“现代电气控制及PLC应用技术”课程项目化教学改革研究
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0061-02
自20世纪60年代以来，可编程控制器（programmable logic controller， PLC）及其网络得到了飞速发展[1]。作为一种专门应用于工业环境的计算机系统，可编程控制器综合了计算机技术、自动控制技术和传感器技术等先进技术，通过用户存储的应用程序来控制生产过程。由于具有可靠性高、稳定性好、操作方便、价格低廉和实时处理能力强等优点，PLC已被公认为现代工业自动化三大支柱之一。因为涉及对PLC及其系统的了解与应用，“现代电气控制及PLC技术”课程在电气工程及其自动化、电子信息工程、智能电网等专业的课程体系中具有极其重要的地位。该课程的目标是让学生掌握一门实用的技术，其最大特点是实践性强，与企业需求结合紧密。因此，实践动手环节在该课程教学中具有核心地位。
然而，随着社会、企业对高校人才动手能力要求的不断提高，“现代电气控制及PLC应用技术”课程采用传统的以课堂教学为主的教学方法越来越无法满足社会对相关专业人才的要求。从作者的教学经验看，该课程目前的教学主要存在以下问题。
（1）教学进程拘泥于教材章节的逻辑顺序。由于教材的编写往往按照PLC的产生背景，发展历史，基础知识，PLC的基本指令，PLC的功能指令，PLC的顺序控制等的逻辑顺序编写，在传统的课堂教学中，教师在学生对PLC缺乏感性认识的情况下，大量讲述PLC的发展历史，硬件结构等知识，很难激发学生的兴趣，教学也不符合记忆和掌握技能的规律，因此不利于学生实践能力的培养。
（2）实验课课时相对不足。在传统的教学中，由于受到课程体系教学大纲的制约，通常只能安排8学时左右的课内实验环节。实验课程通常由4个左右的独立实验组成，这样的实验课时远不能实现使学生熟练掌握一门技术应用类课程的目标。另外，由于受到实验室安排等因素的影响，理论课授课内容往往与实验课程的内容在时空上脱节，学生在学习新的理论知识后无法及时在实验中巩固，不利于理论知识的及时消化吸收。
（3）实验课逐渐流于形式。在传统的教学中，对该课程的考核方式依旧以期末笔试成绩为主，以平时成绩为辅的考核方式，而实验只占平时成绩的一部分比例。因此对学生主动积极进行实验缺少有效的激励措施。并且，由于实验的内容单一，容易复现，许多学生逐渐依赖其他同学。
（4）实验内容与社会需求脱节。实验室提供的实验内容相对简单，例如基本指令编程练习、小车运送物料模拟等等，缺乏具体的工程背景，或者只是对工程问题的简单模拟，通常与企业的人才需求脱节。
上述若干问题严重影响了该课程的教学效果，制约了学生的实践能力的提高。因此，开展“现代电气控制及PLC应用技术”课程的教学改革迫在眉睫。为了解决现有的教学困境，该文提出了以“项目教学法”为核心，围绕“项目教学法”展开改变教学场地，推广小班化教学，拓展实验平台，优化实验内容，加强校企合作，优化考核与激励手段等一系列综合教学改革措施，为提高课堂效率、改善教学效果、提升相关专业学生的就业竞争力提供新的课程改革思路。
1 “现代电气控制及PLC应用技术” 课程改革方案及挑战
1.1 实施方案
“项目教学法”是指师生以团队的形式共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动[2]。项目教学法是行动导向教学组织形式之一，旨在讲理论教学与实践教学有机地结合，提高学生解决实际问题的综合能力。学生通过完成项目，学习和掌握每一环节的基本知识和了解所需的必备能力。
为了保证“项目教学法”的实施，可以从教学场地、教学组织形式、实验组织形式等方面，综合考虑以下思路。
（1）采用现场实验教学法。
传统的教学方法以课堂教学为主，以实验环节加强动手能力的方式。由于理论课的教授内容与实验课程的安排在时空上脱节，不利于学生将理论知识及时消化吸收。采用“项目教学法”拟在改变这一教学方式。因此可以考虑采用现场实验教学方法，即整个教学过程在实验室中进行，教室现场介绍PLC的发展历史及背景、现场介绍实验设备及使用、现场讲解程序设计及示范、现场组织师生讨论、现场让学生投入实践，努力营造真实的工程环境，加强师生互动，让学生动手实践穿插于整个课堂教学过程中，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。
（2）推行小班制教学。
30人以内的小班制教学方式，是采用“项目教学法”的理想人数。由于现场教学需要教师在课堂上投入更多的时间和学生互动，采用小班教学的方式，有利于任课教师对每位学生进行充分的、全面地指导，帮助学生来提高解决实际问题的能力。项目的实施过程中，学生一般以2～3人为一小组，通过小组合作共同完成项目。因此，学生分组时，要考虑到确保每个学生能够在各个方面都得到训练，可适当参考学生综合成绩与实践成绩，对不同学习能力和动手能力的同学进行分组。同时可以考虑交叉分组，即在不同项目的完成过程中，让学生参与到不同的分组之中，以便在各个方面都得到锻炼。这样的分组模式可以使学生优势互补，一方面有利于培养学生的团队合作精神；另一方面也有利于取得更好的教学效果。
