何杰　汪沛

摘 要：“可編程邏輯控器”是自動(dòng)化專業(yè)本科生的重要專業(yè)技術(shù)課，以工程專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，參照工程專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、考核方式等進(jìn)行研究分析，提出了課程實(shí)驗(yàn)改革，以加強(qiáng)學(xué)生的分析與解決問題的能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：PLC；專業(yè)認(rèn)證；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、前言

完善的高等工程教育專業(yè)認(rèn)證制度是保障并促使其不斷改進(jìn)和提高工程專業(yè)教育質(zhì)量的重要方法。工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)非常重視學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）、校企合作等實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校實(shí)踐教學(xué)的主要形式之一，也是專業(yè)認(rèn)證評(píng)估的指標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，也是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的主要途徑，對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)、工程知識(shí)、工程能力的提高起著重要作用。

“可編程邏輯控制器”（PLC）是一門應(yīng)用型的專業(yè)核心課程，其系統(tǒng)性、實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng)新性都比較強(qiáng)。PLC實(shí)驗(yàn)是該課程非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力起著非常積極的作用。為適應(yīng)企業(yè)人才需求，培養(yǎng)國際互認(rèn)的工程科技人才，以適應(yīng)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式等方面都有待改進(jìn)。

二、PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的差距

目前，PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)的培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力、能解決復(fù)雜工程問題能力的畢業(yè)生是有一定差距的。究其原因，大致有以下四方面：

1.對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視程度不夠

這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是學(xué)校方面。多數(shù)高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備方面投入不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件落后。二是教師不夠重視。在教學(xué)過程中，教師普遍存在照本宣科的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了學(xué)生的創(chuàng)造性。三是學(xué)生不夠重視。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)只是為了驗(yàn)證課本結(jié)論和獲得學(xué)分，學(xué)生的動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力不能夠得到真正的提升。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)欠合理

高校PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一般設(shè)計(jì)為訓(xùn)練編程指令和驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很少。這樣的設(shè)計(jì)使學(xué)習(xí)缺乏知識(shí)的連貫性、整體性和系統(tǒng)性，學(xué)生學(xué)習(xí)起來枯燥，降低了學(xué)習(xí)興趣。缺少綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中缺乏獨(dú)立分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，處于被動(dòng)的地位，學(xué)習(xí)潛能不能得到充分發(fā)掘。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)不合理

這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是教師教的方面。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，大多照本宣科，注重知識(shí)的灌輸，未能重視學(xué)生的“收獲”。二是學(xué)生學(xué)的方面。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，過分依賴教師，不能獨(dú)立分析問題和解決問題。三是師生溝通方面。教師與學(xué)生互動(dòng)少，不能及時(shí)交流、掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

4.實(shí)驗(yàn)考核方式不完善

實(shí)驗(yàn)課時(shí)一般不多，在教學(xué)管理、考核等方面不如理論課程那么受重視。實(shí)驗(yàn)課程的考核方式一般都是評(píng)價(jià)考勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的綜合情況給出總評(píng)成績，而對(duì)實(shí)驗(yàn)課程最重要的環(huán)節(jié)——實(shí)驗(yàn)過程缺少評(píng)價(jià)。這種不完善的考核方式，不僅不能體現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)水平，還會(huì)造成一系列問題，比如學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的積極性不高；實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲嚴(yán)重，千篇一律等。

三、適應(yīng)專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

江蘇大學(xué)重視培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，支持PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。在教學(xué)上，開設(shè)“可編程控制器的工程應(yīng)用”課程，總共30學(xué)時(shí)，設(shè)置了16個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程。在軟硬件建設(shè)上，與西門子公司共建了先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)合實(shí)訓(xùn)示范中心，配備先進(jìn)的PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容總體設(shè)計(jì)

PLC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，將一個(gè)較完整或者經(jīng)過簡化的工程項(xiàng)目分解成若干個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)覆蓋若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的安排遵循循序漸進(jìn)的原則，逐步拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，最后將所有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)連起來，完成一個(gè)完整的工程項(xiàng)目。

PLC實(shí)驗(yàn)課程是基于江蘇大學(xué)-西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)合示范實(shí)訓(xùn)中心的硬件平臺(tái)（S7-300）和西門子的STEP7和WINCC軟件平臺(tái)開設(shè)的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是以交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)速和控制這個(gè)簡單的工程實(shí)例為主線，由淺入深分解設(shè)計(jì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：

（1）S7-300PLC入門。設(shè)計(jì)軟硬件組態(tài)和編程初步實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)熟悉S7-300PLC的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。

（2）S7-300PLC接口設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)DI/O和AI/O的接口實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握多通道工程物理量的數(shù)據(jù)采集方法，完成項(xiàng)目中電機(jī)轉(zhuǎn)速采集和調(diào)速指令下達(dá)。

