“电气控制及PLC”课程教学改革研究

摘要：在对“电气控制及PLC”课程教学现状进行分析后，提出了该课程的教学改革思路，包括教学内容、教学方法、实践教学环节的改革。教学改革中通过引入企业项目案例即社会上主流的倍福PLC控制来扩充教学内容，同时，采用比较式教学与探索式教学相结合的方式积极引导学生主动学习，提升解决复杂PLC设计问题的能力。

关键词：教学改革；电气控制及PLC；案例分析

“电气控制及PLC”课程内容全面，理论联系实际，涉及的知识面广，材料量大。由于课程内容复杂，学习难度大，学生和教师都觉得教学难度很大。面对这样的情况，坚持传统的“课堂讲授（包括启发式、研讨式教学模式）+验证性实验”的方法解决不了问题［15］。必须更新观念，建立一套包括理论讲授、企业实际项目案例教学、实践教学在内的全方位的新颖课程教学系统，既能充分调动教授和学生的热情，又能利用各种教学方法和工具，全面提高课程教学质量。

项目根据“电气控制及PLC”课程的特点和实践要求，从三个方面来研究高水平应用型大学建设背景下的教学改革，即教学内容、教学方法、实践教学改革，这三者在教学过程中是相辅相成的，缺一不可。同时，这三个方面的改革可以提高教学效果，使课程更容易学习、理解和应用。

1“电气控制及PLC”课程教学现状

目前，随着不断提高的教学要求与课时的普遍压缩，电气控制理论与实践以及PLC教学的实施，必须迫切解决以下几个方面的问题：“灌输式”和“填鸭式”的课堂教学难以提高学习兴趣；理论教学环节与实践教学环节严重脱节。接下来详细阐述该课程在教学实施过程存在的主要问题。

1.1“灌输式”和“填鸭式”的课堂教学难以提高学习兴趣

目前，“电气控制及PLC”课程的多媒体教学在一定程度上提高了教学效率，但这种教学模式仍然受到传统的“填鸭式”和“灌输式”教学方法的影响，还是以教师对知识的灌输为主，比较单一，不能成功地激起学生的兴趣。学生在课堂上的学习比较被动，只是机械式地摘抄相应的笔记，课堂上缺少启发、思考和互动环节。而且由于教学内容较多，教师的讲解速度过快，导致学生对所学知识的掌握流于表面，难以深入。

1.2实践教学环节设置不合理，缺乏利用理论知识解决实际问题的能力

传统的实践教学主要是对理论信息的验证，学生利用实验装置或实验设备做了很多年，但最终的实验效果并没有达到课程标准的要求。一些学校在实践教学方面也成效甚微，但毕竟同学们对“电气控制及PLC”的学习往往缺乏工程实践知识，缺乏对实际系统的感性认识，还是不能够通过工程实践的方式来进行理解。这就无法实现课程本身的目标，即培养学生的广泛应用能力，而且要激发学生的兴趣也是一个挑战，这造成学生对于实践环节的认识和重视度不高，动手能力不强，从而不能很好地利用理论知识解决实际问题的能力。

2“电气控制及PLC”课程教学改革思路

2.1教学内容改革

“电气控制及PLC”课程是理论性强、实践性强、概念深的课程，学生普遍反映难学。在授课过程中将“电气控制及PLC”内容系统化、模块化、最优化，以解决课时少、内容多的矛盾及理论教学和实验教学时间间隔长的问题。在教学的过程中应该增加理论教学学时，增添真实案例再结合理论教学知识，实现理论教学与项目案例结合的教学模式，让学生对“电气控制及PLC”课程有真实感性认识，同时，理论教学和实验教学时间间隔长，在实验教学的时候，学生几乎已经忘记理论教学的知识点，不能很好地实现理论与实践相结合的特点，应该在学习完某个重要的理论教学知识点时就对该知识点进行相应的实验教学，这样能够很好地巩固理论教学知识，真正地实现理论与实践相结合的特点。

实例如下所示：

2.1.1（结构图）设计和描述

本软件的主要功能是实现对十六台单元机的自动编织操作，包括拨叉旋转电机旋转动作、拨叉水平电机的移动动作、拨叉垂直电机的上下移动动作、错层电机动作、压底和压顶电机动作等操作。其中具体的总体结构图如下图所示。

