張德義， 袁明新,2， 高進(jìn)可

(江蘇科技大學(xué) 1、蘇州理工學(xué)院 機(jī)電與動(dòng)力工程學(xué)院，2、機(jī)電與動(dòng)力工程學(xué)院， 江蘇 張家港 215600)

“機(jī)械設(shè)備電氣控制”課程實(shí)踐型課堂的研究

張德義1， 袁明新1,2， 高進(jìn)可1

(江蘇科技大學(xué) 1、蘇州理工學(xué)院 機(jī)電與動(dòng)力工程學(xué)院，2、機(jī)電與動(dòng)力工程學(xué)院， 江蘇 張家港 215600)

本文針對(duì)我院“機(jī)械設(shè)備電氣控制”課程目前教學(xué)現(xiàn)狀，提出模塊化構(gòu)建實(shí)踐型課堂。確定低壓電器、電氣控制電路、PLC硬件和PLC軟件四個(gè)模塊，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)以及工作崗位對(duì)所需知識(shí)要求，采取多種不同的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)“因材施教”。實(shí)踐教學(xué)效果表明，多種教學(xué)模式相結(jié)合的實(shí)踐型課堂，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

模塊；實(shí)踐型；教學(xué)模式

0 引言

“機(jī)械設(shè)備電氣控制”是面向機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)計(jì)劃中起著承先啟后的作用，不僅具有較強(qiáng)的理論性，同時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能掌握常用繼電器接觸器的設(shè)計(jì)方法，具有對(duì)典型的機(jī)械設(shè)備的電氣功能分析技能，具有運(yùn)用可編程控制器進(jìn)行線路設(shè)計(jì)的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和今后從事電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，多種教學(xué)改革措施已被應(yīng)用到該課程教學(xué)中，用以提高教學(xué)效果。文獻(xiàn)[1]以典型的電氣控制項(xiàng)目為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將課程的知識(shí)點(diǎn)與項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合；文獻(xiàn)[2]基于該課程的特點(diǎn)結(jié)合工作崗位要求，確定了以行動(dòng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式，從而提高教學(xué)效果。但是大部分教學(xué)改革多集中于理論課程，尚未涉及提高學(xué)生的實(shí)踐能力，滿足工作崗位的要求上。因此，進(jìn)行合理的實(shí)踐性課程改革是十分必要的。

根據(jù)我院的辦學(xué)定位和辦學(xué)目標(biāo)，從我院的現(xiàn)有條件出發(fā)，本文提出采用模塊化方式構(gòu)建實(shí)踐型課堂，將理論課與實(shí)踐課相統(tǒng)一，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)手段等方面入手，提高學(xué)生的應(yīng)用能力，改善教學(xué)效果。

1 實(shí)踐型課堂的構(gòu)建

通過教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)“機(jī)械設(shè)備電氣控制”這門課程在教學(xué)過程中存在以下幾點(diǎn)矛盾：①內(nèi)容量大與學(xué)時(shí)少的矛盾；②內(nèi)容涉及面廣與先修課程不足的矛盾；③理論多與實(shí)踐少的矛盾。

針對(duì)上述的幾對(duì)矛盾，以及目前教學(xué)現(xiàn)狀，我們提出以下幾點(diǎn)改革措施：①合理制定教學(xué)大綱及評(píng)價(jià)方式；②多種教學(xué)方式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“因材施教”；③將理論課與實(shí)驗(yàn)課整合構(gòu)建實(shí)踐型課堂。

實(shí)踐型課堂的含義是指通過在課堂上有計(jì)劃地組織學(xué)生進(jìn)行觀察、演示操作等實(shí)踐活動(dòng)，并結(jié)合多種教學(xué)方式，把理論知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來的一種課堂教學(xué)活動(dòng)。這種方式避免了傳統(tǒng)理論課的填鴨式教育，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量和效果。我校“機(jī)械設(shè)備電氣控制”課程包含低壓電器、電氣控制電路以及可編程控制器三部分內(nèi)容，根據(jù)不同內(nèi)容的特點(diǎn)，我們將上述三部分知識(shí)分為四個(gè)模塊，即低壓電器模塊、電氣控制電路模塊、PLC硬件模塊以及PLC編程模塊[3,4]，提出模塊化建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)想，讓課堂在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，構(gòu)建實(shí)踐型課堂。這四部分內(nèi)容的特點(diǎn)如表1所示。

