基于工程应用《电气控制与PLC》课程改革与探索

1、引言
应用型高校是以培养适应生产、建设、管理、服务一线需要的、德智体美全面发展的高级应用型人才为目标的高等院校，是高素质人才培养的摇篮。高校理工类专业是为社会建设培养应用型人才而设立，具有至关重要的作用，培养的人才质量将直接影响到社会发展的速度与高度。随着科技发展，世界科技与生产已经由电气化向信息化、智能化发展，所以理工科院校高等教育一定要紧跟时代的步伐，适应科技的发展，培养的人才应与社会需求接轨。目前国内外电气控制技术发展迅速，新的控制器件和控制方法日新月异，这给高校教学工作带来了新的挑战，国内外高校针都对电气控制最新技术都做了相应的研究，使其教学过程适应技术的发展。特别是对于应用型高校来说，对学生进行工程应用能力的培养就显得尤为重要，这就对高校人才培养提出了更高的要求，需要实现校企之间的无缝对接。
2、课程特点与定位
《电气控制与PLC》是高等理工类院校涉电类专业开设的一门专业课程，课程的基本任务是使学生掌握低压电器控制技术和PLC应用技术，通过学习、培养提高学生的职业技能和创新能力，为学生毕业后直接上岗奠定基础。课程主要内容为学习掌握低压电器控制线路的设计以及可编程控制器的编程和控制电路的设计方法，是一门应用型非常强的课程。特别是对于电气工程及其自动化、自动化等工科专业的学生，大多数毕业之后从事电气控制领域的工作，这就要求在课堂讲授时将理论知识与当前实际工程应用紧密结合起来，培养适应生产和设计需要的高素质人才。但是从大学目前的教学情况来看，实践环节涉入较少，无法满足应用型、创新型人才培养的目标与用人企业的实际需求。目前国内很多高校组织教学改革团队通过调整授课方式、与生产一线结合、模拟仿真等手段将电气控制与PLC控制技术应用到具体的工程项目中，取得了一定的成果，为我国科技进步及生产建设做出了一定贡献。在全国高校“双一流”建设的带动下，相应学科建设的目的就是使学科专业更有特色和成效。因此，如何将工程应用与课堂教学结合起来，是本课题的主要研究内容和目的，开展基于工程应用的《电气控制与PLC》课程改革与探索具有一定的现实意义。
3、课程教学现状
从大学目前教学实施的情况来看，在《电气控制与PLC》课程教学中还存在以下问题：
（1）课程内容设置与工程应用联系不够紧密。体现在教材案例陈旧，与生产实际联系不紧密，实用新不强，对于设计细节把握不够，所以需要更新重组教学内容，特别是具体的实验项目。
（2）仿真教学手段不够。特别是在2020年新冠肺炎疫情期间，实验课程无法正常开展，需要进行在线教学，而线上教学资源有限，所以需要加强仿真教学手段。
（3）课程资源不够丰富。由于传统教学模式的局限性，很多教学资源无法做到共享，加之存在同一门课程几个老师同时讲授的现象，必定存在一定的差异性，教学资源也需要进一步丰富。
（4）改进传统教学模式与方法。因传统的课程授课教学模式下学生学习兴趣和效率不高，教学效果不明显，课堂知识与工程应用实际脱节，所以需打破“课堂讲授+实验室做实验”的传统教学模式。
（5）教师教学水平有待提高，教师一般都具有深厚的理论基础，但丰富的工程实践经验欠缺，因此很难在课堂及实践教学中做到游刃有余。
（6）课程考核方式需要改进。目前考核方式与考核标准比较单一，主要采取“平时成绩+实验成绩+考试成绩”的方式，无法激发学生学习的主动性和积极性，需要细化考核指标，使课程成绩更加客观公正。
4、课程改革措施
《电气控制与PLC》课程的应用性和实践性要求较高，由于技术的发展和新知识的增加、教学课时压缩问题的存在，传统的教学模式和教学手段已难以适应新形势的需要。所以，需要对课程体系和教学模式进行改革，实行理论和实践一体化的教学模式，让理论和实践有效结合起来。因此本项目教学团队结合课程特点和教学实际，在近两年的教学工作中采取了以下具体的改革措施来提升教学效果。
4.1整合课程体系
根据课程的基本任务，将理论教学和实践教学两部分进行整合，重新思考设计教学项目。在保证教学进度和教学质量的同时采取基于工程应用的教学案例，从易到难循序渐进开展教学。以企业岗位需求为依据对课程体系进行重构和调整，实现教学内容与行业、产业的对接，提升学生职业能力，促进人才的可持续发展。课程教学安排如表1所示。
表1教学内容安排

教学模块	教学内容	学时
模块1	低压电器控制电路	4
模块2	PLC硬件组成认知	2
模块3	PLC编程语言设计	6
模块4	功能指令应用实例	4
模块5	顺序控制法设计实例	4
模块6	置位复位指令设计实例	2
模块7	SCR指令设计实例	4
模块8	PLC通讯实例	2
模块9	MSGC组态软件PID控制实例	4
模块10	工程应用综合实训	8

