电气控制与可编程序控制器教学思考

摘要：电气控制与可编程序控制器是自动化及相关专业实用性极强的专业课，社会对该领域高端人才的迫切需求要求高校提高该课程的教学效果。结合授课过程中的体会，分别对课堂教学、实践教学及考核方式进行了探讨，以激发学生的学习兴趣、培养学生的实践创新能力。

关键词：电气控制；可编程序控制器；教学；实践

作者简介：刘晓青（1984-），女，河南周口人，周口师范学院物理与电子工程系，助教；李晋（1965-），男，河南周口人，周口师范学院物理与电子工程系，教授。（河南 周口 466001）

基金项目：本文系周口师范学院青年科研基金项目（项目编号：zknuqn201041A）、周口师范学院教学改革研究项目（项目编号：J2010072）、河南省教育厅自然科学研究计划项目（项目编号：2011B510021）的研究成果。

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）20-0121-02

现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，以微处理器为基础的通用工业控制装置——可编程序控制器（PLC）正是顺应这一要求出现的。它以应用面广、功能强大、使用方便等优势已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产各个领域得到了广泛的应用，很大程度上取代了传统的继电接触式控制系统，但实际中根据需要及生产成本的考虑，特别在设备的安全控制方面，继电器仍具有不可替代的地位，可以说继电控制和PLC在生产系统中是相辅相成的。因此为适应目前普遍存在的学时压缩状况，很多高校已将“工厂电气控制技术”和“可编程序控制器原理及应用”两门课程合并为“电气控制与可编程序控制器”一门课程，[1]是自动化及相关专业实用性很强的一门专业课。它更新发展快，与工程实际结合紧密，社会对这方面人才的需求越来越多。因此如何充分激发学生的学习兴趣，利用现有的教学条件提高该课程的教学质量，探索出一条适合高校本科PLC教学的新路子，便成为教师深入思考探索的重点。

一、课堂教学研究

尽管电气控制与可编程序控制器是一门实用性强的专业课，但作为本科教学，又不能仅仅注重应用，而要在强调理论的同时重实践。本科教学的首要任务是使学生具备扎实系统的基本理论知识和基本的专业技能，其中最为基本和关键的环节便是课堂教学，因此课堂教学必须注重基本原理、基本概念、基本方法、基本技能的培养与训练。

1.重视第一堂课，激发学生兴趣

传统的课堂教学往往忽视第一堂课，认为只是对一门课程简单的介绍，学生也从心理上认为尚未进入课程主体部分。开始上课之前，由于学生对电气控制与可编程序控制器这门课程并不了解，很容易理解为电机或计算机编程之类的课程，使得不擅长这方面的学生产生畏难心理而失去信心，因此教师一定要在教学艺术性上下功夫。教育学的建构主义学习理论认为，学习过程不是学习者被动接受知识，而是积极、主动建构知识的过程。教学过程是师生交往、互动的过程，也就意味着对话，意味着相互构建，其间必然借助一定的情景，而且必须是教师和学生所认知的范畴内共有的情景，否则脱离了共同的情景，学生所构建的知识便不等同于教师所教。[2]因此，教师可以列举一些学生日常生活中比较熟悉的例子，如房间灯的控制、交通信号灯的设计、电梯的控制、机器人的控制等都有PLC的功劳，让学生对该课程有一个初步了解，觉得就在自己身边，拉近课程与学生的距离，同时还可以联系当前就业市场对掌握PLC等先进技术人才的需求，激发学生的学习热情。

2.调整教学内容，优化教学大纲

目前可编程序控制器已成为工业自动化领域的主流技术，且仍在发展和更新。为解决教学内容增加和学时压缩的矛盾，在保证基本理论基础上适当减少传统的继电接触控制系统部分的内容，着重强调继电接触控制系统的典型控制环节和设计思想；对于PLC部分合理构建教学结构。为确保结构的严谨性和内容的正确性，编者在编写PLC教材时通常以理论为主，另加一些抽象例题供学生巩固理解。如果完全按照教材顺序和内容，学生对PLC只是似曾相识，而不能真正理解应用。本着能力为本位、既注重基础理论又结合实际、突出实践技能的培养原则，可变章节式教学为主题式教学，[3]精讲PLC结构和工作原理，讲解指令时结合精选的具体实例，如电机的点动、长动控制、电机的正反转控制、多台电机的顺序启停控制、小车的往返控制等。所选实例根据学生的认知过程按照先易后难、先简后繁的顺序进行，编写具体程序之前首先分析实例中的被控对象，明确其控制要求，从而分配好输入/输出点；然后用传统的继电接触控制系统设计的思想引出PLC编程设计的方法，帮助学生拓展思路。PLC所提供的指令较为丰富，不同厂家不同型号PLC的指令也有些差异，因此不必面面俱到，可重点讲解基本指令，有选择地介绍应用指令，强调学生掌握主要指令的功能和常用的编程方法，正所谓“授人以鱼，不如授人以渔”。采用主题式教学符合学生的认知规律，既强调基本理论的完整性、系统性，又突出实际应用，使教学内容能够适应生产实际。

3.采用直观教学，增强感性认识

逻辑性、抽象性强是PLC的主要特点之一，学生学习中遇到的困难大多来自实际感的缺乏，很难从感性认识中提取抽象概念。教师教学过程中可改抽象为直观，比如给实例配以课件模型，讲解PLC内部结构时使用PLC示教板，先使学生对PLC外部结构有一个感性认识，在此基础上再采用挂图进行内部结构的介绍。这种直观方式可以激发学生的兴趣，增强其感性认识，加深印象，有利于学生对知识的理解。

