可编程控制器课程实验教学改革与探索
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摘 要 社会需要大批自动控制技术的专业技术人才，而高等学校作为培养人才的摇篮，必须承担起高素质应用型人才培养的重任。可编程控制器是工业自动化领域应用非常广泛的自动控制设备，也是几乎所有高校和中等职业学校电气工程类专业都开设的必修课，“可编程控制器”作为一门专业技术性很强的课程，其实验、实训教学对相关专业的人才培养起到非常重要的作用。国内外高校、企业培训部门和社会培训机构都有开展可编程控制器应用技术的教学培训，其实践教学环节大多数是项目比较单一，相关实验设备大多数都是教学仪器设备厂定制，实验项目内容以验证性为主，学生的可自主选择性少，可变性差，在一定程度上影响了学生综合设计能力的培养。本文通过分析可编程控制器实践教学现状及存在问题，结合我们学校自身的特点，对“可编程控制器”实践教学进行了研究和摸索，提出了一套相对新颖的改革创新方案。
关键词 可编程控制器 课程实验教学 探索
中图分类号：G420 文献标识码：A
1“可编程控制器”课程实践教学的现状及问题
根据目前高校的具体实际情况，加上师资力量、传统观念、统筹资金等方面的原因，可編程控制器实践教学的现状及存在问题有以下几个方面：
第一，教师自身的实践能力有待提高。目前高校工科类教师理论知识能力较高，实践能力缺乏，能满足实践过程中实训技能要求的人数比例不高，尤其是较多的年轻教师缺乏实践教学的专门训练，实践经验较为薄弱，对于平时在指导学生实践教学的环节中出现的各种各样的实际问题难以解释与解决。
第二，实践教学环节重视不足，实验项目内容缺乏新意。由于教学长期以来受“应试教育”思想的影响，传统的课程教学往往重视理论教学，即使设置了实践教学环节，很多实验主要以验证性为主，学生只要根据教师的步骤和方法就能把实验结果做出来，学生在学习过程中自然也失去了主体的地位，只注重实验的结果，缺乏对原理的分析，更谈不上对实践项目的设计与应用。
第三，实验设备相对陈旧，大型整体性设备难以及时更新。目前高校实验室选择的可编程控制器实验设备大多是教学仪器设备厂定制的机柜式实验台（或实验箱），这类设备可开展的实验项目是定型的，可扩展性差、灵活可变性差，不利于学生开展综合性、设计性实验训练。对于日益更新的知识体系，实践环节的设备价格相对高昂，经常得不到及时的更新，同时由于经费问题很多高校的可编程控制器实验室设备台套数不能满足学生人手一套，这样真正参与到实验中的同学只有少部分，大部分学习兴趣不高的学生没有参与到实验中来。
第四，实践教学环节缺乏科学的评价机制与考核办法，现行可编程控制器课程的评价往往以理论考核为主，而实践教学的考核作为辅助，实践教学环节的评价很难准确的给出学生相对客观的实践教学成绩，也制约了实践教学环节的改革创新。
2可编程控制器实践教学改革的措施
2.1师资队伍建设确保教师实践教学的主导工作有效进行
快速的知识更新时代，往往会让教师原本储备的实践教学知识变得落后，为了能适应技术发展带来的实践教学内容的更新，首先高校应该鼓励教师去专业对口的企业进行相关的实习，了解现在企业在使用什么样的可编程控制器，在工作过程中需要具体掌握哪些实用性的操作，这不仅仅有利于教师自身理论知识的升华，提高自身的实践动手能力，更有助于教师在课堂实践教学环节中帮助学生更好的理解知识点，同时也能帮助学生提高动手能力、解决问题的能力和创新思维能力;其次高校应该邀请企业技术水平超高的研发人员到校内进行讲座，介绍实践方面经验。
2.2加重实践教学课时的比例，理论与实践相结合，让学生在“学中做，做中学”中体验实践学习的乐趣
首先，理论教学和实践教学的课时比例有原来的3：1调整到现在的1：1，增加了实践教学的课时数;其次，课时安排也有传统的理论教学与实践教学的分开上课调整为了理论课和实践课一起上，每次4课时，讲完理论内容直接操作实验，在理论讲课中渗透实验的原理，在实验中遇到深奥的理论问题可以根据实践具体内容再次展开，让理论教学与实践教学充分结合，相辅相成，进而促进学生对理论知识和实践内容的深刻理解，更好的萌发学生的创新设计思维;再次，通过增加实践课时、理论与实践相结合的方式，充分调动了学生学习的主观能动性，他们通过实践项目的边学边做，体验到了学习的快乐，让学习变得更为主动，这也为今后的走上工作岗位的自主学习、深度学习打下良好的基础。
2.3实验项目的更新设计使实践学习更丰富，更有选择性
可编程控制器课程具体的实验项目类型分为：基础型实验、综合型实验、工程应用型实验三大类，各类实验项目的组成框架如表1。
