电气控制与PLC技术课程教学改革与研究

电气控制与PLC技术课程是电气工程及其自动化、电气技术、机械工程及其自动化、机电一体化等专业的一门实用性很强的专业课程，强调理论与实践相结合，注重培养学生分析与解决实际问题的能力、工程设计的能力[。本文结合笔者所在学校建设应用型本科高校的背景，根据电气工程及其自动化专业的培养目标，通过笔者几年的实践教学，分析了电气控制与PLC技术课程教学现状及目前教学面临的主要问题，探讨该课程的一些教学改革路径[3]，希望能够使学生更好地学习该课程的理论知识，锻炼学生的实践操作能力，有助于培养学生的综合应用能力。
1、电气控制与PLC技术课程教学现状
笔者所在学校电气控制与PLC技术这门课程的开课时间一般在大三的第一个学期，按照课程教学大纲中的课程内容安排进行授课。传统的教学安排分为理论教学和实践教学环节两部分，理论学时40学时，实验学时8学时，认识实习一周，相关课程设计、技能实训两周。
课程内容具体包括两个部分，第一部分为电气控制技术，从常用低压电器的结构、原理和用途开始，系统地介绍电气控制线路的基本环节，对典型线路进行分析，结合实例讲解电气控制系统设计的一般原则与方法、元器件选择；第二部分为可编程序控制器应用技术，要求掌握PLC的组成与工作原理、指令系统及编程方法，应用PLC进行电气控制系统的设计。
在不断的课程建设中使得该课程的教学目标更加明确，学生学习这门课程的学习目标也更加清晰。通过理论教学环节，使学生掌握书本上的理论知识，具备阅读和分析电气控制线路的能力，加强对分析设计方法的理解和应用，初步具备电气控制系统的工程设计和应用调试能力；通过实验教学、课程设计、技能实训等实践教学环节，培养学生的工程意识，提高学生的解决工程问题的能力，为今后继续学习和工作打下一定的基础。
2、现阶段电气控制与PLC技术课程教学面临的问题
目前的电气控制与PLC技术课程教学采用传统的教学理念，以理论教学为主，实践教学为辅，强调知识体系的系统性。笔者通过几年实践教学，在具体的教学过程中发现现阶段该课程教学面临的问题主要有三个方面。
2.1课程学时少，教学内容更新速度慢，教学方法单一目前采用的是以"教师"为主导的传统的教学模式，授课方式采用面授方式，在课堂教学中，根据现有的教学大纲安排该课程的教学内容，以选用的课程教材为依据，分析理论基础知识。由于在整个教学过程中，电气控制技术与可编程序控制器应用技术两个部分的教学内容比较多，课程内容丰富，知识面较广，而课程学时比较少，虽然学生已经学习了一些专业基础课程，对专业知识体系也有了一些认识，但学生的学习基础比较薄弱，没有课前预习，较缺乏自主学习能力，在有限的学时内难以要求学生掌握相关的理论知识，学习这门课程存在一定的困难，不能提升学生的学习积极性，没有实现很好的课堂教学效果。电气控制与PLC技术发展速度快，而现阶段课程教学内容更新比较慢，存在滞后，课程知识点较分散，教学内容没有充实新技术、新理论、新知识，难以促进学生将所学的知识与工作岗位的需要实现有效衔接。在该课程的课堂教学中，由于班级人数较多，课程内容多，课程学时有限，上课提问时间较少，不能及时了解学生是否掌握理论知识的要点。因此，为了适应电气工程及其自动化专业培养目标的需要，加强培养学生的应用技术能力，该课程的教学内容和课程学时需要进行相应的调整。
2.2注重理论教学，实践教学偏少
笔者所在学校该课程的实践教学环节主要包括实验教学和相关课程设计。电气控制与PLC技术课程具有很强的理论性和实践性，实践教学可以帮助学生认识到电气控制与PLC技术在实际生产生活中的重要性，有利于提升学生对这门课程的学习兴趣，因此，在电气控制与PLC技术课程的课程体系中，实践教学具有重要作用。
实验教学的实验学时较少，实验设备较少、种类有限，理论内容与实验内容无法充分融合是目前电气控制与PLC技术课程实验环节存在的主要问题。实验课程一般在电气控制与PLC技术理论课程开始后的第8周开设，学生无法及时地将书本所学的理论知识与实验环节相结合，不能获得很好的实验效果。课程实验在实现课程教学目标、提高学生应用能力和创新能力方面起着重要的作用，目前开设的课程实验是PLC部分实验，主要完成理论教学中的基本实验，共有8个学时，实验学时较少，在有限的学时下需要完成四个实验，包括基本指令编程练习实验、十字路口交通灯控制实验、抢答器数码显示控制实验、自动装配流水线实验。所有的实验都是通过PLC实验装置完成的，实验装置配有很多实验任务模块，实验任务不易变动。笔者所在学校的电气工程及其自动化专业的学生人数比较多，而实验设备数量有限。在实验教学环节，首先要求学生完成课前预习，在实验过程中，通过教学，要求学生根据实验指导书中给出的具体实验控制要求、实验接线图和实验程序，完成接线操作和输入程序等，实现实验目的。
在课程设计部分，学生需要将该课程的相关理论知识与实践联系起来。通常布置工程应用、生产实际类设计题目，学生在分组选题后，按照设计题目的任务书要求查阅资料，通过小组讨论进行设计题目的分析、设计与实现，最后完成课程设计报告。由于实践设备不足，实践条件有限，学生对课程理论知识及应用方法没有很好地掌握，不能确保设计成果的呈现，影响课程设计教学环节的效果，难以促进学生实践能力和创新能力的提高。
