馬金祥，姚文卿，張燕紅，楊斌

(1.常州工學院電氣信息工程學院，江蘇 常州 213032;2.常州市安豐自動化設備有限公司，江蘇 常州 213002)

1 “電氣控制與PLC技術”課程教學現(xiàn)狀

“電氣控制與PLC技術”是自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程技術、機電一體化技術、數(shù)控技術等專業(yè)開設的一門重要的專業(yè)課程，是實現(xiàn)新工科背景下應用型人才培養(yǎng)目標的重要核心課程?！半姎饪刂婆cPLC技術”課程包括電氣控制技術和PLC技術兩部分內容。其中，電氣控制技術是以繼電器、接觸器為控制核心，配合常用低壓電器，通過基本控制環(huán)節(jié)，主要實現(xiàn)對電動機進行控制的傳統(tǒng)控制技術；PLC技術則是在傳統(tǒng)的繼電器、接觸器線路控制基礎上發(fā)展起來的，為“工業(yè)環(huán)境下應用”而設計的計算機技術。“電氣控制與PLC技術”課程的教學目標是通過本課程的系統(tǒng)學習，培養(yǎng)學生綜合應用計算機技術、自動控制技術和通信技術實現(xiàn)工業(yè)生產、科學研究及其他領域自動化控制系統(tǒng)的設計、運行、維護、技術改造的能力。

目前，“電氣控制與PLC技術”課程在理論教學與實踐能力培養(yǎng)方面主要存在以下問題：

1)課程體系與現(xiàn)代制造業(yè)產業(yè)化的銜接不緊密。在制造業(yè)發(fā)展態(tài)勢和工業(yè)產業(yè)布局面臨重大調整的同時，現(xiàn)代化工業(yè)生產對自動化和智能化的要求達到前所未有的高度，電氣控制與PLC控制面臨快速發(fā)展和全面創(chuàng)新的新機遇。然而，現(xiàn)有的“電氣控制與PLC技術”課程教材教學內容編排相對滯后于當前工業(yè)生產實際需求，很難實現(xiàn)與現(xiàn)代制造業(yè)產業(yè)化的緊密銜接。即使安排了企業(yè)實踐環(huán)節(jié)，也只是停留在參觀階段，沒有深入到工業(yè)生產中，無法培養(yǎng)學生的實踐生產能力。

2)理論教學與實踐教學存在脫節(jié)現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是，缺乏工業(yè)生產的項目背景，導致學生只能了解基本的PLC控制方式；二是，教學內容偏重理論介紹，缺少能引導學生思考或延伸理論應用的實驗任務；三是，PLC 實驗平臺亟待改進，系統(tǒng)的實驗設備昂貴，只能停留在理論驗證和基礎應用階段，無法開展綜合應用實踐項目。

3)教學模式創(chuàng)新性有待進一步提高。現(xiàn)有的教學理念和教學模式沒有真正體現(xiàn)教育重實踐、多角度、全方位的特征。首先，在教學內容編排方面，缺乏PLC工程應用案例教學，很難培養(yǎng)與工業(yè)生產相關聯(lián)的實踐能力；其次，現(xiàn)有的教學模式在“互聯(lián)網+教育”方面發(fā)展融合不夠，在虛擬實驗室建設方面存在明顯不足；最后，考核方式無法全面評價學生理論與實踐的綜合能力，無法激發(fā)學生學習興趣。

2 課程教學改革實踐——以PLC按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)為例

PLC按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)，來源于根據(jù)實際通行情況控制調節(jié)交通燈的客觀需求，目的在于緩解城市交通擁擠的客觀問題。本文以PLC按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)為例，從現(xiàn)有人行橫道交通燈控制系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，在分析改造的技術要點、實施途徑、實際需求的基礎上，借助虛擬仿真技術，全真模擬被控對象，有利于學生清晰地理解PLC控制的編程技巧及應用，并結合PLC并行分支、匯合編程方法，進行按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)設計。

本次教學改革的目的在于推進項目驅動法教學改革創(chuàng)新，加強虛擬仿真技術在教學改革實踐中的應用，提高學生學習興趣，幫助學生構建較完備的知識體系，培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的應用型人才。

2.1 教改新課導入

某處路兩側設置有人行橫道交通燈控制按鈕。按鈕式人行橫道交通燈控制指示牌和按鈕見圖1。

圖1 按鈕式人行橫道行人過街指示牌按鈕

根據(jù)圖1，請思考以下問題：未安裝按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)時，行人通過人行橫道存在哪些問題？圖1中顯示的按鈕，在哪些時間段是有效的？這樣設計的依據(jù)是什么？ 在規(guī)定的時間段內撳下行人過街按鈕，人行橫道交通燈會馬上顯示為綠燈嗎？在規(guī)定的時間段內撳下行人過街按鈕，人行橫道交通燈和車行道交通燈切換的邏輯關系是什么？