表1：实验项目组成框架
基础型实验设置10～12个，主要结合可编程控制器的编程软件操作、基本位逻辑指令应用、定时/计数器指令应用、顺控指令应用、功能指令应用、程序控制类指令应用、模拟量信号处理应用、高速脉冲处理应用和通信类指令应用等几大块知识点，设置相应的实验任务，研制配套的实验设备和器材，编写相应的实验指导书，录制实验教学的视频教程。通过这些基础型实验项目的训练，让学生能快速掌握可编程控制器的基本应用方法。
综合型实验设置6～8个，主要结合可编程控制器在一些典型的机电一体化设备控制系统中的应用，如：多级传送带控制、多轴机械手臂控制、物料分拣系统控制、恒压供水系统控制、恒温系统控制、喷泉系统控制、电梯系统控制等，编制具体的实验项目，将变频器、触摸屏等设备集成到实验项目中，通过综合型实验项目训练，使学生能掌握可编程控制器在一个电气控制系统中的应用和项目开发能力。
工程应用型实验设置3～5个，结合行业、企业的产品生产工艺，以及工业自动化领域的技术发展趋势，编制能模拟工业现场控制的实验项目。如：污水处理工程、化工冶金工程、模具加工和工业机器人控制等，将工业组态技术和工业网络技术融合到实验项目中，通过项目训练，提高学生工程应用能力。 2.4开发模块化的实验设备使实践教学更具创造性和灵活性
结合可编程控制器實践性、工程性、应用性强的特点，开展实验项目的研究和实验设备的开发，摒弃传统的使用大实验台（实验箱）做一些验证性实验的教学方式，重新梳理课程的理论知识点和实践技能点，研究设置菜单式的、可让学生自主选择实验方法的实验项目，提供模块化、组合式、 “积木”式的实验设备，实现实验教学的灵活多变性，突出对学生自主学习能力、创新实践能力的培养。我们研制开发的实验设备是基于小型网孔板式的、模块化、组合式的设备套装，如图1，学生可以根据实验项目内容，自由组合需要的实验套件，另外配套一些机电一体化实训装置（如图2），可以开展从基础型实验到综合型实验的教学和实操训练。这样的实验设备套装，一方面有助于学生掌握基于可编程控制器的电气控制系统硬件线路的安装技能的训练，另一方面有助于学生创新实践能力的培养。
2.5虚拟仿真与实验室的放开促进了学生主动学习实践教学
由于可编程控制器课程的实验设备的限制，实验只能在实验室进行，学生在课外对于自己的实验项目设计结果想要验证只能到实验室操作，现在我们让学生学习虚拟仿真，利用计算机和网络等教学手段，在教师指导下，根据要求可自主的进行课程设计、完成课题的各项要求，从而达到培养学生创新能力的目的。通过仿真软件，同样可以起到很好的实践内容的学习效果。同时可编程控制器课程实验室定期进行开放，考虑到该课程实践环节有较多的强电内容，安全要求较高，需要有专业老师值班指导，对于有兴趣学习该课程的同学提供了良好的实践环节的学习机会。
2.6科学合理的实践教学评价体系能够保障实践教学的顺利开展
可编程控制器课程的考核分为理论教学考核和实践教学考核，比例为1：1。理论成绩通过期末考试给出，而实践成绩由实践操作、实践考试、实践课程设计三部分组成，比例为4：3：3。实践操作的成绩根据每次课的课堂表现，如硬件连接、程序代码输入、程序读取及程序运行是否熟练，运行调试是否正常，故障分析是否正确、故障的排除方法是否准确，根据学生的实际完成情况打分;实践考试部分相对复杂，考核会出几套试卷，采取抽签的方式，一人一组，独立完成，教师根据实践考试操作完成的情况和试卷内容作答情况得出成绩;课程设计部分会先进行分组，课题组通过选题、找资料、提出设计方案、完成调试、写出设计报告，教师通过对组员进行一对一的答辩，给出分项的成绩。实践证明，通过量化的考核方式有利于提高学生的竞争意识及公平意识。
综上所述，经过几年的努力和摸索，可编程控制器课程的实践教学改进传统的实验教学手段，开发适应学生成长规律的、循序渐进的、多层次的实验项目，同时研究开发可供学生自主选择、自由组合式的实验、实训设备，加上科学合理的实践教学评价体系，促进和提高可编程控制器应用技术方面的专业人才培养，为企业输送更多的应用型、技能型人才。
基金项目：浙江省实验室工作研究项目。
参考文献
[1] 李崇华.可编程控制器原理及应用课程体系的建设与探索[J].中国现代教育装备，2018（07）：20-22.
[2] 刘长欣，郭改文.利用虚拟仿真技术提升实践教学的时效性[J].河南教育学院学报（自然科学版），2019，28（04）：64-67.
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