電氣控制與PLC技術課程教學改革與研究

電氣控制與PLC技術課程是電氣工程及其自動化、電氣技術、機械工程及其自動化、機電一體化等專業的一門實用性很強的專業課程，強調理論與實踐相結合，注重培養學生分析與解決實際問題的能力、工程設計的能力[。本文結合筆者所在學校建設應用型本科高校的背景，根據電氣工程及其自動化專業的培養目標，通過筆者幾年的實踐教學，分析了電氣控制與PLC技術課程教學現狀及目前教學面臨的主要問題，探討該課程的一些教學改革路徑[3]，希望能夠使學生更好地學習該課程的理論知識，鍛煉學生的實踐操作能力，有助于培養學生的綜合應用能力。
1、電氣控制與PLC技術課程教學現狀
筆者所在學校電氣控制與PLC技術這門課程的開課時間一般在大三的第一個學期，按照課程教學大綱中的課程內容安排進行授課。傳統的教學安排分為理論教學和實踐教學環節兩部分，理論學時40學時，實驗學時8學時，認識實習一周，相關課程設計、技能實訓兩周。
課程內容具體包括兩個部分，第一部分為電氣控制技術，從常用低壓電器的結構、原理和用途開始，系統地介紹電氣控制線路的基本環節，對典型線路進行分析，結合實例講解電氣控制系統設計的一般原則與方法、元器件選擇；第二部分為可編程序控制器應用技術，要求掌握PLC的組成與工作原理、指令系統及編程方法，應用PLC進行電氣控制系統的設計。
在不斷的課程建設中使得該課程的教學目標更加明確，學生學習這門課程的學習目標也更加清晰。通過理論教學環節，使學生掌握書本上的理論知識，具備閱讀和分析電氣控制線路的能力，加強對分析設計方法的理解和應用，初步具備電氣控制系統的工程設計和應用調試能力；通過實驗教學、課程設計、技能實訓等實踐教學環節，培養學生的工程意識，提高學生的解決工程問題的能力，為今后繼續學習和工作打下一定的基礎。
2、現階段電氣控制與PLC技術課程教學面臨的問題
目前的電氣控制與PLC技術課程教學采用傳統的教學理念，以理論教學為主，實踐教學為輔，強調知識體系的系統性。筆者通過幾年實踐教學，在具體的教學過程中發現現階段該課程教學面臨的問題主要有三個方面。
2.1課程學時少，教學內容更新速度慢，教學方法單一目前采用的是以"教師"為主導的傳統的教學模式，授課方式采用面授方式，在課堂教學中，根據現有的教學大綱安排該課程的教學內容，以選用的課程教材為依據，分析理論基礎知識。由于在整個教學過程中，電氣控制技術與可編程序控制器應用技術兩個部分的教學內容比較多，課程內容豐富，知識面較廣，而課程學時比較少，雖然學生已經學習了一些專業基礎課程，對專業知識體系也有了一些認識，但學生的學習基礎比較薄弱，沒有課前預習，較缺乏自主學習能力，在有限的學時內難以要求學生掌握相關的理論知識，學習這門課程存在一定的困難，不能提升學生的學習積極性，沒有實現很好的課堂教學效果。電氣控制與PLC技術發展速度快，而現階段課程教學內容更新比較慢，存在滯后，課程知識點較分散，教學內容沒有充實新技術、新理論、新知識，難以促進學生將所學的知識與工作崗位的需要實現有效銜接。在該課程的課堂教學中，由于班級人數較多，課程內容多，課程學時有限，上課提問時間較少，不能及時了解學生是否掌握理論知識的要點。因此，為了適應電氣工程及其自動化專業培養目標的需要，加強培養學生的應用技術能力，該課程的教學內容和課程學時需要進行相應的調整。
2.2注重理論教學，實踐教學偏少
