基于工程應用《電氣控制與PLC》課程改革與探索

1、引言
應用型高校是以培養適應生產、建設、管理、服務一線需要的、德智體美全面發展的高級應用型人才為目標的高等院校，是高素質人才培養的搖籃。高校理工類專業是為社會建設培養應用型人才而設立，具有至關重要的作用，培養的人才質量將直接影響到社會發展的速度與高度。隨著科技發展，世界科技與生產已經由電氣化向信息化、智能化發展，所以理工科院校高等教育一定要緊跟時代的步伐，適應科技的發展，培養的人才應與社會需求接軌。目前國內外電氣控制技術發展迅速，新的控制器件和控制方法日新月異，這給高校教學工作帶來了新的挑戰，國內外高校針都對電氣控制最新技術都做了相應的研究，使其教學過程適應技術的發展。特別是對于應用型高校來說，對學生進行工程應用能力的培養就顯得尤為重要，這就對高校人才培養提出了更高的要求，需要實現校企之間的無縫對接。
2、課程特點與定位
《電氣控制與PLC》是高等理工類院校涉電類專業開設的一門專業課程，課程的基本任務是使學生掌握低壓電器控制技術和PLC應用技術，通過學習、培養提高學生的職業技能和創新能力，為學生畢業后直接上崗奠定基礎。課程主要內容為學習掌握低壓電器控制線路的設計以及可編程控制器的編程和控制電路的設計方法，是一門應用型非常強的課程。特別是對于電氣工程及其自動化、自動化等工科專業的學生，大多數畢業之后從事電氣控制領域的工作，這就要求在課堂講授時將理論知識與當前實際工程應用緊密結合起來，培養適應生產和設計需要的高素質人才。但是從大學目前的教學情況來看，實踐環節涉入較少，無法滿足應用型、創新型人才培養的目標與用人企業的實際需求。目前國內很多高校組織教學改革團隊通過調整授課方式、與生產一線結合、模擬仿真等手段將電氣控制與PLC控制技術應用到具體的工程項目中，取得了一定的成果，為我國科技進步及生產建設做出了一定貢獻。在全國高校“雙一流”建設的帶動下，相應學科建設的目的就是使學科專業更有特色和成效。因此，如何將工程應用與課堂教學結合起來，是本課題的主要研究內容和目的，開展基于工程應用的《電氣控制與PLC》課程改革與探索具有一定的現實意義。
3、課程教學現狀
從大學目前教學實施的情況來看，在《電氣控制與PLC》課程教學中還存在以下問題：
（1）課程內容設置與工程應用聯系不夠緊密。體現在教材案例陳舊，與生產實際聯系不緊密，實用新不強，對于設計細節把握不夠，所以需要更新重組教學內容，特別是具體的實驗項目。
（2）仿真教學手段不夠。特別是在2020年新冠肺炎疫情期間，實驗課程無法正常開展，需要進行在線教學，而線上教學資源有限，所以需要加強仿真教學手段。
（3）課程資源不夠豐富。由于傳統教學模式的局限性，很多教學資源無法做到共享，加之存在同一門課程幾個老師同時講授的現象，必定存在一定的差異性，教學資源也需要進一步豐富。
（4）改進傳統教學模式與方法。因傳統的課程授課教學模式下學生學習興趣和效率不高，教學效果不明顯，課堂知識與工程應用實際脫節，所以需打破“課堂講授+實驗室做實驗”的傳統教學模式。
（5）教師教學水平有待提高，教師一般都具有深厚的理論基礎，但豐富的工程實踐經驗欠缺，因此很難在課堂及實踐教學中做到游刃有余。
（6）課程考核方式需要改進。目前考核方式與考核標準比較單一，主要采取“平時成績+實驗成績+考試成績”的方式，無法激發學生學習的主動性和積極性，需要細化考核指標，使課程成績更加客觀公正。
4、課程改革措施
《電氣控制與PLC》課程的應用性和實踐性要求較高，由于技術的發展和新知識的增加、教學課時壓縮問題的存在，傳統的教學模式和教學手段已難以適應新形勢的需要。所以，需要對課程體系和教學模式進行改革，實行理論和實踐一體化的教學模式，讓理論和實踐有效結合起來。因此本項目教學團隊結合課程特點和教學實際，在近兩年的教學工作中采取了以下具體的改革措施來提升教學效果。
4.1整合課程體系
根據課程的基本任務，將理論教學和實踐教學兩部分進行整合，重新思考設計教學項目。在保證教學進度和教學質量的同時采取基于工程應用的教學案例，從易到難循序漸進開展教學。以企業崗位需求為依據對課程體系進行重構和調整，實現教學內容與行業、產業的對接，提升學生職業能力，促進人才的可持續發展。課程教學安排如表1所示。
表1教學內容安排

教學模塊	教學內容	學時
模塊1	低壓電器控制電路	4
模塊2	PLC硬件組成認知	2
模塊3	PLC編程語言設計	6
模塊4	功能指令應用實例	4
模塊5	順序控制法設計實例	4
模塊6	置位復位指令設計實例	2
模塊7	SCR指令設計實例	4
模塊8	PLC通訊實例	2
模塊9	MSGC組態軟件PID控制實例	4
模塊10	工程應用綜合實訓	8

