提高电气控制与PLC 课程教学有效性的分析与研究

李建海 刘迪 毕涛 孙晶

海军航空大学 山东烟台 264001

0 引言

随着国家产业结构调整和经济转型升级，新兴行业快速发展，社会对人才的需求呈现多样化，对应用型人才提出了更高要求[1-3]。电气控制与PLC作为高校自动化类和机电类相关专业一门重要的专业课程，与工程应用联系紧密，实践性、应用性、综合性较强，课程教学要突出学生应用能力的培养。传统的理论与实验相结合的课程教学方式有时受教学场地、实验设备等的限制，会出现理论和实践不能有机衔接或者说不能深度融合的问题，不同程度地出现理论和实验相互剥离的现象，在内容组织上、教学实施过程中和课程考核评价中易出现重知识传授轻能力培养的倾向[4-8]，不能很好地实现该类应用性、实践性较强的课程的教学目标，不利于学生应用能力的培养，进而影响知识向能力的转化。

为适应新时代应用型人才培养的需要，要改革人才培养的模式，探索教学模式改革创新，提升课程教学效果，为培养具有系统理论基础和较强工程实践能力的应用型人才奠定基础[9]。本文结合课程教学现状和特点以及教育改革发展，就如何提升电气控制与PLC 课程教学的有效性进行了探究。

1 加强课程思政，实现专业教育和思政教育协同育人

全面落实立德树人根本任务，要充分发挥各类课程的育人功能，要把课程思政和专业知识有机结合，将价值观引导融于专业知识传授和能力培养之中，实现专业教育和思政教育的协同育人。电气控制与PLC 课程包括继电接触器控制系统和PLC 两大内容模块，继电接触器控制系统模块主要涉及常用低压电器和电气控制线路，PLC 模块主要涉及PLC基本结构、工作原理、指令系统和程序设计、技术应用等。课程内容与工程应用联系紧密，在教学过程中，要注重有效的教学设计，加强课程说课的设计，着重突出介绍课程的性质特点、教学内容与实践工程的关联性、学好课程的学习方法等，尤其是要讲好电气控制技术的发展，将电气控制技术的现状、在工程实际中的应用及未来发展趋势等融入课程教学，突出课程的应用性以及在工程实际中发挥的作用，激发学生学习的动力[10]。依据应用型人才的培养目标，找到课程思政元素的植入点，将育人内容有机融入教学设计和教案，如工程技术领域方面的先进典型、重点工程的科技实践、PLC 在工程实践中的应用等，引导学生把个人发展融入职业发展和行业发展，为行业发展担当使命，为社会进步作出贡献，增强责任感和使命感，塑造正确的人生观、价值观和职业观，提升学生的专业能力和综合素养。

2 注重理实一体教学，促进知识向能力转化

电气控制与PLC 课程理论、实践、应用结合紧密，教学实践中，要注重理论学习、动手实践和实际应用相结合。理实一体教学能够将理论知识学习与实践能力培养有机融合，有利于学生应用能力的培养。基于OBE 理念，根据应用型人才的特点和发展需求反推教学内容[11]，内容来源于教材，要充分考虑应用能力的培养来设计教材内容。以往的教材多侧重于知识传授，一般按知识体系结构来构建教材内容。如PLC 应用技术部分主要介绍PLC 的结构、工作原理、常用指令、通信技术和应用设计等内容，属于按知识体系的结构组织内容，势必会造成应用性不够强的不足。针对将来任职岗位所需的理论知识和实践能力等要求，应根据课程教学目标，采用基于任务或案例驱动的方法，以项目任务为主线，重构理论和实践知识，将知识点分解融合到不同的项目中[7]，使学生明白知识的应用场合，有针对性地进行学习，达到学以致用的效果。如PLC 编程方面涉及各种指令的应用，将基本指令和功能指令分别融入不同的项目中，根据项目要求应用相关指令进行编程实现，加深对相关指令和编程的综合理解和运用，实现知识与实践应用良好对接；项目结束后开展同伴讨论和分享交流，学生相互分享设计方案，遇到的问题与解决方法、改进措施等，鼓励学生之间互评，教师再根据交流的问题进行总结，通过个人讲解、生生互评和师生交流等环节，提升学生应用知识解决实际问题的能力。在教学的过程中，要根据学生的理论基础、实践能力不同的特点，灵活应用示范指导、体验探究等多种方法引导学生完成项目，可以通过改进和扩展各个项目的应用，综合多个项目来完成一个实际工程，将教学内容和实际工程联系起来，从而达到应用型课程的培养目标。理实一体教学需要集理论讲授和实践操作于一体的教学场地来保障，教师采用边讲边练的交互方式开展教学。对于电气控制常用器件和电气控制线路部分，采用控制电器实物进行直接教学，学生在网孔板上开展电气控制线路的连接实践，模拟实际工程情景，形象直观，易于学生理解掌握，进一步强化实践能力；PLC 应用技术部分通过PLC 实验装置开展硬件接线和软件编程理实一体教学，将理论知识传授和实践技能训练融为一体实施，较好地提升学习效果。另外，电气控制线路涉及各种电器的安装与接线，在进行实验教学之前，要进行用电安全、安全操作规程等方面的安全教育，增强电气操作安全与防护的意识，全面提升学生的工程职业素养。