表1 模塊化課程教學(xué)內(nèi)容體系

我們根據(jù)模塊化教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，配以合適的教學(xué)模式與方法，以最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與參與性，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)工作崗位所需的能力和素質(zhì)。

2 實(shí)踐型課堂的應(yīng)用

將理論課與實(shí)驗(yàn)課整合，以模塊化構(gòu)建實(shí)踐型課堂。在理論課上，通過增加實(shí)踐以及實(shí)物觀察的環(huán)節(jié)，提高學(xué)生課堂的參與感，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可以提高教學(xué)效果。由于不同模塊知識(shí)特點(diǎn)不同，還需要進(jìn)一步地針對(duì)不同的模塊采用不同的教學(xué)手段，避免傳統(tǒng)“廣播式”教學(xué)的模式。

1)低壓電器模塊

低壓電器模塊研究的是常用的低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及選型注意事項(xiàng)等，這部分的培養(yǎng)目標(biāo)是讓學(xué)生能夠識(shí)別各種常用低壓電氣元件并對(duì)所需低壓電器元件進(jìn)行選型[5]。本模塊采用實(shí)踐認(rèn)知型教學(xué)方法，即以問題驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，通過拆裝實(shí)踐，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的理解與認(rèn)知。例如接觸器，可以使用“多媒體動(dòng)畫+實(shí)物拆裝”的模式進(jìn)行教學(xué)，多媒體動(dòng)畫用以講授原理，實(shí)物拆裝用以講授結(jié)構(gòu)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。

2)電氣控制電路模塊

電氣控制電路模塊研究的是三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等控制電路，這部分的培養(yǎng)目標(biāo)是讓學(xué)生能夠熟練地識(shí)讀控制原理圖，并能夠設(shè)計(jì)一般電氣系統(tǒng)的控制原理圖等。本模塊采用工程案例型的教學(xué)方法，即不同的基本控制電路分別以工程案例結(jié)合低壓電器模塊知識(shí)進(jìn)行講授。例如講授電路保護(hù)環(huán)節(jié)時(shí)，短路保護(hù)通過熔斷器實(shí)現(xiàn)，對(duì)比圖1(a)和圖1(b)可以發(fā)現(xiàn)：圖1(b)中缺少熔斷器FU，并且兩個(gè)電路的開關(guān)不同。圖1(b)中開關(guān)是空氣式開關(guān)QF，它包含了圖1(a)中的刀開關(guān)QS和熔斷器共同實(shí)現(xiàn)的功能，因而圖1(b)中的短路保護(hù)是通過QF空氣式開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。

通過以上的講解，不僅使學(xué)生進(jìn)一步明確了電路保護(hù)環(huán)節(jié)，而且將相關(guān)知識(shí)串聯(lián)了起來。最后以工程案例將基本控制電路結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析與設(shè)計(jì)能力。

3)PLC硬件模塊

PLC硬件模塊涉及硬件組成、工作原理以及通信方式等知識(shí)，這部分的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生能夠協(xié)助現(xiàn)場完成設(shè)備的安裝與調(diào)試。本模塊仍采用實(shí)踐認(rèn)知型教學(xué)方法，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為手段，對(duì)典型的控制柜進(jìn)行安裝，從中學(xué)習(xí)PLC的組成、原理、通信等知識(shí)，不僅有效地學(xué)習(xí)了理論知識(shí)，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。

圖1 電路保護(hù)環(huán)節(jié)

