电力拖动与PLC一体化教学实践探索

电力拖动与PLC属于电气类专业的两大基础课程，传统教学中同一门课程的理论与实训部分分别由不同的教师教学，教学中理论与实践脱节，加大了学生学习难度；两门课程不在同一学期教学，部分内容重复，浪费学生学习时间；内容枯燥，不利于调动学生学习积极性；教学逻辑性不强，难以确保知识点学习的连贯性和教学质量。为此，有必要对电力拖动与PLC两门课程开展一体化教学，通过对教学内容的融合，提高教学效率。
一、电力拖动与PLC课程的内在联系
电力拖动课程教学内容一般包括4个单元。第一单元，常用低压电器及其安装、检测与维修；第二单元，电动机的基本控制线路及其安装、调试与维修；第三单元，常用生产机械的电气控制线路及其安装、调试与维修；第四单元，变频调速系统。PLC课程共有11个项目，前3个项目，即电动机单相连续运行控制、三相电动机正反控制、自动送料小车控制，就是利用PLC控制电动机基本线路。电力拖动是利用电动机拖动实操机械的工作结构使之运转的一种拖动方式，由于各种生产机械的工作性质和加工工艺不同，对电动机控制的要求也不同。要使电动机按照生产机械的要求正常、安全、高效、节能运转，必须配备由低压电器构成的控制线路。而PLC是采用软件编程的方法，取代电力拖动系统中硬连线逻辑控制，在改变电动机的运行要求时只需要改变程序，而不需要改变配线，对数控设备的高速精准控制提供保障，是控制系统的升级。
二、理实一体化教学
理实一体化教学就是以国家职业标准为依据，以综合职业能力培养为目标，以典型工作任务为载体，以学生为中心，根据典型工作任务和工作过程设计课程体系和内容，按照工作过程的顺序和学生自主学习的要求进行教学设计并安排教学活动。在电力拖动与PLC课程教学中进行理实一体化教学，要依据课程内容及职业标准，对教学内容进行融合。
（一）电力拖动课程第一单元与第二单元相融合
技工学校学生年龄小，普遍在家里干活较少、动手能力差，学生之间相互协作差。电力拖动课程第一单元中的低压电器元件如接触器、继电器学生没有见过，如果直接在教室讲解元件结构、分类、型号、选择等，学生不易听懂教师讲授的内容，会逐渐失去对专业知识学习的兴趣。所以，可以先在配有希沃白板一体机的实训室进行电力拖动课程第二单元的基本控制线路的实训，让学生直接接触低压电器元件，首先有一个直观认识。例如，在实训教学中出现熔断器烧断、接触器电压选择错误、接触器装配不正确导致异响的问题比较多，这时教师要指导学生动手分解熔断器，拆解组装接触器，检查接触器线圈电压，可以让学生在动手处理故障的过程中掌握低压电器的结构、原理、作用等。又如，接触器自锁触头接错是常见情况，教材中的课后思考题有“错误接线后会出现什么现象”的问题，如果采用纯理论教学，学生会因为没有实操过而无法准确描述，如果采用实训教学，学生因为亲自操作过，就能够正确描述故障现象。另外，通过实训教学，学生可以获得解决问题的喜悦和取得实验成果的成就感，能增强自信心；通过小组内学生的配合协作和小组间的比拼，学生的协作和竞争意识大大增强。
（二）PLC课程与电力拖动课程相融合
电力拖动课程中三相电动机正反控制、自动往返控制、Y-Δ降压启动控制与PLC课程前三个项目主回路相同、控制方式不同，先进行电力拖动控制线路实训的学生会感到互锁控制线路繁杂并且出错率高，从而倒逼学生学会看布线图、画布线图，明晰线路编号的意义和重要性，查找故障，提升逻辑思维能力等。因此在电力拖动课程的自动往返控制内容教学结束后，可及时引入PLC控制的学习。PLC的特点正是利用程序进行逻辑控制，所有的逻辑控制在PLC内部进行。PLC控制减少了电力拖动控制线路中利用开关、导线进行逻辑控制，使得控制线路变得更加简单，学生从复杂的布线中解脱出来，一下就对PLC学习产生兴趣；而且PLC梯形图图形编程语言，沿用了电力拖动控制中的线圈、触点、串并联等术语，既保证了学生学习知识的连贯性，又容易掌握新知识，符合学生学习规律。此外，教师可以不断丰富实训任务，鼓励学生在完成同一任务时使用不同的方法，并将自己的方法发布到希沃白板一体机供大家讨论学习，任务结束后各小组对完成任务情况进行自评、互评等，进一步培养学生的独立思考能力和表达能力。教师还可以在希沃白板一体机存储相关材料丰富教学内容，同时引导学生自己收集资料，充分利用网络、多媒体平台培养学生的自学能力。
