袁明新 申 燚 王 琪

江苏科技大学机电与汽车工程学院 江苏张家港 215600

机械设备电气控制是一门集传统继电控制技术与现代PLC技术为一体的应用型专业课程，是机械类学生的必修课。该课程具有较强的工程应用背景，且实践性很强，但学生对工程缺乏感性认识，且无实践经验，因此在学习时很难将课程知识与实际工程相联系，在常用低压电器元件的功能掌握、调速控制线路的理解和运用以及PLC的实践操作等方面效果并不理想。近年来，基于工程任务化的教学改革不断被尝试用来改善该课程的教学效果。文献[1]作者将工程对象引入到课堂教学中，通过启发式教学来将课堂知识点与工程实际相结合。文献[2]作者利用MCGS组态软件来进行PLC项目教学的演示，从而提高学生对系统控制的理解。文献[3]作者将工程项目引入实验室，通过项目组织及实施来提高学生的工程实践能力。从已有的教学改革成果来看，基于工程任务化的教学对提高电气控制课程的教学效果起到了积极作用，但目前改革仍主要针对课程的某一教学环节开展。此外，该课程在我院机械类人才培养方案中仅有32学时，其中理论课为26学时，实验课为4学时，而涉及的教学内容同样包括传统的继电控制和现代PLC技术，因此，全面系统地开展项目化教学对我院学生而言显得尤为重要。为此课题组在已有教改成果的基础上，以工程为导向，从理论和实践两方面深入地开展了项目化教学改革。前者包括了教学内容、教学方式和教学手段；后者包括了课内实验、综合实验和课程设计。课程改革有效地提高了我院学生PLC技术的应用能力，改善了教学效果。

1 理论教学的项目化改革

如前所述，该课程一方面实践性很强且需要工程应用背景，另一方面在我院学时相对比较少。为了能更好地帮助学生理解和掌握课程知识点，从而为实践能力的培养打下坚实基础，在理论教学方面，课题组针对教学内容、教学方式和教学手段开展了全面的项目化教学改革。

1.1 教学内容的精简和优化

教学内容的精简和优化主要以工程应用为导向，以电气系统构建所需工程技术为基准，以掌握关键知识点为原则，通过对内容的合理取舍和安排来完成。课题组首先精选了“十一五”国家级规划教材《电气控制与可编程序控制器应用技术》[4]作为教学用书；其次将常用低压电器、基本电气控制线路、电机调速控制线路、典型生产设备的电气控制，以及PLC工作原理、指令系统和系统设计作为课程主要教学内容[5]。在课堂教学内容安排方面，更多地将工程背景与课程知识相联系，并采用启发式教学。在教学内容传授方面，采用了多技术融合的教学手段。

1.2 基于工程背景的启发式教学方式

课程内容的精简和优化是提高教学效果的前提，这对于少学时的课程非常重要，而学生对知识点的兴趣和理解程度很大程度上却取决于教学方式。由于该课程需要较强的工程应用背景，因此在教学时课题组采用了基于工程背景的启发式教学，即将课堂知识点通过工程对象的功能来体现，为此构建了与各章节知识点相关的启发式教学案例(见表1)。

表1 部分启发式教学案例

以供煤输送机为例，课题组在授课时首先给出该设备的运动要求，即系统需要先低速启动，然后过渡到平稳状态，进而向学生抛出启发式问题：如何确定各段速度？如何控制速度调节时间？这样就自然地将工程问题过渡到课堂知识点(时间继电器和速度继电器)上，实现了工程化的启发教学，提高了学生的学习兴趣，有助于将课堂教学不断引向深入。

1.3 多种教学手段融合的改革

利用启发式教学方式，可以调动学生的学习积极性，并将学生注意力集中到课堂上，但课堂知识的掌握程度，还需要进一步依靠教学手段。为了帮助学生更好地掌握知识点，课题组进行了多教学手段的融合。

(1)针对常用低压元器件、基本电气控制线路和调速控制线路等课堂知识点，课题组精心制作了Flash多媒体课件，通过动画将抽象的概念、结构和功能具体形象地展示出来，帮助学生加深对知识的理解和掌握，实现了教学中知识性、趣味性、启发性和工程性的一体化。