教改新課導入環(huán)節(jié)的設置目的：從實際生產生活應用中提煉課程實踐案例，激發(fā)學生深入思考，并在此基礎上，創(chuàng)造有利的實驗條件(硬件設備或仿真軟件)，積極引導學生實現(xiàn)從理論知識向工程實踐的過渡。

教改新課導入環(huán)節(jié)要解決的問題如下：從工程的角度出發(fā)，思考通過不同的電氣控制設備實現(xiàn)同一工作任務的可行性，進行不同方案的合理性分析；針對具體的應用場景，研究輸入量與輸出量可能存在的邏輯關系；根據(jù)學生對問題研究深度的差異，及時調整考核指標。

2.2 課程相關內容

本次課程的內容主要是運用項目驅動法學習虛擬仿真技術涉及的相關軟件。

項目驅動法包括：具體項目的選取，項目的具體分析，項目實施方案的擬定，項目課題的拓展，項目效果的評定，項目的總結。

虛擬仿真技術包括：GX Works2編譯工具環(huán)境程序編輯、編譯、程序模擬調試方法；GT Designer3工具環(huán)境控制界面設計、輸入輸出量定義、模擬器的設置；GT Simulator2工具環(huán)境可視化仿真。

運用項目驅動法學習虛擬仿真技術的意義在于：以問題為導向，引導學生進入浸潤式學習模式，使其能運用電器與PLC技術，結合計算機控制技術、計算機界面設計等相關理論，開展基于新工科知識結構體系的實踐學習。

2.3 教改實例仿真

實例：按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)設計。

按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)示意圖和時序圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)示意圖

在GX Works2環(huán)境中，可以實現(xiàn)按鈕式人行橫道交通燈PLC程序編譯與仿真，但其仿真效果不夠直觀。

GT Simulator2環(huán)境中按鈕式人行橫道交通燈PLC程序仿真界面如圖4所示。

圖4 GT Simulator2按鈕式人行橫道交通燈PLC仿真

教改實例仿真的意義在于：從實際問題出發(fā)，針對實際問題對應的邏輯關系，剖析各邏輯量的狀態(tài)轉移關系、邏輯時序、邏輯關聯(lián)，最終通過GX Works2環(huán)境進行程序編譯、通過GT Simulator2環(huán)境進行仿真實驗，評估設計方案的可行性和合理性。

通過本次課程的學習，學生可以從實際生產生活中尋找有待改進的電氣控制系統(tǒng)，按照項目驅動實施步驟，采用虛擬仿真技術開展PLC應用研究。例如：車床電氣控制線路、銑床電氣控制線路，以及隨動控制系統(tǒng)的改造等等。

2.4 教學改革反思

基于工業(yè)生產的實際需求，將企業(yè)生產環(huán)節(jié)，作為課程教學的實踐內容，有效實現(xiàn)了課程體系與工程項目產業(yè)化的銜接。

在課堂上引入虛擬仿真技術，借助虛擬仿真平臺，學生在課堂上不僅能完成實際項目的PLC程序設計，還能直觀地感受到PLC工程運行效果。在此基礎上，還能反饋項目實施方案中存在的客觀問題，以便進一步完善，有效解決了理論教學與實踐教學脫節(jié)的問題。

在課程教學改革實踐中，教學內容的編排和工業(yè)生產內容緊密結合，學生能在從理論到實踐的過程中體驗到工程設計的成就感，并進一步激發(fā)探索工程問題的興趣。 在此基礎上， 學生會主動尋找工程實踐問題，將工程實踐問題帶入課堂，拓展課堂教學內容，課堂教學模式的創(chuàng)新性得到進一步提高。

3 總結

推進項目驅動法教學改革創(chuàng)新，加強虛擬仿真技術在教學改革實踐中的應用，有利于提高學生的學習興趣，幫助學生構建較完備的知識體系。本課程的教學案例設計，為新工科背景下應用型人才本科相關課程的改革和建設提供了參考和借鑒。

“電氣控制與PLC技術”課程教學改革的實踐證明：基于項目驅動的案例教學改革，結合了虛擬仿真技術，能以有限的設備、多樣化的程序豐富教學內容，提高學生的學習興趣和積極性，增強了學生的工程實踐經驗，真正意義上實現(xiàn)了畢業(yè)即上崗，上崗即能勝任工作的應用型人才培養(yǎng)目標。

培養(yǎng)學生電氣控制與PLC實踐能力是一個長期而復雜的過程，需要不斷地積累經驗，進一步完善培養(yǎng)方法和具體措施。