（三）理论与实践学习相融合
教师在教学过程中不应将理论教学和实践教学分开进行，而应实现两者的融合。以“Y-Δ降压启动控制”这一知识点为例，学生先进行电力拖动控制Y-Δ降压启动，通过接触器KMY与接触器KMΔ互锁不会发生短路事故，将接触器互锁触点在PLC程序中进行互锁，逻辑上可以互锁不发生短路事故，但在PLC运行中就会发生电源短路，由此组织学生展开讨论，分析电力拖动控制与PLC控制各自的特点，结论是接触器的动作时间远长于PLC逻辑运行时间，
导致KMY接触器机械惯性未完全断开而KMΔ接触器吸合造成短路事故。采用这种理论结合实践的教学方法有助于锻炼学生理论联系实际解决问题的能力，也能调动他们的学习积极性。
（四）课程前后内容相融合
技工学校（以下简称学校）开设专业比较全，车间有普车、数车、铣床、磨床、钻床、加工中心等。学生上第一节课时，笔者都会带领学生到车间参观学习，请机加工教师介绍各类设备的基本结构原理，进行操作加工演示，让学生对于即将学习使用的机械设备有个初步认识。
实际教学中要联系实际，如欠电流继电器的教学不能仅仅停留在让学生背写其图形、文字符号上，而是要让学生学会将其应用于直流电动机控制电路图上，用在直流电动机励磁电路中，防止转速过高。学习过电流继电器的知识点，要让学生在桥式起重机控制线路图中找到具体使用场所，并学习掌握过电流继电器和普通过载保护热继电器之间的区别与运用场所。利用电力拖动课程第二单元的基本控制线路实训，完成第一单元的低压电器元件的学习，在实训过程中开展讨论、讲解完成理论部分的相关内容，不会让学生有纯理论学习的枯燥感，通过一体化教学的“做中学、学中做”，提高学生的学习兴趣并融会贯通。同时为了让学生了解低压电器元件及基本控制线路实际用在什么地方，可以让学生在第三单元学习的常用生产机械的电气控制线路图中找，低压电器元件的型号也可以在机车电气的明细表找到。学习第二单元绘制布线图时，引导学生与第三单元接线图进行对比分析，把学生带入实际场景中，让学生知道学习的知识有什么用、用在什么地方、起什么作用。
（五）增加实用内容、删改过时内容，新旧相融合
实训教学中采用与市场同步的新款接触器、继电器，学生就业后能很快熟悉设备。触摸屏是简单、方便的人机交互方式，现在的设备大多由人机交互触摸屏进行控制、修改参数、显示运行状态，学校电气维修专业并不专门开设触摸屏课程，因此，笔者在PLC教学进行到项目四时引入触摸屏的内容，把触摸屏的学习教程发到班级微信群、教师的演示录屏发到学习平台，让学生自己学习。学生会自觉把前面学习的任务都用触摸屏做一遍，既巩固了所学知识，又练习了正在学习的内容。另外，教师应对教材中的陈旧内容进行及时更新，如PLC教材中使用GXDeveloper编程软件进行讲解，笔者在实训教学中使用现在通用的GXWorks2编程软件进行讲解。
三、效果及反思
通过开展六届电力拖动与PLC融合、理实一体化教学实践，发现教学效果、教学质量显著提升，毕业学生反馈的就业后适应性明显好于以往，获得学生对于教学的认可，学生参加校内、市级、省级技能大赛成绩优异。取得良好的教学效果主要基于以下几个因素。
一是理实一体化教学是以学生为中心、能力为本位、就业为导向的任务驱动的教学方法，激发学生学习热情、兴趣，把学生的旺盛精力引导到学习上，一体化教学成果显著，帮助学生提高了自信心。
二是电力拖动与PLC合理融合，知识衔接紧密连贯，缩短了整体教学时间，提高了教学效果。
三是采用一体化教学能有利于教师对每个学生进行全面细致的了解，达到因材施教的目的。督促综合能力弱的学生跟上进度，充分发挥学生互助的作用。对综合能力强的学生，保证其学习能力有发挥的地方，引导他们延伸学习内容，帮助其他学生学习，形成良好学习氛围。鼓励学生代表学校参加市级、省级技能大赛，锻炼学生的综合能力。教师时刻了解学生情况，合理分组，培养学生的团结协作、竞争意识，充分发挥各自的优势，达到“1+1＞2”的效果，这一点在团队技能大赛中体现尤其明显。
四是理实一体化教学提升了教师自身素质，有利于“双师型”教师的培养。深入工厂进行培训指导，与企业技术负责人进行交流，可以及时掌握行业发展动态、先进技术及成套技术资料。积极参加线上线下的培训学习，定期走访毕业学生，掌握企业用人需求，检验自己的教学效果。