喻曉莉 沈穎 黎澤倫

【摘要】《電氣控制自動化》是一門實踐性較強的課程，在涉及工業(yè)控制領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的應(yīng)用型科技大學(xué)中占據(jù)著非常重要的位置，實驗是其中必不可少的部分。本文對課內(nèi)實驗教學(xué)模式進行了探討，采用傳統(tǒng)實驗與虛擬實驗相結(jié)合的方法進行，同時對在線課程的實驗?zāi)Ｊ揭策M行了探討，通過實際的應(yīng)用，取得了較好效果。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用型科技大學(xué) ?傳統(tǒng)實驗 ?虛擬實驗 ?在線課程

【基金項目】重慶市高等教育教學(xué)改革研究重點項目（項目編號：172032）。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）51-0019-02

應(yīng)用型科技大學(xué)強調(diào)學(xué)生的動手能力，其本質(zhì)強調(diào)應(yīng)用，主要培養(yǎng)掌握科學(xué)的方法、擅長動手解決實際問題的具有高層次的專業(yè)技術(shù)型人才，教學(xué)模式以應(yīng)用型為主，強調(diào)知識傳授與能力培養(yǎng)的有機結(jié)合。

《電氣控制自動化》是涉及工業(yè)控制領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的一門非常重要的課程，在許多應(yīng)用型科技大學(xué)中將其作為核心課程，實踐性強，實驗是其中尤其重要的一個環(huán)節(jié)，它關(guān)系著學(xué)生工程實踐能力的提升，在應(yīng)用型科技大學(xué)中，教學(xué)中實驗?zāi)Ｊ降脑O(shè)計就顯得極為重要。

一、實驗類型

實驗按內(nèi)容分為課內(nèi)實驗和綜合實訓(xùn)。一般而言，課內(nèi)實驗較為簡單，主要是理論課程中基本原理的驗證、知識的較為簡單的應(yīng)用;綜合實訓(xùn)則是理論知識的綜合性應(yīng)用，往往實驗較為復(fù)雜，涉及到多門課程的綜合應(yīng)用。

這些實驗按實驗方式分為傳統(tǒng)實驗和虛擬實驗。

二、傳統(tǒng)實驗的優(yōu)缺點

《電氣控制自動化》這門課程包含了兩個部分內(nèi)容，一個部分就是繼電器控制系統(tǒng)，另一個部分就是PLC控制系統(tǒng)，作為一門理論課程，這兩個部分均有相關(guān)的課內(nèi)實驗。

對于繼電器-接觸器控制部分，傳統(tǒng)的實驗就是給出或者學(xué)生自行設(shè)計出繼電器-接觸器控制系統(tǒng)圖紙，然后圖紙采用導(dǎo)線連接成控制系統(tǒng)。由于線路連接是硬連接，需要用導(dǎo)線將電氣元件連接起來，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c實際相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生的實際動手能力，使學(xué)生畢業(yè)后能很快適應(yīng)相關(guān)工作崗位。

但是這種實驗方式的缺點也是顯而易見的，主要在于電氣元件較多，連接繁瑣，往往一個課時結(jié)束，學(xué)生還沒有完成簡單的、類似電動機正反轉(zhuǎn)難度的連接，并且連接完成的同學(xué)也不能保證接線完全正確，必須通過老師仔細檢查才能通電實驗，而電源往往用的是工業(yè)380V交流，所以存在著極大的安全隱患。

對于PLC部分，課內(nèi)實驗難度一般不大，如果不存在工業(yè)用電的安全問題，完全可以采用傳統(tǒng)實驗，對于交通燈、水塔水位控制、電梯升降控制等較為經(jīng)典的控制系統(tǒng)，可以選擇設(shè)計2個學(xué)時的實驗。但是對于較為大型的復(fù)雜控制，由于課時限制，并不適合作為課內(nèi)實驗，可以安排在綜合實訓(xùn)中進行。這些實驗對于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，是極為有利的。

但是由于場地與經(jīng)費的限制，許多高校實驗室組建的能夠進行PLC控制系統(tǒng)實驗設(shè)備非常有限，學(xué)生接觸到的控制對象較為單一，因此，傳統(tǒng)實驗并不能夠完全滿足學(xué)生深層次的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的需要。

三、虛擬實驗優(yōu)缺點

虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實（又稱VR）等技術(shù)在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種實驗項目。

《電氣控制自動化》課內(nèi)實驗由于學(xué)時、場地等限制，在繼電器-接觸器控制系統(tǒng)部分采用虛擬實驗非常合適。該部分內(nèi)容可以采用虛擬的實驗環(huán)境（平臺仿真），平臺有電機、繼電器、接觸器、開關(guān)、按鈕等虛擬低壓電器元件，并存放于庫中，每個元件均與實物外形圖片及管腳相對應(yīng)，可供學(xué)生自己動手配置、連接和使用，其實驗效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。

PLC控制系統(tǒng)中，課內(nèi)實驗常常較為簡單，不涉及過大的控制系統(tǒng)，并且PLC的實驗也是由電腦編程完成，所以采用專用軟件，不連接電動機等對象，就能夠非常直觀地呈現(xiàn)出控制狀態(tài)。

