1、应用型本科大学电气控制与 PLC课程的理论与实践教学研究 王峰 程航 王晓芳 边玉国 兰州工业学院电气工程学院 摘 要： 本文针对本科院校应用型能力培养的问题, 解析出电气控制与 PLC课程在电气自动化控制类专业应用型能力培养中的作用。突出以维修电工职业技能为该专业基本应用型能力的思想, 围绕着“电气自动化类专业学生基本应用能力”这个中心对电气控制与 PLC课程教学内容、教学方法和教学手段按照现代教学思想进行了设计与探讨, 形成了基于工作过程、项目引导、任务驱动、案例教学、理论与实践并行教学等相互结合的教学模式, 在教学实践中取得了良好效果。关键词： 应用型能力; 电气控制与 PLC; 教学研
2、究; 电工职业技能; 作者简介：王峰 (1966-) , 男, 河南人, 教授;工学硕士。收稿日期：2017-06-21基金：甘肃省教育科学规划“十二五”2015 年度课题立项项目 (GS2015GHB0914) 的研究成果Teaching Research of Theory and Practice of Electrical Control and PLC Course in the Applied UniversityWANG Feng CHENG Hang WANG Xiao-fang BIAN Yu-guo School of Electrical Engineering, Lan
3、zhou Institute of Technology; Abstract： This paper aims at the problem of cultivating applied ability in Undergraduate Colleges, has analyzed the role of “electrical control and PLC“ course in the cultivation of application ability of electrical automation control.Rounding the core of basic professi
4、onal application ability of students in electrical automation, we have formed teaching mode with based on the working process, project lead, task driven, case teaching, theory and practice of concurrent, and achieved good results in teaching practice.Keyword： applied ability; Electrical control and
5、PLC; teaching research; electrician vocational skills; Received： 2017-06-21一、引言在上世纪 80 年代, 国际教育界就提出重视实践教学、强化应用型人才培养的概念。随着中国经济的快速发展, 对人才的需求多样化, 国内很多高校也纷纷在教育教学改革的探索中注重应用型人才培养, 并将自己的办学定位在应用技术型大学。应用型人才是应用客观规律为社会谋取直接利益的人才, 是实现科学技术转化为现实生产力的一支十分重要的力量1。应用型可以理解为把现有的成熟的技术和理论应用到实际的生产、生活中, 达到解放生产力, 提高劳动效率, 促进产业
6、技术和生活质量的全面提升为目的的应用能力。该专业学生应该具备哪些方面的职业能力和职业素质, 社会上对该专业学生真正需求的能力是什么?面对这样的问题, 我们通过调查, 从社会要求该专业学生应具有的应用能力与学校开设的课程对应入手, 解析课程与学生能力培养的关系。在该专业中选择了针对工业现场生产设备的电气控制技术、与工厂实践密切结合的电气控制与 PLC这门具有代表性的课程, 作为该专业学生基本应用能力培养的平台, 通过以提高学生应用型能力为主要目的的课程教学改革与设计, 以适应社会对该专业应用型人才的需要。二、电气自动化控制类应用型人才应该具备的能力电气自动化控制类专业的学生应该掌握什么样的应用型
7、能力?对这个问题的正确回答只能来源于实践。通过对与我们校企联合的一些单位的深入调查, 以及与单位负责人、技术人员的深入交流, 根据“电气自动化控制类”专业的培养目标及相关行业生产第一线的实际需要和职业资格认证要求, 归纳出本专业学生应该具备电路应用技术、单片机应用技术、电气控制与 PLC 应用技术和电气传动应用技术等四大模块的应用技能1。而在这四种技能中具有代表性的、实用性最强的应该是电气控制与 PLC 应用技术。该技术体现出对电气自动化类的各种知识的整合作用, 是将电气自动化控制类课程体系中电路分析、自动控制原理、电力电子技术、电机与拖动、自动调速系统和微机控制技术等集于一体的综合性、应用型
