电气控制与PLC技术课程教学改革与创新

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2020年12月总第351期
ISSN1672-1438
CN11-4994/T
电气控制与PLC 技术课程教学改革与创新
张小力 刘 江 路 颜 宋 婷
陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 714099
摘 要：以陕西铁路工程职业技术学院地下与隧道工程技术专业(盾构施工专业)为例，分析电气控制与PLC 技术这门课程的理论教学与实践教学，主要对以下4个方面的内容进行改革：一是结合该专业的特殊性，重新梳理该课程的教学内容；二是教学模式与考核方式的改革；三是实践教学环节贴近专业，更具有针对性；四是在“双高计划”的背景下，提高了教学团队理论教学水平和实践教学能力，培养了高质量的师资队伍，为产教融合提供一种模式方法。

关键词：理论教学；实践教学；改革；创新
作者简介：张小力，工学硕士，讲师；刘江，工学硕士，高级工程师；路颜，工学硕士，讲师；宋婷，工学硕士，讲师。

基金项目：陕西铁路工程职业技术学院科研基金“基于PLC 电机车牵引编组列车防溜系统研究”(编号：KY2017-108)。

陕西铁路工程职业技术学院(简称陕铁院)是原铁道部直属院校，后划归陕西省教育厅。

从2014的“示范骨干”院校、2017年的“优质”院校到2019年的“双高计划”，职业教育在社会经济发展驱动下，慢慢演变成一种“教育类型”[1]，相应的专业课也在不断地改革调整中。

电气控制与PLC 技术课程是地下与隧道工程技术专业(盾构施工专业)的专业核心课程，以往的教学以教材知识体系为主，教学方式主要以讲授为主，考核方式主要以期末试卷成绩为主，导致学生毕业后与专业匹配度不高，忽视了学生自主学习、专业能力提升等方面的培养。

本文以西门子S7-300/400作为教学背景，对电气控制与PLC 技术课程进行课程改革与创新，达到培养学生实操动手及创新能力的目的。

1 课程改革构思
1.1 教学内容梳理
通过分析地下与隧道工程技术专业(盾构施工专业)的人才培养方案，与企业单位的用人需求对接，调查历年毕业生从事行业及相关岗位要求，根据盾构施工及盾构组装过程中电气班岗位要求、岗位培训标准，制订适用于该专业的课程标准。

重新梳理教学内容，将授课内容模块化、项目化，同时更加系统化。

1.2 教学方法改革
为了使本专业学生更加适应毕业后的岗位需求，及考虑到学生以后的职业上升通道，在本课程教学改革过程中，对授课方式和授课手段也进行了相应的改革。

由之前的讲授式改为兴趣启发式、小组讨论式；授课形式也更多样化、信息化[2]。

1.3 实践环节增强
电气控制与PLC 技术这门课程主要是让学生掌握一个系统的、自上而下、信号的传输及执行。

学生完成基础实训任务之后，安排创新型的专业能力提升实训任务，设置专业大背景，给出任务要求，让学生以小组为单位，自行选择低压电器类型、自行绘制电气控制原理图、自行编写PLC 程序；通过通信联网，实现上位机与PLC 、主从站之间的通信；熟练运用组态软件，编写基础的监控画面；同时，实现上位机、触摸屏、PLC 、变频器等之间的接线，从而使学生在具备一定的专业技术之后，借助盾构施工，更贴近该专业的岗位要求，使本门课程的教学改革更实用[3-4]。

1.4 组建高质量的教学团队
在“双高计划”大背景下，需要组建一支高质量、高素质教学团队，通过从企业一线引进高级工程师、团队内部教师短期培训、出国进修等方式，加强教师队伍建设。

2 理论教学改革与创新
为完成“示范骨干”院校、“优质”院校及“双高计划”等项目，打造人才培养高地，2013年和2016年我校两次对本专业的人才培养方案进行修订。

一直以来，本课程在工程实际应用中占有非常重要的地位，特别在本专业学生就业的地铁建设行业领域，重要性不言而喻。

因此，本课程基于模块化、项目化的课程改革势在必行[5-7]。

本课程内容包括电气控制技术、PLC 应用技术和盾构电气技术三大模块。

在理论教学改革过程中，弱化单个低压电器的学习，突出项目化授课中典型电气
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控制回路的熟练分析；强调PLC 中工作原理与硬件结构，从本质上使学生理解内在联系，重点讲授基本逻辑指令、顺序控制指令的项目应用；难点是结合盾构施工专业的大背景下，如何进行PLC 与变频器、PLC 与触摸屏相关组网内容学习。

