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摘要：以PLC实验课程改革为例，探讨工程应用性质较强的专业课程的实验教学模式，认为在保证最基本实验的前提下，应加强工程化综合性的实验训练，以提高学生的的工程意识和学科知识的综合运用能力。
关键词：实验教学；PLC；工程教育；综合运用能力
作者简介：袁琦（1966-），男，江西信丰人，海南大学机电工程学院，副教授。（海南 儋州 571737）黄建清（1972-），女，湖南益阳人，华南农业大学工程学院博士研究生。（广东 广州 510642）
基金项目：本文系海南大学教育教学基金资助项目（项目编号：hdjy0818）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）04-0126-02
《中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》中提出的“抓紧建立更新教学内容的机制，加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生实际操作能力”的内容，对高等学校实验教学提出了更高的要求。[1]
实验教学除了培养学生的基本实验技能外，还应加强学生的创新能力、工程意识及学科知识的综合运用能力的培养。
在高等教育的教学中，实验教学一般分为基础实验、专业基础实验和专业实验三个层次。第一层和第二层次通常在一至三年级阶段完成，实验内容和模式基本上以验证性实验和基本技术的训练为主，其目的是打基础，使学生通过实验对理论课的知识得到一个感性认识，加深对理论课知识的理解和掌握，并逐步掌握实验的基本技能和方法。
以电气工程及其自动化专业为例，在教学计划中，基本上把专业课实验附属于对应的理论课中，少量安排若干学时的实验课。由于教材、实验设备、教学环境等多方面的原因，实验内容仍然停留在以验证性实验为主的模式上，甚至有些还是观摩性实验。
然而，经过前三年的学习，学生都有了一定的专业基础和实验技能，对以往的这种内容单一、验证性为主的实验基本上没有兴趣，于是对实验课的热情也就大大降低了，学生的综合素质和工程实践能力也就得不到培养和提高。因此，为培养工科类高年级学生的工程意识和学科知识的综合运用能力，笔者对“可编程序控制器应用技术”这门工程应用性较强的专业课的实验教学进行了改革，探索了工程化综合性实验教学模式，取得了较好的教学效果。
一、工程化综合性实验的内涵和开发的意义
1.工程化综合性实验的内涵
综合实践教学是素质教育的重要环节。[2]根据教育部颁发的高等学校教学工作水平评估方案中的解释，综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。它要求学生具有一定的专业基础知识和基本实验操作技能，在此基础上综合运用某一课程或多门课程的知识，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性、开放性实验，着重培养学生文献查阅能力、动手操作能力、数据处理能力和综合分析解决问题的能力。[3]
因此，综合性实验的特征应体现实验内容的复合性、实验方法的多元性、实验手段的多样性、人才培养的综合性。其中，实验内容的复合性是综合性实验的重要特征。[4]
工程教育是我国21世纪教学改革的主要内容。所谓工程教育，就是帮助工科类专业的学生树立工程观的教育，通过实验中具有一定规模的工程项目的实施，进行工程实践能力的培养，提高学生分析、动手和解决实际问题的能力。工程性实验的特點是，以工程项目为背景，使实验更有针对性，实验内容更加鲜活，学生不仅能了解局部，而且能了解全局。有意识地促使学生积极思考，激发学生的兴趣和聪明才智，从而提高其创新能力。[5，6]
2.工程化综合性实验开设的意义
在传统教学中，其实验教学内容主要是验证性实验，学生在规定的时间内完成教师规定的实验内容。实验目的、任务、实验线路、操作步骤、使用仪器等均可在实验指导书中找到，学生只需按照实验指导书规定的实验内容及步骤，按部就班地在实验装置上进行一些连线等操作。而且在操作过程中，学生完全听从教师安排，很少思考，也基本上不需要思考就能把实验完成。同时加上实验内容没有新颖性、创新性，不能激发学生的求知欲，学生做实验仅仅是被动地完成任务而已。这样的教学活动，大大地扼杀了学生的积极性和创造性。
而如果在开展实验教学时，根据实验室的实际情况，设置合适的工程性实验，设计时尽量与实际控制工程的要求一致，并注重实验的综合性。这样的实验可以在一定程度上弥补上述缺陷。学生是主动式学习，把学生推到了教学的主体地位，有利于充分调动学生的学习积极性，因为学生在实验过程中，发现所学的知识实用性强，且各学科的知识是相互联系而不是孤立的，要解决实际工程问题，需要将许多知识融合在一起，势必进一步增强学生学习的自主性，理论知识在实验过程中也得到验证。由此，教学过程形成良性循环，学生的综合能力、综合素质和工程意识得到也稳步提高。
