應用型本科機械專業(yè)《可編程控制器技術》課程改革與探索

姜迪 汪洪峰

摘要：可編程控制器技術是實現(xiàn)機電一體化設計的不可或缺的一部分，因此具有很強的技術性和實踐性。傳統(tǒng)的課堂教育模型難以直觀有效的向學生傳授必要的知識，易導致教材與實踐操作不能有機結合，其教學效果不夠理想。針對應用型本科機械專業(yè)學習可編程控制器技術所表現(xiàn)的不足之處，從教學手段、內容、學生成績這幾方面進行革新，調動學生的積極性，引導學生以課本為引導、以實踐為標準的理念，培養(yǎng)學生對可編程控制器技術的理論掌握和實踐能力。

關鍵詞：可編程控制器技術;課程改革;應用型本科;機械專業(yè);實踐能力

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）18-0130-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1引言

可編程控制器技術是機械專業(yè)實現(xiàn)機電一體化設計的核心課程，并且此門課程是理論與實踐聯(lián)系極其緊密的課程，能夠引導學生切身體會自動化控制的邏輯和具體實現(xiàn)方法，是機械專業(yè)務必掌握的一門課程[1-2]。該課程成立較早，發(fā)展時間較長，已經(jīng)形成了一套完整且成熟的教學路線。隨著社會的發(fā)展和技術的更新迭代，傳統(tǒng)的教學方式以及教材的更新速度已經(jīng)明顯落伍，且現(xiàn)在學生所能接受新知識的途徑較多，難以全心全力地投入課堂上，帶來了課程效率低、注意力不集中、興趣不足的情況，這也是這門課程目前急需解決的問題[3]。

2 本課程教學過程中存在的問題

目前來看，針對應用型本科機械專業(yè)的學生來說，主要存在如下幾個問題：

2.1 電路基礎及自動化控制原理相對薄弱

機械專業(yè)主要的專業(yè)課和實踐內容更加側重于機械部分，對于電路基礎相對于自動化或機械電子專業(yè)較為薄弱，但其開設的課程和教材并無較大差異，因此對教材中的基本原理概念和關鍵知識點理解思維上欠缺，難以做到融會貫通，未能在大腦中提前形成一定的可編程控制概念，主要依靠老師陳述和講解，大多時間知識點屬于被動輸入，學生在有限時間內獲得的新知識較少。

2.2 對可編程控制器的控制元器件較為生疏

可編程控制器之所以能夠實現(xiàn)控制邏輯，主要在于其能夠按照程序設定的邏輯去控制外部執(zhí)行元器件，因此對外部執(zhí)行元器件有較好的認識，能夠有效地幫助學生理解控制邏輯，做到教材與實踐的有機結合。而實際上大多外部執(zhí)行元器僅能看到其外觀和操作按鈕，不能直接了解其內部工作原理以及控制形式，這導致較多數(shù)學生學習過程中無法有效且及時的做出反應和思考，大大增加教學難度，并且易讓學生感覺空虛導致學習興趣降低。

2.3考核成績組成不夠合理

作為一門理論與實踐結合相當緊密的課程，其考核形式和成績的組成是相當重要，應當由多方面綜合考核并形成最終成績。目前多數(shù)考核成績的模式更側重于理論課的形式，即卷面理論考試成績比重較大，實驗課與平時課堂表現(xiàn)成績比重稍低，這就導致部分學生在課堂上表現(xiàn)不佳，但其在考試前突擊復習，也能取得一個不錯的成績。這一現(xiàn)象并不能代表學生的真實掌握水平，僅能對課本上已經(jīng)出現(xiàn)的知識點進行應答，而對于現(xiàn)實生活中出現(xiàn)的陌生問題難以進行有效的響應和解決。

根據(jù)上述問題出現(xiàn)的原因，可編程控制器技術課程應當進行一些改革，提出以現(xiàn)實生活案例為主導，虛擬教學和工程實操并用的教學模式，該模式主要在于引起學生的興趣和調動積極性，發(fā)揮主觀能動性，更好地提升教學效率和作用。

3改革方法與理念

針對應用型本科機械專業(yè)的可編程控制器課程的改革，應當抓住應用型和機械專業(yè)這兩個關鍵點。應力求貼合實際和接近日常生活，因此在課堂教育時應當多舉生活中常見的案例，讓學生能夠有效地理解和快速的吸收，這體現(xiàn)了以生活案例為主導。其次虛擬教學是指在課堂上多應用目前較新的教學手段，傳統(tǒng)的PPT教學模式略顯單薄，應當加入以軟件為主導的虛擬教學模式，即利用現(xiàn)有軟件向學生展示新知識和新結構，能夠更加直觀的理解和學習，并且類似于現(xiàn)在的流媒體視頻一樣的教學方式，更容易提起學生的學習興趣，這是體現(xiàn)出虛擬教學。最后是工程實操，主要體現(xiàn)在學生的實驗課上，在實驗課的設置上應當不僅僅開設普適性的項目，同時增設貼合其本專業(yè)背景和現(xiàn)實生活中的案例，開放實操項目的內容，讓學生作為主導，參與到實操過程中去，也讓其具有一定的成就感，提升課程興趣，有利于對課程的學習[4-8]。其主要的改革方法如下圖1所示。

4具體的實施方案

4.1教學內容改革-側重生活實例

針對應用型本科的機械專業(yè)的學生，在講授相關的理論知識的同時，應當大量引入生活中的案例，將生活案例巧妙地與相關知識點進行融合，引發(fā)學生主動思考和感悟。具體實施案例如下所示：

