

通过对电气控制技术及PLC课程的一体化改革，无论是教学方式还是课程目标，均与学校确定的为新疆培养高水平应用型人才的服务定位以及与新疆重点发展产业对人才需求高度契合。践行了用胡杨精神育人、为新疆固边服务的教育理念，培养了学生作风严谨、精益求精、敬业守信的大国工匠精神。为培养建设新时代中国特色社会主义新疆的自动化类工程技术人才进行了探索和实践，取得了明显成效。