总之，对工程应用性质较强的专业课来说，在实验教学过程中，开设一定数量的工程化、综合性实验，对提高学生综合运用所学知识和解决工程实际问题的能力具有十分重要的意义。
二、PLC工程化综合性实验的设计与实践
可编程控制器（PLC）是在电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术发展的基础上产生的一种新型工业自动控制装置，PLC技术是现代工业控制的重要支柱之一，[7]也是工科院校电类、机械类专业重要的学习内容。
PLC应用技术是一门实践性很强的课程，实践环节至关重要，只有通过进行实际操作，才能学通、学透PLC技术。海南大学电气工程及其自动化专业PLC技术这门专业课的实验学时是10学时。由于学时少，在以往的实验中，往往硬件都是事先已经连接好的，工艺流程也基本上给出，只强调程序的编写，而忽视了对学生进行电气图的独立设计能力和动手能力的培养，这一点从毕业设计内容涉及PLC控制的那部分学生中得到了验证，反映了课程实验时对学生进行工程训练的机会缺乏。因此，近三年笔者对PLC课程的实验项目进行了一定的调整，实验内容重点突出工程化、综合性的训练。10个实验学时中，用两个学时来进行基本内容的练习实验，例如编程软件的使用方法、写入和编辑程序的方法、基本电路的编程以及用编程软件对PLC的运行进行监视的方法等。剩余的八学时用来进行工程化综合性实验的训练。
1.实验项目设计原则
工程化综合性实验项目的设计基本上遵循以下原则进行。
（1）实验内容尽可能考虑实际应用的意义和价值，以培养学生的工程意识。
（2）实验规模适中。规模太小，达不到锻炼的目的；规模太大，则会受限于学时数而使实验流于形式。必须保证让学生有充足的时间观察、发现、分析和解决实验过程中出现的问题，以提高学生发现问题、分析问题和解决实际问题的能力。
2.PLC实验项目设计实例和实施
根据上述原则，以及考虑到实验学时数，除一个基本实验外，笔者还设计了两个工程应用实验，第一个实验为三学时，重点考虑实际应用和培养学生的工程意识，属小型工程实验项目。
例如，“用一台自耦变压器不同时起动多台电动机PLC控制系统的设计”，这一项目比较贴近电动机使用量较大的某些企业，项目涉及的内容不太多，主要包括电动机起动、继电接触和PLC等方面的知识，但具有一定的工程应用性质。实施时，在实验前只给学生提出电动机的具体控制要求，给学生提供充分的独立设计空间，如要完成好这个实验项目所需的电路主接线图、PLC的输入/输出接线图、梯形图等，全部要求学生自己独立设计。考虑到实验学时限制，这部分工作主要安排学生在课外完成。这些内容完成后，学生进入实验室进行联机实验，如程序下载、在线调试、运行监控等，最后实现完整的控制过程。
关键词：实验教学；PLC；工程教育；综合运用能力
作者简介：袁琦（1966-），男，江西信丰人，海南大学机电工程学院，副教授。（海南 儋州 571737）黄建清（1972-），女，湖南益阳人，华南农业大学工程学院博士研究生。（广东 广州 510642）
基金项目：本文系海南大学教育教学基金资助项目（项目编号：hdjy0818）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）04-0126-02
《中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》中提出的“抓紧建立更新教学内容的机制，加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生实际操作能力”的内容，对高等学校实验教学提出了更高的要求。[1]
实验教学除了培养学生的基本实验技能外，还应加强学生的创新能力、工程意识及学科知识的综合运用能力的培养。
在高等教育的教学中，实验教学一般分为基础实验、专业基础实验和专业实验三个层次。第一层和第二层次通常在一至三年级阶段完成，实验内容和模式基本上以验证性实验和基本技术的训练为主，其目的是打基础，使学生通过实验对理论课的知识得到一个感性认识，加深对理论课知识的理解和掌握，并逐步掌握实验的基本技能和方法。
以电气工程及其自动化专业为例，在教学计划中，基本上把专业课实验附属于对应的理论课中，少量安排若干学时的实验课。由于教材、实验设备、教学环境等多方面的原因，实验内容仍然停留在以验证性实验为主的模式上，甚至有些还是观摩性实验。
然而，经过前三年的学习，学生都有了一定的专业基础和实验技能，对以往的这种内容单一、验证性为主的实验基本上没有兴趣，于是对实验课的热情也就大大降低了，学生的综合素质和工程实践能力也就得不到培养和提高。因此，为培养工科类高年级学生的工程意识和学科知识的综合运用能力，笔者对“可编程序控制器应用技术”这门工程应用性较强的专业课的实验教学进行了改革，探索了工程化综合性实验教学模式，取得了较好的教学效果。
一、工程化综合性实验的内涵和开发的意义
1.工程化综合性实验的内涵