（3）实验内容优化与增加开放性实验环节。 学校的现有实验平台是西门子S7-300型可编程控制实验箱，集可编程逻辑控制器、编程软件、PC/PPI编程电缆、实验板于一体，可进行PLC的基本指令练习及十多个PLC实际应用的模拟实验。但由于实验课时有限，通过课堂教学远不能达到熟悉编程技术、提升实践能力的目的。针对这一问题，可以有两方面的思路。第一，优化实验内容，精简基本操作实验的内容，删去内容相近的实验内容，争取使课堂内实验的内容丰富化；第二，增加开放性实验环节，制定严格的管理制度和保障制度，增加实验室开放时间，鼓励学生主动设计实验、完成实验，并适当计入考核。
（4）加强校企合作。
“现代电气控制及PLC技术”是和社会、企业需求结合最紧密的应用类课程之一，其最大特点是应用性、实践性强，理论和实践结合得特别紧密。因此，尽管采用了上述多种实践环节的优化措施，但理论教学效果与社会真实需求相比还是会有较大差距[3]。
为了更好地解决这一问题，扩大学生的知识面，加深对理论知识的理解和对企业真实应用环境的熟悉，可以考虑以下思路：①邀请相关行业的专家、技术人员来学校作讲座和报告；②充分利用教研组老师及往届毕业学生的各种社会关系，带领学生去相关企业参观；③利用学校组织的各种课外设计、生产实习等机会，深入学习。
1.2 改革挑战及解决思路
项目教学法能很好地实现教师与学生的角色转换，一方面将学生从传统的被动接受者的角色转变成实际操作解决问题的主动者，真正体现出学生的主体性特征；另一方面也使教师从传统的传道、授业、解惑的全方位中心主体角色转变成引导、咨询、解惑的服务型中心角色。这种方法有利于实现教育的真正目的。然而，围绕项目教学法展开的改革势必存在多方面的挑战，因而要因此制定解决的方案。
（1）对教师的挑战。
首先，教师应具备多学科知识。例如，具备电气控制方面的知识，就可以根据实际设计和指导电机控制的实验；具备过程控制方面的知识，有利于演示和讲解真实的工业控制场面。
其次，要求教师充分完成实验的准备工作和重视实验的监督，包括：①教师事前做充分准备，进行先行实验，对仪器设备要仔细检查，以保证实验的效果和安全；②在学生实验开始前，对实验的目的和要求、实验平台的操作注意事项等，通过讲授或组织阅读作充分的说明，必要时进行示范，以增强学生实验的自觉性；③在实验进行过程中，教师巡视指导，及时发现和纠正出现的问题，进行科学态度和方法的教育。
再次，教师应具备较强的操作能力和纠错经验。在实施PLC项目教学法的过程中，教师教师应具备准确把握教材，精确设置项目任务的能力。同时也应具备较强的计算机硬件差错、程序差错地能力和经验，以应对学生在完成项目中可能遇到的问题。
（2）教学环节可能出现的问题及应对措施。
经验证明，“现代电气控制及PLC应用技术”课程采用项目教学法能大幅度地提高教学质量，但在实施过程中也会遇到不少问题。例如：①不是所有课题都适合项目教学法，比如PLC的基本介绍与发展历史；②在实施项目教学中也在项目教学实施时，对于某些项目，必须要时延长授课时间，但不能占用其他课程时间；③学校的实验实习条件、专业教师的团队组建、业务能力有待提高，才能更好的发挥项目教学法的优点； ④由于实验室的管理区别于课堂教学，缺少周围环境的监督和影响，易出现教学过程松散、个别学生迟到早退的现象。
因此，在教学环节中，有如下问题值得重点注意。
（1）考核方式的公平性和真实性。
考核是检验项目教学法效果的一个重要环节。不同于以往的课堂教学平时成绩和期末考试试卷成绩综合考核的方式，项目教学法更注重学生的动手能力，这意味着传统的卷面考核方式不再试用。由于实验课缺少标准答案，缺少统一量化地评价标准，项目化教学点一个突出问题是考核方式不当易引起成绩的公平性，继而影响学生的学习积极性。值得参考的评价形式有学生自评、学生之间互评和师生之间的互评。在完成每一个项目后，由学生口头叙述自己完成的工作、遇到的实际问题及解决方法，将口头表达作为考核的内容之一。采用学生自评、同学互评等综合方案，同时考虑到堂率等可以量化评价的因素，对成绩予以综合判定。
（2）学生学习积极性。
在项目化教学的现场试验教学中，由于通常需要采用分组的方式，由小组成员共同完成一个较大的项目，可能导致小组中个人价值表现得不明显，可能出现动手能力较弱的学生依赖动手能力较强的学生，在实验过程中偷懒的现象。或者出现一部分学生处于对实验课的恐惧心理以及对实验结果不确定的恐惧，在选课环节刻意回避该类课程。对于这一类问题，值得参考的应对方案有如前所述的交叉分组，让学生口头叙述自己的工作，以及成绩评定上采用鼓励的给分方式，严格控制不及格率，不以实验结果为唯一评分依据，等等。
上述问题的存在，使得教师在项目化教学的改革过程中需要投入更多的精力。教师应做到对每位学生有所了解，对每位学生的学习能力及进展有明确的记录和评判，保证成绩的公平性，也鼓励学生对动手环节的积极性。
2 结语
“现代电气控制及PLC应用技术”是电气工程及其自动化、电子信息工程、智能电网等专业的重要课程之一。由于具有实践性强等特点，实践环节在教学过程中非常重要。传统的以课堂为主的教学方法已日渐无法适应企业对相关专业毕业生的要求。该文总结了笔者在该课程实践教学环节中的改革思路和探索，提出了围绕“项目教学法”而进行的改变教学场地，推广小班化教学，优化实验内容，加强校企合作，优化考核与激励手段的一系列综合教学改革措施。并探讨了课程改革可能带来的问题和解决思路。实践表明：该课程教学质量和效果得到了较大改善，学生的学习积极性和实践能力得到提高，知识面得到拓展。