电气控制与PLC 技术课程教学通常安排在本专业大二第1学期进行，共72课时，期中理论授课40课时；授课内容及课时安排如表1所示。

表1 模块化项目化授课内容
分类
授课内容课时
电气控制三相交流异步电动机启动、正反转、制动、调速等
项目化学习
24
PLC 应用技术PLC 硬件结构、工作原理、基本逻辑及顺序控制指
令、项目化应用
36
盾构电气技术盾构机PLC 硬件连接、组网、电气系统图纸学习12
3 实践教学改革与创新
本专业的实践授课32课时；后续根据实际就业情况，对组建现代学徒制班的学生，进行为期1周的加强实训环节，此外对所有本专业学生进行施工现场顶岗实习环节，通过学校—企业这一过渡阶段，使学生实现“学而思、思而用”的整个闭环逻辑。

具体实践环节内容见表2。

表2 实践教学改革内容
分类
授课内容
课时课内实训配电柜低压电器认知、典型电路分析、基本指令编程训练
16盾构创新实训基地盾构机电气系统图纸识读、一般电气故障判断及排查
16实训周针对企业特殊要求进行相关实训强化练习1周顶岗实习
校外实训基地顶岗锻炼实习，熟悉盾构机PLC 应用、维护
暑假
全国竞赛及“双创”
项目
创建电气兴趣小组，引导学生参加各类竞赛二课活动
3.1 课内实训教学改革与创新
本课程课内实训场地要求与具体任务有关，包括教室、盾构仿真实训室等。

组织形式以项目化背景、任务单发布、小组讨论等环节展开，结合盾构行业大背景形式，开发设计3个模块的实训内容，包含低压电器典型电路图分析、实际接线、应用等6课时；盾构背景下的基本逻辑指令、顺序控制指令编程学习、I/O 地址分配、硬件接线、软件模拟及联机调试等10课时。

3.2 盾构创新实训基地教学改革与创新
盾构创新实训基地建成后，为本专业学生带来了一定的便利和益处，结合本课程的课程标准，开发了一系列围绕盾构创新实训基地的课内实训。

盾构创新实训基地的课内实训环节，是贯穿于整个学期展开的，主要内容包括盾构电气系统图纸识读
训练、典型电路分析、PLC 通讯、上位机、变频器应用等16课时。

本环节发布任务单8项，学生6人一组，通过理论授课讲解内容、现场查看、小组讨论、分角色完成任务。

同时结束后要求现场总结、提问演示任务完成过程及课后提交实训报告，加深巩固。

3.3 实训周教学改革与创新
不断深化教学改革，与企业合作成立现代学徒制班，为适应某些企业电气岗位的特殊需求，对现代学徒制班学生进行学期末为期1周的电气PLC 强化实训，通过了解企业岗位要求、企业导师来校授课、制订专项实训任务，保证学生在专业知识扎实的基础上与企业特殊化的要求相契合。

3.4 顶岗实习模式改革与创新
顶岗实习环节一般安排在学生签约工作后，与企业协商，完成4～6周的施工现场顶岗实习环节。

主要目的是使学生提前熟悉岗位环境、需求，理论联系实际。

通过现场顶岗和每周周报的实习总结、实习计划安排、实习过程中出现的问题及时与教师网络沟通、与现场技术人员交流等方式展开，了解和熟悉盾构电气PLC 实际运行状况。

3.5 全国竞赛及“双创”项目
学院非常重视对学生的创新能力培养，提供一定的“双创”经费，鼓励学生参加全国的竞赛活动，提高动手技能。

通过骨干教师组建电气创新小组导师团队、学生自主报名、全系范围选拔等方式，实现兴趣小组有平台、有条件、有机会参与骨干教师科研项目、“双创”项目等。

2015年本专业3名学生获全国职业院校学生技术技能创新成果交流赛优秀项目一等奖；2016年本专业10名学生参加“挑战杯—彩虹人生”陕西省职业学校创新创效创业大赛获三等奖；2017年本专业学生获黄炎培职业教育创新创业大赛优秀奖；2018年，盾构机自动化管片拼装系统、隧道空气质量智能监测控制系统等项目获得“挑战杯—彩虹人生”全国职业学校创新创效创业大赛二等奖1项、三等奖1项。

本专业盾构学社多次荣获共青团中央网络影视中心、共青团陕铁院组织的“最具影响力双创社团”“十佳社团”“优秀社团”等称号。

通过这些科研项目及竞赛活动，提高了本专业学生学习电气PLC 课程相关内容的兴趣和热情，动手能力及应用能力得到了很好的锻炼。

4 授课方式改革与创新
教师团队进行教学改革，不断调动学生学习的积极主动性，在保障基本教学任务的基础上，课堂环节
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加入思政元素、双创项目，引导学生参与教师科研项目等内容，形式丰富多样，培养了学生主动思考和积极动手能力。

