電力拖動與PLC一體化教學實踐探索

電力拖動與PLC屬于電氣類專業的兩大基礎課程，傳統教學中同一門課程的理論與實訓部分分別由不同的教師教學，教學中理論與實踐脫節，加大了學生學習難度；兩門課程不在同一學期教學，部分內容重復，浪費學生學習時間；內容枯燥，不利于調動學生學習積極性；教學邏輯性不強，難以確保知識點學習的連貫性和教學質量。為此，有必要對電力拖動與PLC兩門課程開展一體化教學，通過對教學內容的融合，提高教學效率。
一、電力拖動與PLC課程的內在聯系
電力拖動課程教學內容一般包括4個單元。第一單元，常用低壓電器及其安裝、檢測與維修；第二單元，電動機的基本控制線路及其安裝、調試與維修；第三單元，常用生產機械的電氣控制線路及其安裝、調試與維修；第四單元，變頻調速系統。PLC課程共有11個項目，前3個項目，即電動機單相連續運行控制、三相電動機正反控制、自動送料小車控制，就是利用PLC控制電動機基本線路。電力拖動是利用電動機拖動實操機械的工作結構使之運轉的一種拖動方式，由于各種生產機械的工作性質和加工工藝不同，對電動機控制的要求也不同。要使電動機按照生產機械的要求正常、安全、高效、節能運轉，必須配備由低壓電器構成的控制線路。而PLC是采用軟件編程的方法，取代電力拖動系統中硬連線邏輯控制，在改變電動機的運行要求時只需要改變程序，而不需要改變配線，對數控設備的高速精準控制提供保障，是控制系統的升級。
二、理實一體化教學
理實一體化教學就是以國家職業標準為依據，以綜合職業能力培養為目標，以典型工作任務為載體，以學生為中心，根據典型工作任務和工作過程設計課程體系和內容，按照工作過程的順序和學生自主學習的要求進行教學設計并安排教學活動。在電力拖動與PLC課程教學中進行理實一體化教學，要依據課程內容及職業標準，對教學內容進行融合。
（一）電力拖動課程第一單元與第二單元相融合
技工學校學生年齡小，普遍在家里干活較少、動手能力差，學生之間相互協作差。電力拖動課程第一單元中的低壓電器元件如接觸器、繼電器學生沒有見過，如果直接在教室講解元件結構、分類、型號、選擇等，學生不易聽懂教師講授的內容，會逐漸失去對專業知識學習的興趣。所以，可以先在配有希沃白板一體機的實訓室進行電力拖動課程第二單元的基本控制線路的實訓，讓學生直接接觸低壓電器元件，首先有一個直觀認識。例如，在實訓教學中出現熔斷器燒斷、接觸器電壓選擇錯誤、接觸器裝配不正確導致異響的問題比較多，這時教師要指導學生動手分解熔斷器，拆解組裝接觸器，檢查接觸器線圈電壓，可以讓學生在動手處理故障的過程中掌握低壓電器的結構、原理、作用等。又如，接觸器自鎖觸頭接錯是常見情況，教材中的課后思考題有“錯誤接線后會出現什么現象”的問題，如果采用純理論教學，學生會因為沒有實操過而無法準確描述，如果采用實訓教學，學生因為親自操作過，就能夠正確描述故障現象。另外，通過實訓教學，學生可以獲得解決問題的喜悅和取得實驗成果的成就感，能增強自信心；通過小組內學生的配合協作和小組間的比拼，學生的協作和競爭意識大大增強。
（二）PLC課程與電力拖動課程相融合
電力拖動課程中三相電動機正反控制、自動往返控制、Y-Δ降壓啟動控制與PLC課程前三個項目主回路相同、控制方式不同，先進行電力拖動控制線路實訓的學生會感到互鎖控制線路繁雜并且出錯率高，從而倒逼學生學會看布線圖、畫布線圖，明晰線路編號的意義和重要性，查找故障，提升邏輯思維能力等。因此在電力拖動課程的自動往返控制內容教學結束后，可及時引入PLC控制的學習。PLC的特點正是利用程序進行邏輯控制，所有的邏輯控制在PLC內部進行。PLC控制減少了電力拖動控制線路中利用開關、導線進行邏輯控制，使得控制線路變得更加簡單，學生從復雜的布線中解脫出來，一下就對PLC學習產生興趣；而且PLC梯形圖圖形編程語言，沿用了電力拖動控制中的線圈、觸點、串并聯等術語，既保證了學生學習知識的連貫性，又容易掌握新知識，符合學生學習規律。此外，教師可以不斷豐富實訓任務，鼓勵學生在完成同一任務時使用不同的方法，并將自己的方法發布到希沃白板一體機供大家討論學習，任務結束后各小組對完成任務情況進行自評、互評等，進一步培養學生的獨立思考能力和表達能力。教師還可以在希沃白板一體機存儲相關材料豐富教學內容，同時引導學生自己收集資料，充分利用網絡、多媒體平臺培養學生的自學能力。