2.3教学模式、考核方式陈旧
传统的教学模式采用单一课堂教学模式，这种单向的教学方式注重讲述理论知识，作为学习活动主体的学生只是被动接受所讲述的理论知识，很少对所学习的理论知识进行思考。学生通过在课堂记录重点，课后巩固所学课程内容的方式学习该课程，不能很好地理解掌握课程内容，理论知识基础薄弱，难以支撑起实验、课程设计等课程实践环节，学生的学习积极性不足，学习效率不高，导致课堂学习效果不佳。传统教学课程教学相关的学习资源较少，没有构建多样化的学习平台，难以实现课程教学的灵活性以及多样性，不能充分发挥学生的学习主动性，同时也很难满足不同学生的学习需求。
在传统的教学模式下，电气控制与PLC技术课程的考核方式由期末考试和平时成绩两部分构成，期末考试采用闭卷考试形式，主要以课程理论知识为主，其成绩占总成绩的70%，平时成绩主要体现在两个方面：学生的作业完成情况以及出勤情况，占总成绩的30%。这种考核方式比较单一，不够全面，主要通过理论考试对学习过程进行评价，考核内容多以理论知识考核为主，考试内容较简单，应用类试题较少，忽视了对学生分析问题、解决问题以及实践能力的考核。课程考核是课程教学中的一项重要环节，完善课程考核体系，能够帮助学生更好地制定以后的学习目标。
3、电气控制与PLC技术课程改革思路
3.1课程理论教学内容改革
在该课程理论教学过程中，结合教学安排需要，考虑教学效果，理论知识点通过引入工程实际应用设计实例来讲述，课程教学内容的介绍要从电气控制与PLC技术工程实际应用的相关背景出发，原理讲述要简洁，实现课程教学内容与生产实际紧密联系，进而为今后的工作奠定基础。在进行工程实际应用设计实例的选取时，要结合该课程教学目标，以课程教学大纲为依据，选用贴合工程应用的典型实例，利用动画演示或者图片来讲解，也可适当地加入一些较简单的典型实例的现场演示，来补充和完善课程课堂教学内容，吸引学生的注意力，加深学生对书本理论知识的理解，强调理论联系实际。通过实例教学，在电气控制技术部分，使学生能够熟悉并正确选用各种常用低压电器，具备阅读和分析控制线路的能力，对不太复杂的电气控制系统具有进行改造和设计的能力，在可编程序控制器技术部分，引入很多的应用实例，帮助学生尽快掌握PLC部分的内容，加强学生对实际应用程序的设计方法和步骤的理解，帮助学生更好地接受新知识，提高学生的学习效率。
电气控制与PLC技术课程的课程体系应随着技术的不断进步而发生变化，在课程教学内容方面，要求课程教学教师关注新的理论及技术，及时引入新的教学内容，另外考虑到课程教学学时有限，现阶段的课程教学内容也要作出相应的优化调整，进而完成安排的教学内容。
3.2课程实践教学内容改革
传统的实践教学对学生的创新能力、实践能力的培养模式采用实验、课程设计、毕业设计等方式，伴随着社会和技术的不断进步发展，结合该课程的特点以及学校培养应用型高级专门人才的需要，对实践教学内容进行优化调整，提升学生的综合能力。鼓励学生参与到项目研究中去，组织学生参加各种课外竞赛，增强学生的团队意识，提高学生的主动学习能力。
实验教学环节在删减一部分原有的常规性基础实验的基础上，增加部分设计性、综合性实验，并调整实验课程的学时分配。通过常规性基础实验让学生清楚实验的方法，掌握实验相关的实验步骤，了解实验过程。在此基础上，提出一些适当的工程实际应用问题进行设计性、综合性实验。实验内容的多样化可以提高学生对课程实验的学习兴趣。充分利用实验室设备，对学生开放实验室，制定实验室开放管理细则，逐步实施开放性实验，培养学生的创新意识和工程意识。提高学生利用所学知识进行应用解决实际工程问题的能力。
在课程设计环节，针对引入的工程应用、生产实际类设计课题，学生通过巩固该课程课堂教学内容，加强理论与实践的结合，对设计课题进行分析，利用现有实验平台或相关仿真软件进行课题设计后的调试，验证设计结果。通过课程设计实践环节，学生能够对电气控制与PLC技术课程有更深的认识，了解课程设计流程和设计基本方法，锻炼了学生发现、分析、解决工程实际应用问题的能力。
3.3课程教学模式改革
课程教学采用线上线下混合式教学，线上教学课程资源丰富，学生可以通过线上学习平台完成该课程的课前预习，通过考核机制检查知识学习掌握情况，有准备地进入后续课堂教学学习。在课堂教学中，教师根据学生的课前预习情况适当地调整和补充教学内容，通过课堂讲解、讨论等方式，帮助学生更好地理解和掌握理论知识。课后要求学生通过线上教学资源，巩固课堂教学内容，完成相应的练习。
3.4课程考核模式改革
课程考核构建综合考核体系，分为三个部分。第一部分平时成绩部分，包括线上线下学习的情况、作业完成情况、出勤情况，占总成绩的30%。第二部分采用项目化考核增加对学生的应用能力和实践能力的考核，进行项目的分析、设计与调试，完成项目报告及答辩，占总成绩的30%。第三部分理论考试部分，占总成绩的40%。
4、结语
本文从电气控制与PLC技术课程在课程教学过程中存在的一些问题入手，结合该课程的教学目标，分别从四个方面提出了该课程教学改革思路，希望能够帮助学生更好地学习电气控制与PLC技术这门课程，促进学生工程应用能力和创新能力的培养，有效地提高教学效果。