對于較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，實際控制時，要將PLC程序?qū)懭牒笈c真實的控制對象進行連接，如傳送帶、機械手臂等，但是很多時候?qū)嶒炇也⒉痪邆鋵嵨镞B接的條件。在實驗經(jīng)費、場地、器材等方面不足的情況下，采用虛擬實驗不失為一個很好的解決方案。

學(xué)生可以采用inventor等軟件自行設(shè)計控制對象模型，將PLC與這些虛擬模型按規(guī)定的接口進行連接，編制PLC程序就可以控制它們的運行，這些運行以動畫方式顯示在電腦屏幕上，達到所需要的控制要求。因此，虛擬實驗方式可以完成非常復(fù)雜的PLC控制系統(tǒng)，由于控制對象可以自行設(shè)計，因此不存在控制對象的實物限制。

但是虛擬實驗的直觀性、動手性較傳統(tǒng)實驗差。

四、實驗教學(xué)模式的探索

在進行實驗時，可以將傳統(tǒng)實驗與虛擬實驗進行結(jié)合。

對于課內(nèi)實驗，在繼電器-接觸器控制部分，學(xué)生必須要熟悉常用的低壓電器元件，所以應(yīng)該在實驗室配備常用的低壓電器元件，如交流接觸器、繼電器、熔斷器、按鈕等等讓學(xué)生認識，這些必須是傳統(tǒng)的實驗認識項目。

由于學(xué)時受限，其它的控制系統(tǒng)設(shè)計可以采用虛擬實驗方式進行。通過學(xué)生的實際操作，與傳統(tǒng)實驗方式進行對比，發(fā)現(xiàn)該種模式效果良好。

傳統(tǒng)實驗方式由于設(shè)備及場地限制，不可能每位學(xué)生配備一套設(shè)備，學(xué)生常常被分組，同一組中有部分學(xué)生缺乏主動性，同時由于設(shè)備限制，也不可能全部動手實驗，所以往往只有部分學(xué)生參與;虛擬實驗可以給學(xué)生每人配備一臺裝有實驗平臺軟件的電腦，保證每位學(xué)生參與，學(xué)生的參與性增加，并且修改設(shè)計容易，同時安全性增加，非常有利于調(diào)動學(xué)生的積極性。

PLC控制系統(tǒng)部分，課內(nèi)實驗主要是原理的運用，適用于簡單的控制，在電腦上采用編程軟件就能進行虛擬仿真，并且可以監(jiān)視線路的通斷，程序的運行情況，非常方便。對于需要連接控制對象的實驗，可以放在綜合實訓(xùn)中進行，這些實驗采用虛擬平臺，自行設(shè)計控制對象，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合實踐能力非常有益。同時還需開設(shè)一個經(jīng)典的PLC控制系統(tǒng)傳統(tǒng)實驗，目的不在于設(shè)計，而在于學(xué)生對控制系統(tǒng)的實物認識，以增強學(xué)生的動手能力。

由于計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，知識在網(wǎng)上易于獲取，于是在線課程這一新型的教學(xué)模式逐漸普及起來。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，在線課程具有資源共享性，學(xué)習(xí)的自主性，學(xué)習(xí)的協(xié)作性等優(yōu)點，在高校教學(xué)中應(yīng)用非常廣泛。

《電氣控制自動化》這類實踐性較強的課程，也采用了在線課程作為傳統(tǒng)教學(xué)模式的補充。

在線課程的補充形式常常采用是教師進行傳統(tǒng)的理論知識講授完后，學(xué)生課后可以自行進入在線課程，進行理論知識的自學(xué)解惑或在該課程的在線課程平臺中進行討論、自測、答疑等等。然而，該類課程，由于包含了大量的實驗，這些實驗在在線課程中難以得到實際的體驗，這時，虛擬實驗的應(yīng)用就顯得極為重要。對于在線課程而言，虛擬實驗?zāi)軌蛲黄苽鹘y(tǒng)實驗對“時、空”的限制，學(xué)生在家中、宿舍就能夠進行學(xué)習(xí)，無論是學(xué)生還是教師，都可以自由、無顧慮地進入虛擬實驗室，操作儀器，進行實驗，作為課后的復(fù)習(xí)及深入學(xué)習(xí)，虛擬實驗在提高教學(xué)質(zhì)量方面，意義尤其重大。

五、結(jié)論

文中探討的《電氣控制自動化》實驗教學(xué)模式，將傳統(tǒng)實驗與虛擬實驗相結(jié)合，通過實際的應(yīng)用表明，該模式可以很好地理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動性。對于應(yīng)用型科技大學(xué)而言，在學(xué)時、經(jīng)費、場地等不足的情況下，虛擬實驗方式具有相當?shù)膽?yīng)用價值;對于開展在線課程的學(xué)科，作為補充，虛擬實驗也是相當重要的一個環(huán)節(jié)。文中所探討的實驗?zāi)Ｊ剑瑢ζ渌鼘嵺`性較強的課程具有一定的借鑒作用。

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作者簡介：

喻曉莉（1971-），女，重慶人，副教授，碩士，目前從事教學(xué)科研工作，研究方向：機械電子工程。