（三）理論與實踐學習相融合
教師在教學過程中不應將理論教學和實踐教學分開進行，而應實現兩者的融合。以“Y-Δ降壓啟動控制”這一知識點為例，學生先進行電力拖動控制Y-Δ降壓啟動，通過接觸器KMY與接觸器KMΔ互鎖不會發生短路事故，將接觸器互鎖觸點在PLC程序中進行互鎖，邏輯上可以互鎖不發生短路事故，但在PLC運行中就會發生電源短路，由此組織學生展開討論，分析電力拖動控制與PLC控制各自的特點，結論是接觸器的動作時間遠長于PLC邏輯運行時間，
導致KMY接觸器機械慣性未完全斷開而KMΔ接觸器吸合造成短路事故。采用這種理論結合實踐的教學方法有助于鍛煉學生理論聯系實際解決問題的能力，也能調動他們的學習積極性。
（四）課程前后內容相融合
技工學校（以下簡稱學校）開設專業比較全，車間有普車、數車、銑床、磨床、鉆床、加工中心等。學生上第一節課時，筆者都會帶領學生到車間參觀學習，請機加工教師介紹各類設備的基本結構原理，進行操作加工演示，讓學生對于即將學習使用的機械設備有個初步認識。
實際教學中要聯系實際，如欠電流繼電器的教學不能僅僅停留在讓學生背寫其圖形、文字符號上，而是要讓學生學會將其應用于直流電動機控制電路圖上，用在直流電動機勵磁電路中，防止轉速過高。學習過電流繼電器的知識點，要讓學生在橋式起重機控制線路圖中找到具體使用場所，并學習掌握過電流繼電器和普通過載保護熱繼電器之間的區別與運用場所。利用電力拖動課程第二單元的基本控制線路實訓，完成第一單元的低壓電器元件的學習，在實訓過程中開展討論、講解完成理論部分的相關內容，不會讓學生有純理論學習的枯燥感，通過一體化教學的“做中學、學中做”，提高學生的學習興趣并融會貫通。同時為了讓學生了解低壓電器元件及基本控制線路實際用在什么地方，可以讓學生在第三單元學習的常用生產機械的電氣控制線路圖中找，低壓電器元件的型號也可以在機車電氣的明細表找到。學習第二單元繪制布線圖時，引導學生與第三單元接線圖進行對比分析，把學生帶入實際場景中，讓學生知道學習的知識有什么用、用在什么地方、起什么作用。
（五）增加實用內容、刪改過時內容，新舊相融合
實訓教學中采用與市場同步的新款接觸器、繼電器，學生就業后能很快熟悉設備。觸摸屏是簡單、方便的人機交互方式，現在的設備大多由人機交互觸摸屏進行控制、修改參數、顯示運行狀態，學校電氣維修專業并不專門開設觸摸屏課程，因此，筆者在PLC教學進行到項目四時引入觸摸屏的內容，把觸摸屏的學習教程發到班級微信群、教師的演示錄屏發到學習平臺，讓學生自己學習。學生會自覺把前面學習的任務都用觸摸屏做一遍，既鞏固了所學知識，又練習了正在學習的內容。另外，教師應對教材中的陳舊內容進行及時更新，如PLC教材中使用GXDeveloper編程軟件進行講解，筆者在實訓教學中使用現在通用的GXWorks2編程軟件進行講解。
三、效果及反思
通過開展六屆電力拖動與PLC融合、理實一體化教學實踐，發現教學效果、教學質量顯著提升，畢業學生反饋的就業后適應性明顯好于以往，獲得學生對于教學的認可，學生參加校內、市級、省級技能大賽成績優異。取得良好的教學效果主要基于以下幾個因素。
一是理實一體化教學是以學生為中心、能力為本位、就業為導向的任務驅動的教學方法，激發學生學習熱情、興趣，把學生的旺盛精力引導到學習上，一體化教學成果顯著，幫助學生提高了自信心。
二是電力拖動與PLC合理融合，知識銜接緊密連貫，縮短了整體教學時間，提高了教學效果。
三是采用一體化教學能有利于教師對每個學生進行全面細致的了解，達到因材施教的目的。督促綜合能力弱的學生跟上進度，充分發揮學生互助的作用。對綜合能力強的學生，保證其學習能力有發揮的地方，引導他們延伸學習內容，幫助其他學生學習，形成良好學習氛圍。鼓勵學生代表學校參加市級、省級技能大賽，鍛煉學生的綜合能力。教師時刻了解學生情況，合理分組，培養學生的團結協作、競爭意識，充分發揮各自的優勢，達到“1+1＞2”的效果，這一點在團隊技能大賽中體現尤其明顯。
四是理實一體化教學提升了教師自身素質，有利于“雙師型”教師的培養。深入工廠進行培訓指導，與企業技術負責人進行交流，可以及時掌握行業發展動態、先進技術及成套技術資料。積極參加線上線下的培訓學習，定期走訪畢業學生，掌握企業用人需求，檢驗自己的教學效果。