综合实践教学是素质教育的重要环节。[2]根据教育部颁发的高等学校教学工作水平评估方案中的解释，综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。它要求学生具有一定的专业基础知识和基本实验操作技能，在此基础上综合运用某一课程或多门课程的知识，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性、开放性实验，着重培养学生文献查阅能力、动手操作能力、数据处理能力和综合分析解决问题的能力。[3]
因此，综合性实验的特征应体现实验内容的复合性、实验方法的多元性、实验手段的多样性、人才培养的综合性。其中，实验内容的复合性是综合性实验的重要特征。[4]
工程教育是我国21世纪教学改革的主要内容。所谓工程教育，就是帮助工科类专业的学生树立工程观的教育，通过实验中具有一定规模的工程项目的实施，进行工程实践能力的培养，提高学生分析、动手和解决实际问题的能力。工程性实验的特點是，以工程项目为背景，使实验更有针对性，实验内容更加鲜活，学生不仅能了解局部，而且能了解全局。有意识地促使学生积极思考，激发学生的兴趣和聪明才智，从而提高其创新能力。[5，6]
2.工程化综合性实验开设的意义
在传统教学中，其实验教学内容主要是验证性实验，学生在规定的时间内完成教师规定的实验内容。实验目的、任务、实验线路、操作步骤、使用仪器等均可在实验指导书中找到，学生只需按照实验指导书规定的实验内容及步骤，按部就班地在实验装置上进行一些连线等操作。而且在操作过程中，学生完全听从教师安排，很少思考，也基本上不需要思考就能把实验完成。同时加上实验内容没有新颖性、创新性，不能激发学生的求知欲，学生做实验仅仅是被动地完成任务而已。这样的教学活动，大大地扼杀了学生的积极性和创造性。
而如果在开展实验教学时，根据实验室的实际情况，设置合适的工程性实验，设计时尽量与实际控制工程的要求一致，并注重实验的综合性。这样的实验可以在一定程度上弥补上述缺陷。学生是主动式学习，把学生推到了教学的主体地位，有利于充分调动学生的学习积极性，因为学生在实验过程中，发现所学的知识实用性强，且各学科的知识是相互联系而不是孤立的，要解决实际工程问题，需要将许多知识融合在一起，势必进一步增强学生学习的自主性，理论知识在实验过程中也得到验证。由此，教学过程形成良性循环，学生的综合能力、综合素质和工程意识得到也稳步提高。
总之，对工程应用性质较强的专业课来说，在实验教学过程中，开设一定数量的工程化、综合性实验，对提高学生综合运用所学知识和解决工程实际问题的能力具有十分重要的意义。
二、PLC工程化综合性实验的设计与实践
可编程控制器（PLC）是在电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术发展的基础上产生的一种新型工业自动控制装置，PLC技术是现代工业控制的重要支柱之一，[7]也是工科院校电类、机械类专业重要的学习内容。
PLC应用技术是一门实践性很强的课程，实践环节至关重要，只有通过进行实际操作，才能学通、学透PLC技术。海南大学电气工程及其自动化专业PLC技术这门专业课的实验学时是10学时。由于学时少，在以往的实验中，往往硬件都是事先已经连接好的，工艺流程也基本上给出，只强调程序的编写，而忽视了对学生进行电气图的独立设计能力和动手能力的培养，这一点从毕业设计内容涉及PLC控制的那部分学生中得到了验证，反映了课程实验时对学生进行工程训练的机会缺乏。因此，近三年笔者对PLC课程的实验项目进行了一定的调整，实验内容重点突出工程化、综合性的训练。10个实验学时中，用两个学时来进行基本内容的练习实验，例如编程软件的使用方法、写入和编辑程序的方法、基本电路的编程以及用编程软件对PLC的运行进行监视的方法等。剩余的八学时用来进行工程化综合性实验的训练。
1.实验项目设计原则
工程化综合性实验项目的设计基本上遵循以下原则进行。
（1）实验内容尽可能考虑实际应用的意义和价值，以培养学生的工程意识。
（2）实验规模适中。规模太小，达不到锻炼的目的；规模太大，则会受限于学时数而使实验流于形式。必须保证让学生有充足的时间观察、发现、分析和解决实验过程中出现的问题，以提高学生发现问题、分析问题和解决实际问题的能力。
2.PLC实验项目设计实例和实施
根据上述原则，以及考虑到实验学时数，除一个基本实验外，笔者还设计了两个工程应用实验，第一个实验为三学时，重点考虑实际应用和培养学生的工程意识，属小型工程实验项目。
例如，“用一台自耦变压器不同时起动多台电动机PLC控制系统的设计”，这一项目比较贴近电动机使用量较大的某些企业，项目涉及的内容不太多，主要包括电动机起动、继电接触和PLC等方面的知识，但具有一定的工程应用性质。实施时，在实验前只给学生提出电动机的具体控制要求，给学生提供充分的独立设计空间，如要完成好这个实验项目所需的电路主接线图、PLC的输入/输出接线图、梯形图等，全部要求学生自己独立设计。考虑到实验学时限制，这部分工作主要安排学生在课外完成。这些内容完成后，学生进入实验室进行联机实验，如程序下载、在线调试、运行监控等，最后实现完整的控制过程。