（3）S7-300工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。設(shè)計(jì)S7-300網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及通信實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握工業(yè)以太網(wǎng)的使用，并完成項(xiàng)目中電機(jī)的遠(yuǎn)程調(diào)速和控制。

（4）人機(jī)界面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)WinCC組態(tài)軟件和上下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及通信實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠運(yùn)用WINCC構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)，掌握PC-PLC工控系統(tǒng)上下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集、通信和控制技術(shù)，并通過這項(xiàng)技術(shù)完成項(xiàng)目中的人機(jī)界面的搭建。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的例子幫助學(xué)生理解本環(huán)節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，然后將工程項(xiàng)目中本知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求學(xué)生獨(dú)立完成。整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置，聯(lián)系緊密，環(huán)環(huán)相扣，連接起來是一個(gè)完整的工程實(shí)例訓(xùn)練，能使學(xué)生建立PC-PLC工控系統(tǒng)的完整概念，掌握解決具體工程問題的過程和步驟，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力和實(shí)際應(yīng)用水平。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的實(shí)施

PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程具有專業(yè)性、獨(dú)立性、創(chuàng)造性和實(shí)踐性，每個(gè)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下相對(duì)獨(dú)立地學(xué)習(xí)和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造性地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決所遇到的實(shí)踐問題。

在教學(xué)實(shí)施的過程中，要很好地把握師生活動(dòng)的關(guān)系，不但要做到教師教得好，還要做到學(xué)生學(xué)得好。針對(duì)PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，其教學(xué)過程的實(shí)施，主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

（1）控制每組實(shí)驗(yàn)人數(shù)，確保學(xué)生有足夠的實(shí)踐操作時(shí)間。PLC實(shí)驗(yàn)一般以每組2～3人比較合適，遇到實(shí)際問題可以進(jìn)行組內(nèi)討論，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作的優(yōu)勢(shì)。

（2）實(shí)驗(yàn)前的理論講解。實(shí)驗(yàn)課和理論課之間一般都有一定的時(shí)間間隔，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前都會(huì)復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，使學(xué)生盡快進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。

（3）實(shí)驗(yàn)演示。學(xué)生僅通過預(yù)習(xí)并不能很好地理解PLC軟件和設(shè)備的使用，因此，對(duì)初次接觸的設(shè)備或較難的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，需要現(xiàn)場(chǎng)演示，引導(dǎo)學(xué)生盡快熟悉和掌握實(shí)驗(yàn)操作和原理。

（4）以學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和探索實(shí)驗(yàn)為主，教師指導(dǎo)為輔。PLC實(shí)驗(yàn)是創(chuàng)造性和實(shí)踐性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，教師在輔助和引導(dǎo)學(xué)生時(shí)，要把握分寸，以引導(dǎo)為主，不能替學(xué)生解決問題，要充分培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。

（5）注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)中，所有的操作都需要理論的支撐。同樣，實(shí)踐中的所有操作也都能提升至理論的高度。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的正向思維和逆向思維。

（6）充分應(yīng)用好現(xiàn)代化教學(xué)手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)也需要跟得上網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的發(fā)展，將實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資料、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容等資源向?qū)W生開放，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等工作，這既有利于實(shí)驗(yàn)課的開展，又有利于學(xué)生課后進(jìn)一步深入地自主學(xué)習(xí)。

3.實(shí)驗(yàn)考核綜合評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制應(yīng)充分考慮能否體現(xiàn)出學(xué)生的真實(shí)水平，做到公平有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)業(yè)水平、創(chuàng)新能力等。因此，需要一種新的考核方式來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，盡量使評(píng)價(jià)結(jié)果體現(xiàn)學(xué)生的水平。在實(shí)驗(yàn)考核中要把過程考核與實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)考勤結(jié)合起來，新的考核方式側(cè)重實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生實(shí)踐能力的體現(xiàn)，淡化學(xué)生考勤，具體化考核指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。具體考核評(píng)分方法見表1。

表1中所述實(shí)驗(yàn)考核方法，基本能滿足專業(yè)認(rèn)證中對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)要求。其中，分析與解決問題的能力、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力等都能在實(shí)驗(yàn)過程中得以體現(xiàn)和鍛煉；具體化考核指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，能有效地鍛煉學(xué)生就工程實(shí)踐問題與同行及社會(huì)進(jìn)行有效溝通的能力。

四、總結(jié)

江蘇大學(xué)針對(duì)PLC實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)前的狀態(tài)和存在的問題，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的實(shí)施及實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)幾個(gè)方面開展了對(duì)PLC實(shí)驗(yàn)課程的改革研究，特別注重實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生分析與解決問題的能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，采取公平、公正的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方式；設(shè)計(jì)了培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的科學(xué)方法，這與工程專業(yè)認(rèn)證的基本要求是相符的。PLC實(shí)驗(yàn)體系經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后，教學(xué)效果改善顯著，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，鍛煉了學(xué)生工程實(shí)踐能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型的應(yīng)用人才提供了保障。

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