(2)将工业现场拍摄的控制系统，通过图片和视频“搬到”课堂，达到情境教学的目的。

(3)基于MCGS组态软件，一方面通过软件编程来模拟PLC控制系统的输入、输出等；另一方面仿真设计出控制对象来帮助学生理解系统的控制过程和结果。图1即为课题组设计的立体仓库监控演示系统。基于该系统的教学演示，学生可以清晰地了解系统如何判定货物，如何控制堆垛机移动等，不仅提高学习兴趣，也对PLC控制系统的工作过程有了更为形象的了解。

图1 基于MCGS的立体仓库监控演示系统

(4)基于中国数字大学城平台，建设了机械设备电气控制网络精品课程，提供了教学计划、授课录像、教学大纲、教学案例、课件与教案、互动教学、题库等网络资源，为学生课后自主学习提供了平台。在互动教学模块里，完善了作业、讨论、答疑、师生交流等内容。学生可以就课内、课外内容与教师进行网上答疑和实时互动，形成了多维教学，提高了教学效果。

2 实践教学的项目化改革

2.1 实验教学改革

实验是课程教学中不可或缺的重要环节，对于实践性极强的机械设备电气控制课程而言，其显得尤为重要。考虑到我院该课程只有4学时的实验，为此课题组采用了课内、课外实验相结合的方式。前者主要在THPFSL-1A型PLC实训装置上，针对4学时开设了一些知识点验证性实验，如PLC认知实训、数码管显示、三层电梯控制、四节传送带控制等，要求学生按照实验指导书进行PLC控制系统搭建，完成基本梯形图程序编写及调试，目的是帮助学生理解和掌握课堂知识点。后者是课内实验的延伸，课题组结合工程实际精心安排了综合实验(见表2)。学生需要根据给定项目的功能要求，在开放实验室里完成PLC控制系统的自主设计和搭建，并通过编程来实现系统功能。如四层电梯控制则是课内实验中三层电梯控制的延续。智力竞赛抢答器则要求学生根据给定功能要求完成PLC硬件资源的分配，硬件连接以及梯形图程序的编写和调试。综合实验的考核结果也同样纳入课程最后成绩。通过综合实验进一步发挥学生的主观能动性，调动学生的积极性，提高学生运用知识解决实际问题的能力。

表2 部分综合实验目录

2.2 课程设计改革

课程设计是将课程理论转化为课程实践的重要环节。对于实用性、实践性很强的机械设备电气控制课程而言，其重要性显而易见。在我院机械类人才培养方案中，该环节主要通过机电综合课程设计来开展。早期的课程设计主要是基于液压机、铣床、钻镗组合机床和镗削组合机床等对象，要求学生根据给定工况进行油缸机械结构、液压系统和电气控制系统的设计。由于学生采用统一的设计指导书，因此设计过程基本上依葫芦画瓢，设计内容也大同小异，完全发挥不了学生的主观能动性，不利于实践能力的培养。教学改革之后，课程设计的选题更多来源于工程实际。课题组首先鼓励学生深入生产第一线去选取工程对象，并将其凝练成实验设备能实现的最小控制系统；然后基于实验设备完成硬件搭建，梯形图程序编写及调试。近年来学生所选取的工程对象有：生活垃圾压缩机、自动卸料爬斗、自动门和生产流水线等。围绕这些工程对象，学生通过课程设计亲自体验了PLC控制系统设计的整个过程，实现了理论知识和技能训练的融合，培养了综合运用知识的能力。

3 结束语

机械设备电气控制课程是机械类学生的专业必修课。学生对课程知识的掌握程度和运用能力将直接决定他们的就业竞争力。考虑到该课程需要工程应用背景，且具有实践性强的特点，课题组针对理论和实践教学开展了基于工程导向的项目化改革。通过精简和优化教学内容，采用启发式教学，融合多教学手段，增加综合性实验以及工程化课程设计，提高了学生对知识的理解和掌握，增强了学生的动手能力，培养了创新意识和团队精神。

[1] 宣志江.在PLC课程教学中实施项目教学法的一次探索[J].科教文汇,2011(2)∶59-60.

[2] 王世敏.巧做PLC项目教学工具—用MCGS演示三层电梯运行[J].信息技术与信息化,2009(6)∶86-88.

[3] 陈荷燕,汪木兰,刘树青.项目教学法在机床电气与PLC课程教学中的运用[J].中国现代教育装备,2010(13)∶12-14.

[4] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京∶东南大学出版社,2009.

[5] 吴晓梅,包金明,陈强.以学生为主体加强对学生的能力培养—PLC原理及课程设计的改革[J].电气电子教学学报,2003,25(5)∶98-100.