筆者所在學校該課程的實踐教學環節主要包括實驗教學和相關課程設計。電氣控制與PLC技術課程具有很強的理論性和實踐性，實踐教學可以幫助學生認識到電氣控制與PLC技術在實際生產生活中的重要性，有利于提升學生對這門課程的學習興趣，因此，在電氣控制與PLC技術課程的課程體系中，實踐教學具有重要作用。
實驗教學的實驗學時較少，實驗設備較少、種類有限，理論內容與實驗內容無法充分融合是目前電氣控制與PLC技術課程實驗環節存在的主要問題。實驗課程一般在電氣控制與PLC技術理論課程開始后的第8周開設，學生無法及時地將書本所學的理論知識與實驗環節相結合，不能獲得很好的實驗效果。課程實驗在實現課程教學目標、提高學生應用能力和創新能力方面起著重要的作用，目前開設的課程實驗是PLC部分實驗，主要完成理論教學中的基本實驗，共有8個學時，實驗學時較少，在有限的學時下需要完成四個實驗，包括基本指令編程練習實驗、十字路口交通燈控制實驗、搶答器數碼顯示控制實驗、自動裝配流水線實驗。所有的實驗都是通過PLC實驗裝置完成的，實驗裝置配有很多實驗任務模塊，實驗任務不易變動。筆者所在學校的電氣工程及其自動化專業的學生人數比較多，而實驗設備數量有限。在實驗教學環節，首先要求學生完成課前預習，在實驗過程中，通過教學，要求學生根據實驗指導書中給出的具體實驗控制要求、實驗接線圖和實驗程序，完成接線操作和輸入程序等，實現實驗目的。
在課程設計部分，學生需要將該課程的相關理論知識與實踐聯系起來。通常布置工程應用、生產實際類設計題目，學生在分組選題后，按照設計題目的任務書要求查閱資料，通過小組討論進行設計題目的分析、設計與實現，最后完成課程設計報告。由于實踐設備不足，實踐條件有限，學生對課程理論知識及應用方法沒有很好地掌握，不能確保設計成果的呈現，影響課程設計教學環節的效果，難以促進學生實踐能力和創新能力的提高。
2.3教學模式、考核方式陳舊
傳統的教學模式采用單一課堂教學模式，這種單向的教學方式注重講述理論知識，作為學習活動主體的學生只是被動接受所講述的理論知識，很少對所學習的理論知識進行思考。學生通過在課堂記錄重點，課后鞏固所學課程內容的方式學習該課程，不能很好地理解掌握課程內容，理論知識基礎薄弱，難以支撐起實驗、課程設計等課程實踐環節，學生的學習積極性不足，學習效率不高，導致課堂學習效果不佳。傳統教學課程教學相關的學習資源較少，沒有構建多樣化的學習平臺，難以實現課程教學的靈活性以及多樣性，不能充分發揮學生的學習主動性，同時也很難滿足不同學生的學習需求。
在傳統的教學模式下，電氣控制與PLC技術課程的考核方式由期末考試和平時成績兩部分構成，期末考試采用閉卷考試形式，主要以課程理論知識為主，其成績占總成績的70%，平時成績主要體現在兩個方面：學生的作業完成情況以及出勤情況，占總成績的30%。這種考核方式比較單一，不夠全面，主要通過理論考試對學習過程進行評價，考核內容多以理論知識考核為主，考試內容較簡單，應用類試題較少，忽視了對學生分析問題、解決問題以及實踐能力的考核。課程考核是課程教學中的一項重要環節，完善課程考核體系，能夠幫助學生更好地制定以后的學習目標。
3、電氣控制與PLC技術課程改革思路
3.1課程理論教學內容改革