2.1.2拨叉旋转电机旋转功能流程图和详细流程描述

拨叉旋转电机的旋转功能包括拨叉垂直到水平和拨叉水平到垂直两个操作。假设错层电机的行程没有到达指定位置，错层电机继续动作，到达指定位置拨叉旋转电机从垂直状态到水平状态，如果没有旋转到位，旋转电机继续旋转，如果旋转到位，拨叉水平电机向外推出到极限位置；拨叉的旋转电机从水平到垂直的动作是建立在拨叉水平电机动作使机构完全退回到初始位置的基础上进行的，同时假设旋转电机从水平到垂直的动作没有到达指定位置则继续旋转，如果到达指定位置拨叉垂直电机动作。

2.1.3拨叉水平电机的移动功能流程图和详细流程描述

拨叉水平电机的移动功能包括拨叉运动使机构外移到极限位置和拨叉运动使机构退回到初始到位置两个操作。假设拨叉垂直到水平的动作完成到达指定位置，拨叉水平电机动作使机构外移到极限位置，如果没有到达极限位置，计算行程继续运转，如果到达指定位置，则进行人工穿纱。人工穿纱完以后拨叉水平电机运动使机构退回到初始位置，如果没有退回到初始位置，计算行程继续运转，退回到了指定位置，拨叉旋转电机动作，使拨叉从水平到垂直动作。

2.1.4拨叉垂直电机动作的功能流程图和详细流程描述

拨叉垂直电机的动作包括拨叉向上/下运动。假设拨叉从水平到垂直的动作完成到达指定位置，拨叉向上/下运动，动作没有到达指定位置，计算行程继续运转，到达指定位置芯模驱动电机动作，动作没有到达指定位置，计算行程继续运转，到达指定位置需要判断拨叉垂直电机是否到达上/下极限，如果到达极限，错层电机开始动作，如果没有到达极限，拨叉从垂直到水平运动。

2.1.5错层电机动作的功能流程图和详细流程描述

确认完成起始状态后错层电机动作，或者是拨叉垂直电机到达上/下限位错层电机动作，同时错层电机没有到达指定位置，计算行程继续运转，到达指定位置，拨叉垂直到水平运动。

2.1.6压底或压顶电机动作功能流程图和详细流程描述

假设拨叉垂直电机（向上/下运动）没有到达指定位置，计算行程继续运转，到达指定位置，芯模驱动电机动作，动作没有到达指定位置，计算行程继续运转，到达指定位置，判断拨叉垂直垂直电机是否到达上/下限位。

2.1.7手动调试功能流程图和详细流程描述

（1）点击进入调试界面按钮，进入调试状态。

（2）界面左下角显示所有电机的实时位置。

（3）界面右上角可以选择调试的单元机编号，且可以选择自动运行的单元机编号。

（4）点击手动按钮，进入手动调试状态，点击调试电机位置、文本框输入位置，点击调试电机速度、文本框输入速度，点击文本框后面对应的按钮电机开始执行。

（5）点击点动按钮，进入点动调试状态，点击调试电机按钮控制电机的正反转。

2.1.8错误处理功能流程图和详细流程描述

（1）当伺服电机报错时，错误处理文本框显示伺服轴报错，点击查看错误代码按钮查看报错代码，解决错误后点击清错按钮，使伺服驱动器清错。

（2）当遇到未知错误且无法解决的时候，可以点击程序重启按钮，弹出警告框，点击确认程序重启，否则点击取消。

（3）当设备自动运行的时候，某个限位开关被触发时，弹出警告框，并显示触发限位开关的具体位置。

2.2教学方法改革

本课程所涉及的多种分析技术从不同的角度来解决系统的性能问题，它们之间存在一定的重叠。学生在学习过程中经常混淆不同的信息概念，导致学习效果不佳，不能正确运用所学知识解决实际问题。为确保学生牢固掌握电气控制与PLC的基础知识，教学过程中采用对比教学法，采用多种分析方法，总结、比较、对比、建立各种方法之间的联系。比如，降压起动有3种方法：Y△降压起动方法、定子串电阻降压起动方法、自耦变压器降压起动方法等，比较这三种方法的优缺点及应用场合，让学生能够直观地了解各种方法的应用场景。

探究式教学又称启发式教学，它不断向学生提出问题，促进学生思考，让学生去探索和寻找答案。学生积极参与到学习过程中，在增强学习动力的同时，也培养了他们独立思考和自主学习的能力。比如，大功率电气直接起动会有什么问题？降压起动有哪几种方案以及各种方法的适应场合？分析讨论具体的实施方案，得出结论。