4.1 转变教学观念
教师团队根据课程标准，大胆改革，将培养高技术技能人才理念引入其中，以“学生为主体、教师为辅助”形式，将课堂还给学生，同时教师掌握整个课堂节奏，以保障授课的质量。

4.2 项目化教学应用
项目化教学即以行业背景为大环境，通过地铁施工的各个工艺流程，划分各个任务模块，将授课内容实际化、具体化，更加贴合实际。

如讲接触器结构工作原理时，先提出一个项目背景，出现故障，从查找原因引入，结合盾构创新实训基地环境，激发学生兴趣；再如进行PLC基本指令授课过程中，发布任务单，要求用两种以上方法完成任务，不限方法的种类和器材。

学生以小组为单位，自由讨论，通过引导结合低压电器内容，将前面所学与后面PLC编程联系起来，使学生在理解学习新内容的同时，思考复习之前所学内容，温故而知新，交叉联系，搭建属于自己的知识体系框架。

4.3 过程性考核引入
针对应用性较强的专业核心课程—电气控制与PLC技术应用，将课程考核模式定为：课程最终成绩=平时表现(涵盖作业)+全过程性考核成绩+期末试卷成绩。

教学改革后，通过发布考核任务、小组讨论、分角色完成、需要动手的任务做好安全防护措施、I/O 地址分配、接线、程序载入、联机调试、提交任务结果、PPT汇报等方式进行，使考核方式更加多元化。

5 师资团队骨干培养建设
建设高水平的双师素质师资团队是“双高计划”的规划重点，针对本专业的特殊性，近六年通过聘请教授级高工作为本专业的院外专业带头人；从企业引进高水平、高职称、高学历的高级工程师作为实训环节的骨干力量；通过培养青年教师读博、输送国外优质大学进行访问或者进修；常年与企业合作，派遣专业教师赴一线岗位锻炼学习，增强实践环节的认知；参加各种高级别研讨培训，真正做到专业教师走出去。

目前课程团队共有专业教师8人，其中教授级高级工程师1人、高级职称2人、中级职称5人；学历方面拥有博士1人、硕士7人。

6 结语
随着国家相关政策不断出台，从“示范骨干”院校、“优质”院校到“双高计划”，为适应新环境，本教学团队不断推陈出新，教学改革就成了一个永恒的话题。

结合电气控制与PLC技术应用课程情况，根据地铁施工行业背景、岗位需求，通过重新梳理课程框架知识体系，构建更为清晰明确的授课内容，将知识模块化、项目化、系统化；授课方式信息化、开放式、讨论性；考核评价环节科学化、合理化、完善化。

借此课程改革与创新，锻炼了授课教师团队，为本课程下一步建设在线开放课程打好基础，具有十分
重要的现实意义。

参考文献
[1] 康志亮,许丽佳,陈松柏.可编程控制器课程改革与实践[J].中国
农机化,2011(2):133-136.
[2] 李艳萍,赵晓宇.面向应用技术型高校的PLC原理及应用课程
教学改革与实践[J].教育现代化,2019(61):56-57.
[3] 王晓磊,李晓丹,赵英,等.应用型人才培养的 PLC课程教学改革
研究与实践[J].辽宁工业大学学报:社会科学版,2019(3):127-133.
[4] 王丹.基于工程思维的电气控制与PLC技术课程改革与实践
[J].中国现代教育装备,2019(11):66-69.
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PLC》课程教学改革研究[J].教育现代化,2019,6(84):52-53. [6] 王秀.电气控制与PLC课程教学改革与创新[J].山东工业技
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[7] 魏艳红,许昌,王桂荣,等.PLC课程实验教学改革与探索[J].电气
电子教学学报,2014(6):93-95.
Teaching Reform and Innovation of Electrical Control and PLC Technology Course
Zhang Xiaoli, Liu Jiang, Lu Yan, Song Ting
School of Urban rail Engineering, Shaanxi Railway Institute, Weinan, 714099, China
Abstract: Taking the underground and tunnel engineering technology specialty(shield construction) major of Shaanxi Railway Institute V ocational and Technical College as an example, this paper analyzes the theoretical teaching and practical teaching of the course of electrical control and PLC technology, and mainly reforms the following four aspects: First, combing the teaching content of the course combining with the specialty's particularity. Second, reforming the teaching mode and assessment method. Third, the practice teaching link is close to the specialty, more targeted. Fourth, under the background of "double high project", the theoretical teaching level and practical teaching ability of the teaching team have been improved, and the high-quality teaching staff has been trained, which provides a mode and method for the integration of production and education.
Key words: theoretical teaching; practical teaching; reform; innovation
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