在該課程理論教學過程中，結合教學安排需要，考慮教學效果，理論知識點通過引入工程實際應用設計實例來講述，課程教學內容的介紹要從電氣控制與PLC技術工程實際應用的相關背景出發，原理講述要簡潔，實現課程教學內容與生產實際緊密聯系，進而為今后的工作奠定基礎。在進行工程實際應用設計實例的選取時，要結合該課程教學目標，以課程教學大綱為依據，選用貼合工程應用的典型實例，利用動畫演示或者圖片來講解，也可適當地加入一些較簡單的典型實例的現場演示，來補充和完善課程課堂教學內容，吸引學生的注意力，加深學生對書本理論知識的理解，強調理論聯系實際。通過實例教學，在電氣控制技術部分，使學生能夠熟悉并正確選用各種常用低壓電器，具備閱讀和分析控制線路的能力，對不太復雜的電氣控制系統具有進行改造和設計的能力，在可編程序控制器技術部分，引入很多的應用實例，幫助學生盡快掌握PLC部分的內容，加強學生對實際應用程序的設計方法和步驟的理解，幫助學生更好地接受新知識，提高學生的學習效率。
電氣控制與PLC技術課程的課程體系應隨著技術的不斷進步而發生變化，在課程教學內容方面，要求課程教學教師關注新的理論及技術，及時引入新的教學內容，另外考慮到課程教學學時有限，現階段的課程教學內容也要作出相應的優化調整，進而完成安排的教學內容。
3.2課程實踐教學內容改革
傳統的實踐教學對學生的創新能力、實踐能力的培養模式采用實驗、課程設計、畢業設計等方式，伴隨著社會和技術的不斷進步發展，結合該課程的特點以及學校培養應用型高級專門人才的需要，對實踐教學內容進行優化調整，提升學生的綜合能力。鼓勵學生參與到項目研究中去，組織學生參加各種課外競賽，增強學生的團隊意識，提高學生的主動學習能力。
實驗教學環節在刪減一部分原有的常規性基礎實驗的基礎上，增加部分設計性、綜合性實驗，并調整實驗課程的學時分配。通過常規性基礎實驗讓學生清楚實驗的方法，掌握實驗相關的實驗步驟，了解實驗過程。在此基礎上，提出一些適當的工程實際應用問題進行設計性、綜合性實驗。實驗內容的多樣化可以提高學生對課程實驗的學習興趣。充分利用實驗室設備，對學生開放實驗室，制定實驗室開放管理細則，逐步實施開放性實驗，培養學生的創新意識和工程意識。提高學生利用所學知識進行應用解決實際工程問題的能力。
在課程設計環節，針對引入的工程應用、生產實際類設計課題，學生通過鞏固該課程課堂教學內容，加強理論與實踐的結合，對設計課題進行分析，利用現有實驗平臺或相關仿真軟件進行課題設計后的調試，驗證設計結果。通過課程設計實踐環節，學生能夠對電氣控制與PLC技術課程有更深的認識，了解課程設計流程和設計基本方法，鍛煉了學生發現、分析、解決工程實際應用問題的能力。
3.3課程教學模式改革
課程教學采用線上線下混合式教學，線上教學課程資源豐富，學生可以通過線上學習平臺完成該課程的課前預習，通過考核機制檢查知識學習掌握情況，有準備地進入后續課堂教學學習。在課堂教學中，教師根據學生的課前預習情況適當地調整和補充教學內容，通過課堂講解、討論等方式，幫助學生更好地理解和掌握理論知識。課后要求學生通過線上教學資源，鞏固課堂教學內容，完成相應的練習。
3.4課程考核模式改革
課程考核構建綜合考核體系，分為三個部分。第一部分平時成績部分，包括線上線下學習的情況、作業完成情況、出勤情況，占總成績的30%。第二部分采用項目化考核增加對學生的應用能力和實踐能力的考核，進行項目的分析、設計與調試，完成項目報告及答辯，占總成績的30%。第三部分理論考試部分，占總成績的40%。
4、結語
本文從電氣控制與PLC技術課程在課程教學過程中存在的一些問題入手，結合該課程的教學目標，分別從四個方面提出了該課程教學改革思路，希望能夠幫助學生更好地學習電氣控制與PLC技術這門課程，促進學生工程應用能力和創新能力的培養，有效地提高教學效果。