4)PLC軟件模塊

PLC軟件模塊包括PLC的編程語言、基本指令以及軟件操作等。這部分的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生能正確地識(shí)讀和分析控制程序，熟練地編寫、修改以及調(diào)試控制程序等。本模塊采用“設(shè)計(jì)+仿真+調(diào)試”的教學(xué)方法，借鑒CAD的教學(xué)模式，采用計(jì)算機(jī)結(jié)合可編程控制器輔助教學(xué)，通過軟件講解編程語言的基本指令，培養(yǎng)學(xué)生編程能力。圖2是為教學(xué)設(shè)計(jì)的配料監(jiān)控系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)的教學(xué)演示，學(xué)生可以清晰地了解系統(tǒng)工作過程，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也對(duì)PLC控制過程有了更形象的理解。

圖2 配料監(jiān)控演示系統(tǒng)

通過以上的四個(gè)模塊的學(xué)習(xí)，在學(xué)生具有一定的理論知識(shí)和實(shí)踐能力后，我們?cè)趯W(xué)期末組織一次課程設(shè)計(jì)，將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，進(jìn)一步提高學(xué)生知識(shí)的應(yīng)用能力。

3 結(jié)語

根據(jù)我校的辦學(xué)目標(biāo)，針對(duì)目前教學(xué)中存在的不足，在“機(jī)械設(shè)備電氣控制”課程的改革探索時(shí)，以模塊化設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合不同的教學(xué)方式，構(gòu)建實(shí)踐型課堂，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式比較起來，不僅提高了學(xué)生的參與感，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且教學(xué)效果和學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到了顯著的提升。該教學(xué)方式的實(shí)踐還不長，還有不少的問題需要去解決，比如這種實(shí)踐型課堂對(duì)教師的要求要比傳統(tǒng)課堂教學(xué)要高，增加了教師的工作負(fù)擔(dān)；學(xué)生的學(xué)習(xí)方式仍然過度依賴教師，不易及時(shí)轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式等等?？傊?，教學(xué)改革和探索是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，筆者將會(huì)根據(jù)實(shí)踐過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行不斷的改進(jìn)，來豐富和完善實(shí)踐型課堂教學(xué)。

[1] 孔德彭,孔德輝.項(xiàng)目教學(xué)法在電氣控制及PLC中的應(yīng)用[J].北京:中國電力教育,2012,24: 50 -51.

[2] 王紅梅.基于行動(dòng)導(dǎo)向的“”電氣控制與PLC“”課程教學(xué)改革研究[J].杭州:浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2013,25(3):83-87.

[3] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2009.

[4] 黃永紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[5] 武艷.基于項(xiàng)目式教學(xué)的電氣控制與PLC技術(shù)課程改革的實(shí)踐[J].武漢:高等函授學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,25(6):64-65.

Research on Practice-Based Class of Mechanical Equipment Electrical Control Course

ZHANG De-yi1, YUAN Ming-xin1,2, GAO Jin-ke1

(1、SuzhouInstituteofTechnology, 2、Schoolofmechatronicandpowerengineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhangjiagang215600,China)

In order to solve the problem of current teaching situation of the course of Mechanical Equipment Electrical Control in our school，modular building practice-based class is proposed. The low-voltage electrical appliances, electrical control circuit, PLC hardware and PLC software—four modules are determined, according to the characteristics of the teaching content as well as the knowledge required for jobs, taking a variety of different teaching modes, to realize “according to their aptitude”. Result shows that practice-based class combing various teaching modes is better able to cultivate the students′ practical ability and comprehensive quality.

module; practice-based; teaching mode

2016-01-24;

2017-02- 14

1、江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2015年度課題(編號(hào)：2015-R-40701)；2、江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院2015年度重大教改課題(編號(hào)：121020714)；3、蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃專項(xiàng)課題，(編號(hào)：C-b/2016/01/06) 作者簡介：張德義(1989-)，男，碩士，助教，主要從事電氣控制方面的教學(xué)與研究工作，E-mail：deyi1108@126.com 袁明新(1978-)，男，博士，副教授，主要從事電氣控制理論教學(xué)與機(jī)器人研究工作 高進(jìn)可(1984-)，男，碩士，助教，主要從事機(jī)電設(shè)備方面的教學(xué)與研究工作

A

1008-0686(2017)02-0027-03