4.2将工程实例与虚拟仿真结合
工程实例教学是教师根据教学大纲和教学目标，采用典型实用的教学案例，引导学生进行分析与讨论，让学生在具体的实际案例中学会积极思考，主动探索，重在培养学生的综合能力和创新意识。在课程讲授时，以具体工程案例为驱动，在实验室硬件资源不足的情况下，可以采用PLC仿真软件（如MSGS组态软件）对传统教学模式改革。通过仿真软件将虚拟操作与具体工程实例编程结合，将具体任务布置给学生，从程序的编写、模拟调试、动画演示等环节的开展，引导学生由简到难、循序渐进的完成一系列仿真任务，教师在仿真学习的过程中给予学生适当的引导，及时进行指导、交流和评价。仿真软件的使用，可以解决实验室硬件不足、老旧的问题，提高实验操作的安全性，可以在实践操作之前进行预演，并且可以很好地调动学生学习的积极性和主动性。
4.3开展教、学、做一体化教学模式
在教学过程中，将工学结合的理念融入其中，根据课程特点进行教、学、做相结合，实现“教中做”“做中学”“学中做”工学结合的教学理念，使学生在教、学、做的一体化过程中自主学习，不断提升学习能力和实践能力。将课程全部安排在专业实验室实施，以工程应用实例切入，完成理论教学和实践教学的结合。先从简单的电气设备认知开始，再到简单控制系统的讲解，最后进行综合性训练。注重平时的学习训练，提高专业技术岗位能力，使培养的学生更接近用人单位工作所需，提高就业适应能力。
4.4加强教师团队建设
教师是知识传授环节中的灵魂，学生获取知识的最主要的途径就是来自于教师的课程讲授。为了提高教学团队的理论水平和业务能力，定期组织学习交流，经验探讨，课堂观摩等方式。在研究当前实验室设备的优缺点的基础上，对实验设备提出方案上的改进，申请PLC实验教学装置实用新型专利。利用校企合作的机会与企业开展深入交流，掌握技术动态，不断学习新工艺新方法，将获取的知识反馈到教学工作中，从而不断提升教师队伍的实践能力。同时加强师风师德建设，将课程思政与教学过程结合起来，建立一支思想政治素质过硬，职业道德水平高的教师队伍。教师积极参与教研与科研工作多项，发表多篇学术论文，申请十几项国家专利，在很大程度上提高了教师队伍的教学水平。
4.5丰富教学资源
除了线下教学手段的实施，课题组已经在超星泛亚网络教学平台MOOC网站建设了《电气控制与PLC》在线学习网站，通过网络共享教学资源，实现教学“互联网＋”，方便学生随时随地学习。重新编写了实验指导书，规划实验项目，尽可能地将各种电子文档收集整理后在教学网站公布，开展线上线下混合式教学。通过在线课程文字讲解、视频讲解、实验讲解等手段丰富教学内容。课程的每个章节都设置了在线测试题，并提供了模拟试题供学生练习。将电子课件、教学大纲、实验指导书、工程案例等资源整合在网站中，通过网站后台数据管理功能，客观分析学生的学习情况，对学习主动性差的学生及时督促与交流。使用腾讯课堂等方式进行线上答疑辅导，及时处理学生在学习中遇到的问题。线上线下混合式教学可以使学生全方位、随时随地进行学习，弥补课堂授课的短板，课程学习做到长期性。
4.6改进课程考核内容与方法
考核内容从以理论为主，逐渐转向考核学生控制线路的设计及工艺接线，PLC接线及调试等实际技能，按照技能鉴定考核规范要求制定相应实践的各环节、每个步骤的评分标准。注重教学过程管理，逐步建立起一套良好的、客观的、公平公正的学生成绩考核评价体系。经过调整评价体系，最终使考核成绩趋于正态分布。
4.7培养学科竞赛与创新苗子人才
在巩固基础知识的基础上，选拔优秀学生参加大学生创新活动并以省级和全国各类电气控制或PLC编程大赛为契机，培养学科竞赛苗子人才，实现更高端的人才培养。课程团队教师指导学生参加第十四届“西门子杯”中国智能制造挑战赛智能制造工程设计应用类赛项，获得全国总决赛一等奖1项，二等奖1项。设立教师团队创新工作室，针对具体的工程项目和控制系统，指导学生进行专利的撰写与申请，为学生走上工作岗位进行知识产权方面的工作打下基础。这些成绩的取得为培养创新型人才奠定了坚实的基础，并且学生创新梯队已经形成规模，教师的业务水平也得到了明显提升，为参加更多的科技竞赛积累了宝贵的经验。这些苗子人才走向工作岗位后，工作能力和适应能力强，可成为坚实的技术骨干力量。
5、结束语
教学改革是一个与时俱进、长期探索的过程。通过本课题的开展，教师的教学手段和教学方法得到了丰富，考核方法更加合理，教学资源日益丰富，学生对知识点的理解更加透彻直观，能够利用在线学习网站进行自主学习并反馈学习信息，实践能力和创新能力得到了相应的提高，培养了一批动手能力强，具有一定创新精神的学生和创新团队。为实现培养应用型、创新型人才的目标打下了良好的基础。学生毕业后能够快速与生产实际接轨，用人单位满意度明显提高。本课程改革将工程项目引入课堂，以技能训练为核心，突出学生解决实际问题的能力，能够促进学生的创新精神和综合能力的培养与提高。以此教学改革为契机，也可以提高教师的教学水平，促进学科建设的健康发展。这些改革措施可以推广到其他应用型较强的学科建设和课程建设中，具有一定的推广价值，能够有效促进高等教育的发展，为国家建设培养更多有用的应用型和创新型人才。