8、课程。课程内容涵盖了电气识图、设备运行、设备安装、设备调试、设备维护、故障处理、电气设计等基本应用型技能, 内容设计上与维修电工的国家职业技能要求相融通。也就是说, 电气自动化控制类专业毕业的本科生掌握的电工职业技能, 应该是基本应用能力。因此, 在电气自动化控制类专业的应用技能培养结构中, 本课程占有重要位置。三、本课程改革的目的电气控制与 PLC在许多大学都开设。但是大家对这门课程对学生尤其是电气自动化类学生的技能培养的重要性认识还不足。在工业现场, 只要打开电气控制柜, 里面全是电气元器件及其组成的控制线路。尽管内容在校都学了, 但下厂实习时学生能一下子正确认识的并不多。造成上述原因是多
9、方面的。有学生自身的问题、教师本身的问题, 但更重要的问题是大家没有意识到该课程在电气自动化类专业学生应用技能性培养上的独到作用和重要性。根源就在于我们的教育脱离实际, 校企之间联系不够紧密。前面提到应用技能型人才就是掌握现有的成熟的技术和理论并能成功应用到生产实际的人。现在工厂企业中大多数的自动控制设备都是由 PLC 等许多目前成熟的技术去控制的。面对社会需求发生的变化, 生产方式的变革, 学校在培养过程中, 不仅要教给学生必要的理论知识, 更为重要的是培养学生成为适应企业工作的技能型人才。以前更多的是学生在企业工作中获得实际经验, 现在这一任务下移到学校。四、课程整体开发方案设计电气控制与
10、 PLC课程的内容体现出实用性、技能性、应用性的特点, 该课程在专业教学体系中起着体现学生专业基本应用能力的重要作用。所述知识技能是学生适应岗位能力的基本要素, 也是进一步掌握专业其他课程知识、技能的基础。我们在专业培养过程中有的放矢地制定教学方案, 围绕应用型能力的提升开发课程教学体系。课程整体改革分为理论教学改革和实践教学改革两部分。以学生未来岗位技能为核心, 结合维修电工国家职业技能考核标准和行业发展的新技术、新方法、新设备, 突出以维修电工职业技能为该专业基本应用型能力的培养, 确定出该课程的教学目标 (知识目标、技能目标、素质目标) , 如图 1 所示。根据教学目标重新构建课程理论教
11、学和实践教学任务, 再按照教学规律将理论学习和实践学习内容设计为该课程的教学环节, 形成基于工作过程、项目引导、任务驱动为主要内容的案例教学、理论与实践并行教学、现场教学等教学方法, 并将其贯穿于课程设计、课程实训、生产实习、职业技能认证、毕业设计等教学环节2 (如图 2 所示) 。在教学设计上解构了传统的学科体系的教育模式, 以实践性和职业性作为切入点, 体现该专业学生基本应用型能力的要求。保证四年的学习中都有该课程的影子, 使学生做到不间断地学习、复习、巩固与提高, 以适应实际应用的要求。图 1 课程的教学目标 下载原图图 2 课程整体教学设计 下载原图五、课程教学环节的组织与实施在教学方
12、法上注意理论与实践高度融合, 强化动手能力培养, 促进以学生就业的职业教育思想引领课程教学, 按照“工学结合、职业导向、技能本位”的理念组织课程教学;以丰富的教学资源、真实的实践环境作为课程教学的基础和支撑;创新教学方法和手段, 突出应用、强化能力, 实现课程教学目标。为此我们要求做到三个“一体化”3: (1) 教材一体化, 即理论教材与实验 (实践) 教材融合。 (2) 教室一体化, 即大部分理论内容课程搬到实验室去上, 使教、学、动手相结合。 (3) 教师一体化, 即理论课与实践课由一位老师讲解, 做到了教学和实验两个环节的有机衔接。三个一体化的目的就是有利于学生对课程的认知和实践的结合,
13、 一改往日理论教学和实验教学分离、不能有机结合互相支持的局面。(一) 理论教学内容的组织与实施理论教学内容按照教材进行整合, 吸纳了变频器和触摸屏等新设备和新技术, 形成了以低压电器原理应用、电动机控制线路、机床设备的电气控制线路、PLC控制技术、变频器技术和触摸屏技术等模块为主要教学内容的形式, 使本课程内容更加充实、完善和实用。对课本内容进行自我消化, 进行序化整合, 补充或者删减。在每一个模块的理论教学内容中都设计一些简单但非常典型能帮助理论学习的实践内容, 将教学任务中的理论教学和实践教学融为一体。例如, 低压电器原理应用模块, 就设计了交流接触器、按钮、继电器的拆装练习 (通过“低压
