沈伟

摘要：为提高学生的工程实践水平，在深入调研昆山巨林科教实业有限公司的基础上，引入企业的实际工程案例，能够有效提高学生学习的能动性，提高学生分析问题和解决问题的能力。案例教学方法表明，将企业的工程案例引入到电气控制与PLC课程教学，对学生工程意识的培养和提升具有重要作用。

Abstract： in order to improve the engineering practice level of students， on the basis of in-depth investigation of Kunshanjulin Machinery Co.， Ltd.， the introduction of enterprise engineering cases can effectively improve the initiative of students' learning， improve the ability to analyze and solve problems. The case teaching method shows that the introduction of enterprise engineering cases into electrical control and PLC teaching plays an important role in the cultivation and promotion of students' engineering awareness.

關键词：工程案例;电气控制与PLC;教学改革

Key words： engineering case;electrical control and PLC;teaching reform

0  引言

随着国家创新驱动发展战略的提出，以“中国制造2025”、“互联网+”、“人工智能”等为代表的国家战略性需求，带动了我国新一轮科技革命和产业变革，同时也助力我国高等教育教学的改革。教育部2014年度工作要点明确提出，要引导一批本科高校向应用技术型高校转型发展。机械电子工程专业人才培养紧密围绕《中国制造2025》和天津市特色对接文件的实施方案，积极适应行业和区域发展需求，以培养具有机械设计制造和电气控制技术等方面的基础知识，具有从事机电一体化为基础的机电设备的设计开发、研究及应用的技能和能力，能在行业工作现场从事技术应用、技术服务和技术管理的高素质应用型专门人才为目标，为社会培养急需的机电一体化方向的技术人才，为我国应用技术型人才的培养和区域经济发展贡献一份力量[1]。

1  电气控制与PLC课程教学改革背景

《电气控制与PLC》课程是一门涉及内容多、更新速度快、知识面广、理论和实践相结合的课程，能实现对学生综合运用知识能力的培养，有必要对课程进行改革与探索[2]。PLC控制技术是在原有的顺序控制器基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一种新型工业控制装置。目前用人单位对PLC人才的需求为，熟练掌握PLC工作原理，熟练编写PLC梯形图等。很多院校的PLC课程依然采用理论课程配合验证性实验的传统模式，在这种传统教学模式下，学生的创新能力及实践能力较弱，创新精神不够，社会竞争力不足，难以适应企业对人才的要求。

2  电气控制与PLC课程教学改革方法

《电气控制与PLC》课程内容分为电气控制和PLC两部分，电气控制是基础，PLC是对电气控制的补充，将电气控制与PLC教学内容分别进行整合。

2.1 电气控制的整合。

电气控制部分主要介绍低压电器和基本控制电路等。低压电器部分涉及以接触器、继电器为代表等低压电器元件。典型控制电路主要介绍电动机的启动、制动、调速及车床等机械设备电气控制等，这部分内容存在问题：部分内容过于陈旧。教学内容偏重于原理知识，而对于企业实际需要的器件选型、电路的识图、制图标准等内容介绍较少。这部分内容以典型案例作为出发点，分别介绍元器件、回路计算、设备选型、读图、画图、配电柜接线和线路调试等，以理论够用为原则进行整合[3]。

2.2 PLC控制的整合。

PLC控制部分主要介绍PLC硬件及工作原理、PLC指令及程序设计、顺序控制梯形图设计、PLC功能指令、PLC模拟量检测、通信及网络等，这部分内容存在以下问题：教学内容固化，知识点单一;教学案例陈旧，发散性较差。教学案例几乎都是以抢答器、信号灯等为主，与工程实际连接不够紧密。教学改革以巨林开发的实际案例出发，融合先进智能制造案例，结合企业需求，提高学生综合应用能力[4]。

2.3 优化教学手段，提高学习兴趣

在课程教学过程中，涉及到低压电器元件的内容，借助实物、图片、动态图等教学手段;对主电路和控制电路部分，借助于主流电气软件、动画、视频等教学手段;在PLC教学过程中，对涉及工作原理等方面的内容，采用多媒体PPT等教学手段;对编程调试的内容，采用软件仿真、组态动画验证等方式组织教学;对安装接线的内容，采用视频演示、动画等教学手段。综合运用以上教学手段，将抽象内容具体化，有助于学生理解，提高学习兴趣[5]。