4.实施启发式教学，充分调动学生

电气控制与可编程序控制器涉及多门学科知识，为克服学生的畏难情绪，教师要在教学过程中大胆地改革，变以往的“一言堂”为“师生互动、生生互动”，变“要学生学”为“学生要学”，这就要求教师采用灵活多样的教学手段。比如在讲电机的点动控制与长动控制时，先创设学生熟悉的现实情景，如电动车窗的调节是如何实现的，由这个问题引出电机的点动控制。求知欲和好奇心是创造能力发展的必要条件，能驱使学生去积极思考，在关键的地方教师加以点拨，学生便可自行解决。在此基础上引出长动控制，让学生思考讨论如何实现由点动控制变长动控制，这样有阶梯性地提出这两个问题，让学生“跳一跳能够得着”，不但完成了课题的任务，同时也培养了学生的探究意识和能力。可编程序控制器的另一个特点在于“可”字本身，同一个问题可以有多种解决方案，教师可以设置一些开放性问题，有意识地培养学生的创新能力，而不轻易地扼杀学生的灵感，让学生充分享受通过自己努力得到的成就感，增强其自信心，从而调动其积极主动性。

二、实践教学研究

PLC的广泛应用要求培养出更多精通应用的高技术人才，提供良好的实验手段和实践环境是该课程教学成功的保证。实践教学是学生乐于接受的学习方式，它不但是对理论教学的补充，也是强化学习效果的重要手段，通过该环节可以提高学生的综合素质、应用能力和创新能力，这也是教育的根本内涵所在。

1.实验教学与课堂教学有机结合，增加设计性实验

以往的教学中，一般是先进行课堂理论教学，再进行实际操作，理论教学与实验教学是相互孤立的，造成理论知识不能及时联系实际，加之大部分实验给定程序，大大降低了学生的积极性，难以达到实验环节应有的效果。为实现理论与实际的无缝连接，可以讲完一类知识点立即进行实验验证，及时消除学生的疑点难点，甚至把某些实践性特别强的知识点的讲解直接搬到实验室进行。实验安排的总体思路是以学生为主体分梯度进行。首先是基础实验——验证性实验，主要帮助学生更好地理解基本指令的用法和PLC的工作方式，只需做几个基本实验，如逻辑控制、定时器计数器的使用、简单顺序控制。在较好完成验证性实验的基础上主要开展设计性实验，即给定实验目的、要求，学生自己设计方案并加以实现，选题上应结合学生兴趣爱好，并注意实用性、典型性，如闪光灯控制、交通信号灯控制。必要时，教师可给予适当的提示或给出基本的设计思路，而程序的主体由学生独立完成，学生通过上机调试不断地完善程序直至达到实验要求，学习的主动性和积极性被充分调动起来，对知识点也自然掌握了。

2.成立学习小组，建立开放性实验室

社会的大量需求要求学校培养出更深层次的PLC应用人才，基于每个学生的基础、兴趣和接受能力的差别可以采取择优自愿的方式挑选一部分有兴趣有潜力的学生，成立PLC兴趣小组，除基本的程序设计外，学习过程控制、智能控制、组态软件及通信组网。学校为其开放实验室，创造接近工程实际应用的环境，相当于在现场完成一个小型的工程项目，旨在让学生对控制系统中项目的建立、分析、设计和实施，监控系统中可视化界面的开发以及控制系统与监控系统的通信有一个全面的接触和了解，建立起工业控制系统概念。通过验证性实验、设计性实验和开放性实验室的建立可使基础弱的学生“吃得了”、大多数学生“吃得饱”、基础强的学生“吃得好”，达到整体教学效果最佳。

3.积极拓展校外实践基地，实行校企联合

建立长期稳定的校外实践基地，一方面可以为学生生产实习创造条件，通过参观自动化生产线、集散控制系统等，拓宽学生的视野，使其真正了解PLC在工业自动化领域中的地位和作用，进一步激发学生的学习热情；另一方面，在条件允许的情况下可以进行联合教学，实行“请进来、走出去”的方针，聘请有经验的专业人员来校开展讲座，选派部分学生到企业进行实训，增强学生的工程现场意识和实践能力，同时也拓宽了学生的就业渠道。

三、考核方法研究

每个主题教学的最后环节以单元测试考查学生理论知识的掌握情况，平时实验作为动手能力的测验，最后以一个综合性实验考查学生的分析解决问题能力、知识应用能力和创新能力。课程结束时根据学生所获得的知识和能力打分，而不采用以往的单一期末考核或按一定比例折算平时和期末成绩的考核形式，这就意味这每一次考试都是综合性的。[4]适度的压力是动力的源泉，学生会抓住每一次机会展示自己的能力。这种考核形式不用成绩分布曲线的方式打分，避免将学生分成好坏优劣，而是让每一位学生都有机会达到最高标准，鼓励学生相互协作，保护学生的积极性和学习兴趣。

四、结束语

电气控制与可编程序控制器是一门理论与实际紧密结合的应用型课程，通过调整教学结构、优化教学方法、突出实践教学和改变考核方式，学生的积极性大大提高，对基本理论知识理解更深入，实践能力和综合运用知识能力得到真正锻炼，可实现毕业后在该领域“零适应期”的最终教学目标。

参考文献：

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[2]屈勇.基于信息技术的情景教学策略研究[D].重庆:西南大学,2009.

[3]刘彩霞,赵丽虹.浅谈一体化教学中的实践与体会[J].中国现代教育装备,2010,(13):152-153.

[4]Ken Bain.What The Best College Teachers Do[M].明廷雄,彭汉良,译.北京:北京大学出版社,2007.

（责任编辑：麻剑飞）