有意识地鼓励学生主动学习，例如，让学生通过查阅资料和书籍，自主了解电气控制和PLC编程的历史，在绪论的讲授时可以给学生布置一篇论文，与传统的课堂讲授相比，他们更有学习兴趣，他们会发现在资料整理的过程中，有哪些创新点和实际场景被应用到电气控制与PLC编程中。为了让学生了解所学课程与专业方向的关系，以及在今后工作中的应用，明确学习目的，在教学内容中可以增加与教学内容相适应的工业现场系统操作。

2.3实践教学改革

2.3.1改善实验课堂教学模式，提高课堂效率

学生的学习效果和动手能力可以在实验课堂上得到检验，但教师在这里只需要起到辅助作用，让学生独立完成实验，充分享受动手学习的乐趣：（1）实验前，教师将实验指导书和设备使用说明书发给学生的同时布置相关实验任务，让学生认真学习实验内容，自主探索实验步骤，根据任务要求设计电路图，自己动手完成施工，包括线路布置、设备安装、设备连接、系统调试、数据测试等，最后总结实验过程和数据；（2）学生将被分成若干实验小组，每个小组轮流按照自己设计的电路图进行实验，而其他小组成员则负责观察、记录并指出实验中的缺陷。这样，每个小组成员都可以至少做一次实验，然后反复检查实验结果是否合理。因为实验结果的不同反映了每个学生创造和拟建的电路系统不同，所以学生可以在实验中发现问题，分析形成的各种原因，集体思考，得到解决问题的结果，既加深了对知识的理解，又提高了学生的团队合作精神。

2.3.2改变实验方式，提高学生的实践能力。

PLC与电气控制传统实验课程的实验电路有很大一部分是验证性实验，验证方法是固定设计的，学生对实验目的和实验结果非常清楚，但随着对实验兴趣的减弱，很多学生忽视了课前准备，上课不认真，类似现象的报告对实验实践的推进作用显然不如实验。因此，适当的理论验证实验、系统综合实验、系统设计实验的比例，真正让学生认识到动脑动手至关重要。学生可以将电气控制和PLC的理论知识与实际应用相结合，拓展理论理解，规定学生自行设计实验课题、设计程序、完成实验的时间，比如电梯控制系统、温度控制系统等，通过自主掌控整个实验过程，将理论知识转化为实践技能，让学生在设计过程中充分激活思维，激发原创灵感，提高自主学习的有效性和其自主学习的有效性。

换言之，教师在课堂上的角色已从知识传播者扩展为内容管理者，尤其是在教学环节的实践中。除了传授知识和让学生参与实践学习之外，教师还要对学生的学习困难和错误认知的运行情况进行准确监控。借助这种复合控制方式，教师可以根据实验大纲和实验指导书，更好地获取学生的反馈信息，指导学生进行成功的实验，提高整个实践教学环节的有效性。

结语

面向学生，设计简单，便于他们学习、理解和使用，在实际的教学中引入企业案例，将理论知识与企业实际项目结合。同时，通过科研的方式促进学生自主学习的习惯，与传统的课堂讲授相比，让学生通过查阅资料和书籍，自主了解电气控制和PLC编程的历史，可以激发他们的学习兴趣，因为他们将通过整理资料了解古今中外有哪些创新，以及电气控制和PLC编程在现实世界中有哪些应用，不仅扩展了学生的知识面，还丰富了教学形式。

参考文献：

［1］徐惠敏.机床电气控制与PLC新形态教材建设的探索［J］.教育现代化，2018，5（32）：98100.

［2］刘晨，高红亮，万里光.信息化背景下PLC课程教学改革策略探讨［J］.湖北师范大学学报（自然科学版），2018，38（1）：112114.

［3］刘庆华.基于CDIO项目教学法的课程教学改革探讨：以“PLC可编程控制技术”课程为例［J］.西安航空学院学报，2018，36（3）：9396.

［4］肖丽仙.应用型本科人才培养课程教学模式改革研究：以“电气控制与PLC技术”课程为例［J］.实验室研究与探索，2018，37（6）：239242.

［5］朱娟娟.PLC课程教学改革探索［J］.中国现代教育装备，2018（21）：5254.

基金项目：江苏理工学院教改项目“高水平应用型大学建设背景下‘电气控制及PLC’教学改革研究”（11610112301）

作者简介：姚灵灵（1988—），女，江苏南通人，博士，讲师，研究方向：高端纺织装备控制。