14、电气元器件的认识”这个工作项目, 具体拟定成一个工作任务:“交流接触器、按钮、继电器的维修”) 。通过学生在实验室工作台上亲自动手完成“工作任务”, 借助多媒体课件, 老师一边讲、学生一边做的过程, 比以往看图抽象讲解要真实得多, 更符合知识的认知规律。再如, 进行“PLC 控制技术”教学时, 先找来一段由 PLC 控制的自动生产线视频给大家看, 再引入到 PLC 的作用和结构等正题上来。在实验室 PLC 控制台上, 老师边讲边做, 亲自搭接一个简单的PLC 控制的红绿灯轮流点亮的演示实验, 这样本来一堂很枯燥的理论课, 由于加入了视频背景和演示实验这样的案例, 使学生的学习热情和主动性得到提
15、高, 从而唤起学生动手实践的欲望。另外, 在 PLC 指令的学习中, 应采用学、说、做一体化的教学方法, 每一个指令都要在电脑上练习一遍, 观察其功能变化。对于像电气控制与 PLC这种实用性和实践性很强的课程, 只有动手练习才会有学习效果。让学生亲自动手去摸、去做, 身临其境参与到教学活动中来, 增加动手的时间和机会, 有利于提高学生的应用型能力。(二) 实践教学内容的组织与实施应用型能力的培养, 实践教学是非常重要环节, 为了凸显该课程在学生应用型能力培养的重要性, 采用连续的、强化性的、与实际工作过程任务对接的形式, 制定实践教学计划。设计了电工实训, 大型实验, 电气控制与 PLC 课程
16、设计, 电气控制与 PLC 课程设计实训, 电工职业资格证考取培训 (课外) 及毕业设计等 6 个实践教学环节。各个环节之间呈衔接与递进关系, 由简单认知到综合性设计、组装、调试、排障过渡, 从单纯的教学过渡到岗位需求能力培养, 做到环节连续, 强化训练。由于在理论课时, 已经安排了支持理论内容教学的基础性小实验, 因此该课程的实验环节都设计成大型实验, 采用基于生产过程, 贴近实际的项目为引导, 即实验内容综合、控制功能完整的实验项目为主, 不再做验证性实验。例如, 设计了“PLC 控制变频器多段频率调速实验”5, 掌握 PLC 和变频器两个智能控制设备配合使用的方法。还有“继电控制、PLC
17、 控制及变频器控制的电动机正反转综合实验”4。从这个实验中可以分析不同控制方法的特点。课程设计和毕业设计环节以“任务驱动、行业规范”引导, 选择真题实作, 按照实际工程设计步骤、方法去要求。例如, 设计结果的成形图纸, 就要求使用 CAD 计算机制图, 图框、标题栏、设备表等一应俱全, 图形符号、文字符号、画法要求都要遵循国家规范和电气行业规范要求, 比对国家甲级设计院出图标准, 引导学生进行真实的职业能力训练。课程实训主要基于具体的课程设计为项目引导、任务驱动进行, 即以实际工作过程还原课程设计结果, 使学生在真实的环境中检查自己的设计结果, 从而完成设计、安装、接线、调试、修正等工艺环节。
18、既训练技能也要求岗位职业素质。在强化对技术型和技能型人才的培养过程中, 国际上普遍推行双证制度毕业证和职业资格鉴定证书。社会化的职业资格鉴定体系为技术和技能的资格认定制定了科学合理的标准, 是对拥有某种能力的通用证明。借助职业技能鉴定平台, 在实践环节的设计上, 以“职业导向、技能本位”的思想引导鼓励学生考取电工资格鉴定证书。我们利用课外时间, 对参与的同学进行辅导和开放实训场地练习, 帮助他们成功获取证书, 证明自身能力。六、结语重构这样的教学环节后, 使得围绕着电气控制与 PLC 实践教学的学时比以前增加了许多。理论教学的模式也一改往常教师“独唱”的单调模式。并且该专业任课教师都统一了思想
19、认识, 教学过程都围绕着“电气自动化类专业学生基本应用能力”这个中心进行。以前没重点、一盘散沙式的教学模式有了灵魂引领。一定要对应用能力的获得追根溯源, 即探寻学生应用型能力培养与专业课程之间的关系, 抓住这个关键点, 再将理论学时、实践学时有的放矢地分配好, 利用现代教学理念探索利于专业应用型能力培养的教学模式, 重构理论与实际相结合的一体化教学形式。我们基于这样的认识, 通过分析电气自动化控制类专业学生应用型能力培养与专业课程之间的关系, 以该专业典型应用性课程电气控制与 PLC改革为切入点, 将社会化需求, 转化成自身生产力。改善了教学与企业和工厂对人才使用要求脱节的问题;提高了电气自动化控制类专业的教学质量和学生的自主参与学习能力, 较好地解决了学生动手能力弱的问题, 得到用人单位的普遍好评。参考文献1钱平, 赵金荣.电气自动化控制类大学生职业技能培训教材 (PLC 应用技术卷) M.北京:高等教育出版社, 2005. 2刘燕, 王峰.基于工作过程导向的发电厂电气部分课程开发J, 高教论坛, 2009, (7) . 3任晓芳.电气控制与 PLC 教学改革探索J.中国科教创新导刊, 2012, (5) :38-39. 4王峰, 蔡卓恩.维修电工实训M.北京:中国电力出版社, 2009.