案例1：可編程控制器在編制控制程序時，有時會用到兩地控制啟停，其原理和作用分別是什么？

在針對案例1這一知識點時，可以直接引入生活中常見的電動車剎車原理，在電動車的行駛過程中突發(fā)情況需要進行剎車，按下左剎車或右剎車均可實現(xiàn)剎車功能，其原理是利用開關的通斷向電動車控制電路發(fā)送斷電信號，并驅動剎車裝置進行剎車，其次左右兩個剎車能夠針對前后輪進行單獨剎車，以應對不同的駕駛狀況。這個過程中的左右剎車就是相當于兩地控制，并且可以各自執(zhí)行不同的動作，但均可實現(xiàn)剎車功能，這就是兩地控制的作用和意義。

案例2：什么是自鎖，什么是互鎖，其作用是什么？

在針對案例2這一知識點時，同樣可以直接引入生活中常見的電動車剎車原理，電動車剎車時觸發(fā)剎車信號，驅動電機立即停止動力輸出，剎車裝置通過摩擦力將車輪逐漸減速。在這個過程中，剎車信號發(fā)出之后，控制器接收到剎車信號并發(fā)出指令停止驅動電機的電力供應，這是為了更加有效地進行剎車，否則，驅動電機持續(xù)輸出動力，剎車裝置限制其旋轉，將導致剎車性能明顯下降，增加剎車距離，或造成驅動電機負載過大進而發(fā)熱損壞，因此剎車信號和驅動輪驅動信號不可同時存在，這種現(xiàn)象就叫作互鎖，即互相鎖定狀態(tài)的意思。同時在松開剎車之后，電動車驅動輪同樣不會立即旋轉，需要等待下一次驅動信號，這是由于剎車信號具備自鎖功能，能夠確保在剎車之后電動車不會突然加速，大大提高了其駕駛安全性，自鎖也就是自我鎖定的含義，這就是自鎖和互鎖的實際意義。

通過上述案例的引入和解釋，可以更加有效地促進學生對兩地控制和自鎖互鎖的控制邏輯有著更深的理解，并且引入生活實例，有助于幫助學生對生活的事情有更深的認知，這是一舉兩得的事情。同時也讓學生明白控制無處不在，看似簡單的電動車行駛也涉及較多的控制邏輯，能夠提升學生對可編程控制器這一課程的重視程度。

4.2教學手段改革-側重學生興趣

在這個流媒體和短視頻較為流行的當今社會，更多的學生愿意通過這些方式去學習和了解新知識，相對來說課程以PPT為主的教學方式，略顯單調和不夠生動，這是社會發(fā)展所導向的，和PPT剛出現(xiàn)時對以板書為主教學模式的沖擊是一樣的，因此需要對教學手段進行改革，去迎合當下學生所感興趣的和愿意接受的教學手段。

教學手段的改革不是一朝一夕的事情，目前可以先由3D虛擬展示為主要手段，以空氣短路保護開關的結構原理為例，教材上已經(jīng)明確繪制出了相關的內部結構和工作原理，但其原理和內部結構是簡化之后的圖紙，對于機械專業(yè)的學生來說，不僅要理解其控制原理和工作方式，同時也要對其機械層次的結構和工作方式進行學習和深入理解，這樣才能夠融會貫通。因此通過3D軟件對空氣短路保護開關進行建模造型或者直接下載相應的模型資源，在課堂上進行講授，在軟件中可以虛擬的進行內部結構、控制原理、工作方式進行展示，學生能夠一目了然的明白其功能和構成，再結合課本上的文字描述，可以快速地學習和消化這一知識點，同時鞏固了其機械設計和機械原理上的知識點，能夠有效地促進學科交叉和舉一反三。

4.3考核成績改革-多元素、多層次

對于在校學生來說，均對期末的考核成績比較關注，同時也是對學生的一個綜合考核成績，是代表其在本次課程的學習和知識點掌握上的整體水平，因此需要針對不同課程量身定制[9-10]。

對于可編程控制器這一理論與實踐同樣重要的學科，應當在考核成績中充分體現(xiàn)出來，期末的卷面成績可以適當降低比例，應當調節(jié)為40%，試驗實踐成績同樣為40%，剩余20%由學生平時上課簽到情況和課堂表現(xiàn)共同組成。降低期末考試的卷面成績比重主要是引導學生在日常學習效率更高、參與感更強，逐漸減弱對期末考試的側重程度，也減少了期末考試當天學生狀態(tài)對最終考核成績的影響程度，也讓其明白學習并非只是為了期末考試，同時能夠讓學生更加均衡的展現(xiàn)自己對課程的掌握程度。

5結束語

通過這次《可編程控制器技術》的教學改革，抓住應用型和機械專業(yè)兩個關鍵點提出以現(xiàn)實生活案例為主導，虛擬教學和工程實操并用的教學模式，抓住學生的興趣點，因材施教，主動迎合學生，激發(fā)自我思考能力。同時教師自身也需要不斷的更新知識和教學手段，發(fā)現(xiàn)課堂上出現(xiàn)的問題，對關鍵知識點應當又足夠深刻的理解，并能夠與現(xiàn)實生活案例相結合，進而有效的傳授給學生。此次改革能夠有效地引導學生自發(fā)學習和思考，能夠貼合生活去學習新知識，并將所學知識應用到生活中去，為今后走上工作崗位打下堅實的理論和實踐基礎。

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【通聯(lián)編輯：王力】