基于应用能力培养的“电气控制与PLC技术”课程教学改革研究

王三秀 林志明 蔡文静

摘 要 针对“电气控制与PLC技术”课程专业性和应用性强的特点以及教学现状，本文在教材的选取，实验平台自制以及教学模式的改革等方面做了有益的探索和改革，提出了一些措施。通过实践教学证明，提出的措施有效的提高了教学质量，激发了学生的学习兴趣，提高了学生应用能力的培养。

关键词 電气控制与PLC 应用能力 教学方法

中图分类号：G424                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.09.050

Abstract In view of the specialty and application of electrical control and PLC technology as well as the teaching status quo， this paper makes beneficial exploration and reform in the selection of teaching materials， the self-made experimental platform and the reform of teaching mode， and puts forward some measures. The practice teaching proves that the proposed measures effectively improve the teaching quality， stimulate students' interest in learning， and improve the cultivation of students' application ability.

Keywords Electrical Control and PLC; application ability; teaching methods

1 课程教学现状

随着自动化技术日新月异的变化，可编程控制器（PLC）逐渐取代传统电器元件和复杂接线而成为电气控制系统的核心部分。“电气控制与PLC技术”是一门实践性很强的专业课程，通过本课程的学习，使学生在学习理论的基础上，结合生产实际设备情况，掌握继电器控制的线路分析与设计方法以及PLC控制器的编程技术。使学生具备程序阅读、修改、调试以及程序设计和应用开发能力，为学生以后从事相关工作打下良好的基础。然而课程实践性和应用性随着社会的发展，要求变得越来越高，对该课程目前的授课方式也提出了新的挑战。要培养适应时代发展的应用型人才，势必对当前的教学现状做出改革和调整。当前传统教学中存在的问题：

（1）教材老旧，不适用。现有的教材电气控制部分主要讲授低压电器、电气原理图分析和绘制、典型机床电气控制电路的分析以及电气控制系统的分析设计等几部分。教材内容偏理论，学生对于低压电器的结构和原理无法理解，电气原理图分析枯燥，复杂生产机械电路不能理解和掌握，因此难以调动学生的学习积极性，课程授课方式没有突出课程实用性强的特点，脱离实际，没有起到很好的教学效果。

教材中可编程控制器的部分是以三菱FX系列PLC以及西门子S7-200系列PLC进行指令介绍和程序设计。由于西门子S7-200系列PLC已停产，升级到S7-1200新型PLC。因此继续按原教材内容讲授，将跟不上生产实际产品更新换代的要求。

（2）实验平台脱离工程实际。PLC课程由于其突出的工程性和应用性，对培养学生良好的工程意识、较强的实践能力和较高的综合素质具有非常重要的作用。实验教学是该课程的重要环节，但目前教学实训设备中仅仅通过按钮、开关、以及指示灯等元件来代替实际控制系统中的输入输出，由于按钮、开关仅仅是数字量，很难真正反映实际系统中各类传感器输送产生的模拟量的信号，指示灯也不能很好的模拟实际控制系统中的接触器、电动机这些实际输出设备。现有课程实验实训环节的作用只是达到学习PLC编程的目的，却不能连接真正的控制对象，不能真正了解生产过程的实际设备。脱离工程实际，不利于学生实际动手能力和应用能力的培养。

（3）教学模式存在不足，理论教学与实践教学脱节。当前教学模式中理论与实践两个环节分别进行。在教室上课讲解指令，然后到实验室做实验，这样会造成学生上课积极性不够，理论知识理解困难，接受新指令慢，而一旦在课堂上没有及时的吸收和消化新的指令，这样即使到了实验室，也不能很好的进行编程，有种恶性循环的发展趋势。显然这种理论环节和实验环节单独设置的方式会阻碍学生的学习积极性，降低课程的学习效果。因此，作为PLC这种应用性强的课程，最好的办法就是一边学习一边操作，每学习一些新的指令或者编程方法，就及时进行编程，从而熟练掌握。

2 教学改革内容

针对“电气控制与PLC技术”课程特点及上述阐述的当前教学中存在的问题，拟对课程进行以下几个方面的改革探索。

（1）更换应用性更强、更符合实际生产应用的PLC型号，再根据相应的PLC型号更换教材。

（2）针对实验设备老旧落后，不符合生产实际需求的现状，将进行实验设备自制。在自制实验设备过程中，让学生积极参与到实验设备的升级改造过程当中，一方面提高学生的实践动手能力和创新意识，同时设计出符合课程教学目标和应用型教学特色的PLC控制实验系统。

（3）改革教学方式，将PLC仿真软件与硬件实验条件结合，提高实验效果。上理论课时，可以利用仿真软件对相关指令进行训练，再通过实验时间在硬件平台上完成实际的操作训练。将理论教学与实践教学紧密结合。

（4）重视和加强教师科研能力、实践能力的培养。教师是授课的主体，由教师向学生进行授业解惑，因此对于实践性强的工科专业，教师的科研能力、工程实践能力和企业经历对课程的教学效果可以起到很好的作用。教师不再只是着重于书本，可以把更多的生产经验、实践案例分享给学生，能激发学生浓厚的学习兴趣，从而更好的理解和把握知识点。因此要加强授课教师工程实践能力的培养，支持教师参加相关课程的继续教育和培训。

3 实施方案和方法

（1）挑选西门子S7-1200作为新的教学对象，这款PLC是西门子经典系列S7-200的升级。作为西门子公司的新一代小型PLC，它集成了以太网接口和很强的工艺功能，能够进行灵活的操作和组态，通过功能强大的指令系统实现各种应用需求，可以满足工业控制的性能需求。同时，在教材选择上，经过多本教材的比较和考量，选择了廖常初主编的《S7-1200PLC编程及应用》。该书对S7-1200PLC的硬件组态、编程语言及指令、程序结构、通信网络以及故障诊断等没人做了全面深入的介绍。可以很好的帮助学生全面学习PLC编程及其应用。

（2）自制实验设备，该实验设备包括电气控制以及PLC编程两个方面，可以做常规的继电接触器控制实验，完成点动、连续运行以及电机正反转等控制，也可以利用PLC结合变频器对电动机实现变频调速控制，可以对温度等模拟量进行控制，也可以實现PLC与PLC、触摸屏、变频器之间的网联通信等功能。

相比较原来的采用LED发二极管、指示灯来模拟接触器以及电动机运行的情况，新的实验设备更好的贴合实际工程，能够提高实验教学效果，使学生对生产现场工业自动化PLC控制技术有更好的了解和掌握，提高学生的就业竞争力。自制实验设备如图1所示。

（3）在教学上，将理论教学和实践教学紧密联系在一起。在课堂上讲授PLC应用指令的同时，可以让学生自带电脑，通过PLC仿真软件，实现对指令的操作训练，有助于学生对指令的理解和应用，提高上课积极性，而不再是空洞的填鸭式讲授方式。另一方面，经过上课时候PLC仿真软件训练，再去实验室硬件平台上操作，也会更得心应手，提高学生的实践动手能力和编程能力。

（4）授课教师积极参加PLC技术相关内容的技术培训。可以通过申请产学合作协同育人师资培训项目，到企业接受学习和培训，提升教师自身工程实践能力，从而提高教学水平。

4 结语

通过“电气控制与PLC技术”的一系列改革内容的执行，解决PLC型号落后，教材不适用的问题;自制出应用性更强，更有利于培养学生动手能力和实践能力的实验设备，解决实验平台脱离工程实际的问题;研发出新的有效的教学模式，提高教学效果。

参考文献

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