4.2將工程實例與虛擬仿真結合
工程實例教學是教師根據教學大綱和教學目標，采用典型實用的教學案例，引導學生進行分析與討論，讓學生在具體的實際案例中學會積極思考，主動探索，重在培養學生的綜合能力和創新意識。在課程講授時，以具體工程案例為驅動，在實驗室硬件資源不足的情況下，可以采用PLC仿真軟件（如MSGS組態軟件）對傳統教學模式改革。通過仿真軟件將虛擬操作與具體工程實例編程結合，將具體任務布置給學生，從程序的編寫、模擬調試、動畫演示等環節的開展，引導學生由簡到難、循序漸進的完成一系列仿真任務，教師在仿真學習的過程中給予學生適當的引導，及時進行指導、交流和評價。仿真軟件的使用，可以解決實驗室硬件不足、老舊的問題，提高實驗操作的安全性，可以在實踐操作之前進行預演，并且可以很好地調動學生學習的積極性和主動性。
4.3開展教、學、做一體化教學模式
在教學過程中，將工學結合的理念融入其中，根據課程特點進行教、學、做相結合，實現“教中做”“做中學”“學中做”工學結合的教學理念，使學生在教、學、做的一體化過程中自主學習，不斷提升學習能力和實踐能力。將課程全部安排在專業實驗室實施，以工程應用實例切入，完成理論教學和實踐教學的結合。先從簡單的電氣設備認知開始，再到簡單控制系統的講解，最后進行綜合性訓練。注重平時的學習訓練，提高專業技術崗位能力，使培養的學生更接近用人單位工作所需，提高就業適應能力。
4.4加強教師團隊建設
教師是知識傳授環節中的靈魂，學生獲取知識的最主要的途徑就是來自于教師的課程講授。為了提高教學團隊的理論水平和業務能力，定期組織學習交流，經驗探討，課堂觀摩等方式。在研究當前實驗室設備的優缺點的基礎上，對實驗設備提出方案上的改進，申請PLC實驗教學裝置實用新型專利。利用校企合作的機會與企業開展深入交流，掌握技術動態，不斷學習新工藝新方法，將獲取的知識反饋到教學工作中，從而不斷提升教師隊伍的實踐能力。同時加強師風師德建設，將課程思政與教學過程結合起來，建立一支思想政治素質過硬，職業道德水平高的教師隊伍。教師積極參與教研與科研工作多項，發表多篇學術論文，申請十幾項國家專利，在很大程度上提高了教師隊伍的教學水平。
4.5豐富教學資源
除了線下教學手段的實施，課題組已經在超星泛亞網絡教學平臺MOOC網站建設了《電氣控制與PLC》在線學習網站，通過網絡共享教學資源，實現教學“互聯網＋”，方便學生隨時隨地學習。重新編寫了實驗指導書，規劃實驗項目，盡可能地將各種電子文檔收集整理后在教學網站公布，開展線上線下混合式教學。通過在線課程文字講解、視頻講解、實驗講解等手段豐富教學內容。課程的每個章節都設置了在線測試題，并提供了模擬試題供學生練習。將電子課件、教學大綱、實驗指導書、工程案例等資源整合在網站中，通過網站后臺數據管理功能，客觀分析學生的學習情況，對學習主動性差的學生及時督促與交流。使用騰訊課堂等方式進行線上答疑輔導，及時處理學生在學習中遇到的問題。線上線下混合式教學可以使學生全方位、隨時隨地進行學習，彌補課堂授課的短板，課程學習做到長期性。
4.6改進課程考核內容與方法
考核內容從以理論為主，逐漸轉向考核學生控制線路的設計及工藝接線，PLC接線及調試等實際技能，按照技能鑒定考核規范要求制定相應實踐的各環節、每個步驟的評分標準。注重教學過程管理，逐步建立起一套良好的、客觀的、公平公正的學生成績考核評價體系。經過調整評價體系，最終使考核成績趨于正態分布。
4.7培養學科競賽與創新苗子人才
在鞏固基礎知識的基礎上，選拔優秀學生參加大學生創新活動并以省級和全國各類電氣控制或PLC編程大賽為契機，培養學科競賽苗子人才，實現更高端的人才培養。課程團隊教師指導學生參加第十四屆“西門子杯”中國智能制造挑戰賽智能制造工程設計應用類賽項，獲得全國總決賽一等獎1項，二等獎1項。設立教師團隊創新工作室，針對具體的工程項目和控制系統，指導學生進行專利的撰寫與申請，為學生走上工作崗位進行知識產權方面的工作打下基礎。這些成績的取得為培養創新型人才奠定了堅實的基礎，并且學生創新梯隊已經形成規模，教師的業務水平也得到了明顯提升，為參加更多的科技競賽積累了寶貴的經驗。這些苗子人才走向工作崗位后，工作能力和適應能力強，可成為堅實的技術骨干力量。
5、結束語
教學改革是一個與時俱進、長期探索的過程。通過本課題的開展，教師的教學手段和教學方法得到了豐富，考核方法更加合理，教學資源日益豐富，學生對知識點的理解更加透徹直觀，能夠利用在線學習網站進行自主學習并反饋學習信息，實踐能力和創新能力得到了相應的提高，培養了一批動手能力強，具有一定創新精神的學生和創新團隊。為實現培養應用型、創新型人才的目標打下了良好的基礎。學生畢業后能夠快速與生產實際接軌，用人單位滿意度明顯提高。本課程改革將工程項目引入課堂，以技能訓練為核心，突出學生解決實際問題的能力，能夠促進學生的創新精神和綜合能力的培養與提高。以此教學改革為契機，也可以提高教師的教學水平，促進學科建設的健康發展。這些改革措施可以推廣到其他應用型較強的學科建設和課程建設中，具有一定的推廣價值，能夠有效促進高等教育的發展，為國家建設培養更多有用的應用型和創新型人才。