3  工程案例在电气控制与PLC课程中的应用

基于PLC实践性强的特点，教师在授课的同时，逐步引入工程案例，将学生带入到特定的环境中，通过真实案例让学生体会到PLC在实际生产中的作用[6]。在《电气控制与PLC》课程教学过程中，采用教师为主导、学生为主体的教学理念，多种教学模式相混合，将引入案例功能进行分解，提取知识点，对应到课程相关章节中[7]。通过任务驱动等教学方法，培养学生的创新思维，提高学生对PLC知识点的理解，将“巨林制造”的教育理念贯穿到每个环节，达到学以致用的目的，满足企业的需求[8]。

3.1 工业机械手控制系统的设计

天津是我国北方重要的工业城市，机械手装置作为自动化生产线重要的组成部分，具有很强的企业应用背景，符合天津市地方产业的发展。巨林研发的机械手实训装置包括电机驱动、气动控制、PLC控制、传感器等多种技术，可以对学生进行从编程、调试以及维护等一系列不同层次的教学训练[9]。

机械手实训平台分别对X、Y、Z三轴进行控制。上电时，按下启动按钮，三个轴快速复位，复位完成后进入准备状态，电机驱动机械手抓取物料。抓取动作完成后，进行放料动作。机械手在投放物料时，需靠X、Y、Z三轴精确定位，从而确保物料能精确的放入到放料台中。放料动作完成后，三轴同时快速复位到初始位置等待下一次命令。如图1为三自由度机械手的外形图。

3.2 仓库立体装置控制系统的设计

如图2所示为小型立体仓库实训装置，涉及机械技术、电工电子技术、传感器技术、PLC控制技术等多种技术为一体的实训装置。立体仓库实训装置元器件主要由步进电机、出入库平台、电磁阀、传感器等组成。装置控制系统采用西门子S7-200 PLC，通过PLC控制步进电机来实现左右X轴、上下Z轴的高精度定位，结合气动机构实现工件的出库和入库;设备整体可以完成垂直平面内复杂运动轨迹的控制，使教学内容更加贴近于生产实际。通过本案例，学生可以充分掌握PLC编程的基本原理和规则，为以后的就业提供了支撑。

4  工程案例教学实施总结

案例式教学法鼓励学生在课堂上积极思考、分小组讨论，生动形象，同时实际案例的引入也让学生把理论知识与实践生产更好的衔接。通过工程案例教学，能够有效提高學生学习的能动性，教师通过布置任务点，让学生学会分析问题和解决问题的能力，通过小组讨论活跃课堂氛围，使学生学习由被动转向主动，激发了学生对专业知识的兴趣[10]。工程案例教学在我国高等教育教学中，还处于刚刚起步阶段。随着工程案例教学的不断深入开展，将会极大的改变现有的教学模式，在整个教学过程中，学生主导地位逐步加强。

参考文献：

[1]吕艳.项目教学法在PLC实训教学中的应用案例[J].中国职业技术教育，2010（014）：49-51，61.

[2]卢学英，李莹.PLC实验教学改革的研究[J].实验室科学，2007（003）：35-36.

[3]许文静.电气控制与PLC技术教学改革的探索[J].电子世界，2012（10）：171-173.

[4]丁国香.浅谈《PLC原理及应用》实践教学岗位对接教改[J].职教论坛，2009（07Z）：42-43.

[5]王泽春.启发式在《可编程序控制器（PLC）技术》教学中的应用[J].职教论坛，2005.

[6]刘晨，高红亮，万里光.信息化背景下PLC课程教学改革策略探讨[J].湖北师范大学学报：自然科学版，2018，v.38;No.163（01）：115-117.

[7]王玉萍，高柏臣，王欢，等.培养卓越电气工程师为目标的PLC课程教学改革[J].高师理科学刊，2015（07）：92-94.

[8]朱万浩.应用型人才培养模式下《PLC编程及应用》课程教学改革研究[J].工程技术研究，2019.

[9]吴中俊，项倩雯，吉敬华，等.运用现代教育技术深化PLC课程教学改革[J].江苏大学学报（高教研究版），2006，28（1）：89-92.

[10]高双喜，丁如春，胡汉文，等.一体化案例教学在PLC教学改革中的应用[J].现代商贸工业，2008，020（012）：299-300.