3 融合多种方法手段，激发学习主动性积极性

在教学过程中，要根据教学内容的特点，融合不同方法与手段，激发学习主动性，提高学生的参与度，增强课程学习效果。电气控制与PLC 课程涉及各种控制电器结构和工作原理、PLC 控制系统硬件设计和软件实现等方面的知识，要善用动画、视频等多媒体技术，通过控制电器的实物展示和动画演示控制电器的结构组成、动作原理来学习控制电器方面的知识。例如，热继电器的动作过程、三相交流电机的正反转等可以利用动画演示，既形象直观又容易理解，提高学生对内容的学习兴趣，让教学更富魅力，促进学习效果的提升。

PLC 应用技术实践性强，学习PLC 大部分要以真实的控制对象为基础，用PLC 单独构成的控制系统，监控系统没有良好的人机界面，无法实时显示被控对象的状态，存在一定的局限性。实验室配备的控制对象种类往往有限，采用固定控制对象的实验系统，存在被控对象单一、控制程序不灵活等不足，不能满足综合训练要求。随着电子技术的快速发展，会不同程度地出现实验硬件更新不及时的问题，针对这类问题，可以采用虚拟仿真技术，上位机上采用组态技术，实现对现场被控对象的仿真控制，实验内容得到了扩展，学生工程实践能力得到综合训练，可有效解决传统实物被控对象不足的问题，同时也有助于培养学生的自主探究学习和创新实践能力。

优化完善课程的形成性考核方法，注重学生实际操作和实践能力形成过程的评价，使学生具有成就感和获得感，有动力继续挑战后续较难的实训任务。注重团队协作能力的培养，有效提升课程教学效果。

4 强化实际工程牵引，培养解决实际问题的能力

电气控制与PLC 课程以继电接触控制系统和PLC 应用技术为主要内容，目标是培养学生具有从事电气控制系统设计调试等方面的能力，能够为将来任职的技术岗位奠定基础。结合课程教学内容和电气控制技术的发展，我们认为通过本课程的学习，学生应具备控制电器元件的识别与测试、电气控制线路的安装与调试、PLC 控制系统的硬件设计、控制程序编写、软硬件联合调试等五个方面的能力。开展联系工程实际的综合性实训项目，有利于综合能力的培养。如开展基于PLC 和触摸屏的温度检测系统这样的综合项目，硬件包括PLC 模块、触摸屏、专用模块（如模拟量输入模块）、信号测量模块等，涉及PLC 控制、人机界面设计、数据通信、温度信号检测、模拟量转换等，既有硬件线路搭建又有软件程序设计，项目的综合性比较高，拓展了实训项目的宽度。学生通过积极参加各类创新设计活动，在项目的实现过程中，根据任务需求，需要查阅、学习相关资料，完成方案设计、硬件接线、功能实现及控制程序设计等，既激活了已学知识，又学习了新知识和新技术，并能够用新掌握的技能解决实际问题，学生的自主学习能力、知识应用能力、分析处理问题能力得到锻炼，有效提升了学生解决实际问题的能力。

5 结束语

电气控制与PLC 课程具有应用性、实践性较强的特点，为适应应用型人才培养的需要，加强课程教学研究，提升人才培养质量。从加强课程思政，实现价值引领；注重理实一体化教学，促进知识向能力转化；融合多种方法手段，激发学习主动性；强化工程牵引，培养解决实际问题的能力等方面就如何提升教学的有效性进行了探索和研究，有助于提升电气控制与PLC 课程的教学效果，从而能够更好地服务于应用型人才的培养。