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摘要：“电气控制与PLC”是自动化及相关专业的专业课程，具有很强的实践性和应用性。结合本课程的特点和培养目标，详细分析了现阶段教学中存在的问题。通过精品课程建设，对该课程的教学内容、教学方法和手段等方面进行教学改革，以此来促进学生创新意识的培养和实践能力的提高。
关键词：电气控制与PLC；精品课程；教学改革
作者简介：赵涛（1965-），男，江苏丰县人，南京工程学院自动化学院，教授；张永号（1962-），男，陕西西安人，南京工程学院自动化学院，副教授。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系南京工程学院2011年精品课程（项目编号：JG201117）、南京工程学院教学改革项目（项目编号：JG201311）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0101-02
“电气控制与PLC”是将软件知识和硬件电路设计融合的课程，具有很强的实践性和应用性。课程涉及知识面较广，不仅包括各种电器及PLC的介绍、PLC 程序编写技能、电气控制系统硬件电路的搭建能力和系统的调试技巧，还涵盖了计算机和网络方面的相关知识。[1，2]南京工程学院（以下简称“我校”）是以工为主，以数控技术及机械自动化装备技术为特色的工程应用型本科院校，其自动化（数控技术）专业是江苏省特色专业，专业设置的“电气控制与PLC”课程于2011年通过校级精品课程建设立项。经过两年的精品课程建设，课程组从课程体系与教学内容优化、教学方法和教学手段及实践教学等多个环节进行了探索与实践。[3]
一、电气控制与PLC的应用现状
近年来随着计算机技术、电子技术的不断发展，以PLC、现场总线、HMI及新型传动驱动为技术特征的电气控制系统在工厂自动化生产、机械自动化装置等领域的应用程度不断提高，这在客观上增大了对电气控制及PLC 应用人才的需求。南京工程学院自动化（数控技术）专业2009届、2010届毕业生就业量最多的前两个行业分别是电气设备制造业，其就业比例为23%；工业成套设备制造业，其就业比例为19%。就业量最大的前三个职业分别是：电气工程技术员、电气工程师、电气技术员，共占就业比例为33%。[3]图1给出了南京工程学院自动化专业2009届、2010届毕业生就业量最大的前三个职业的比例示意图。
在对应用人才需求的同时，也对大学生在产品设计能力、产品维修能力及和技术创新能力等方面也提出了更高要求。但实际情况是，有较多的毕业生在这方面的能力比较欠缺，无法满足用人单位的需求，形成了毕业生就业难，用人单位却找不到适合人才的现象。这表明既往的教学在教学内容、课程考核体系及实习与实践环节还存在改进之处；对培养工程应用人才所需要的学习方法、科学分析等基本工作能力培养方面还有不足。根据文献[3]中教学最需要改进的地方可以发现，往届的毕业生中比较多的人选择调动学生学习兴趣、实习和实践环节及课程内容几个方面。
鉴于上述存在的问题，课程组从“电气控制与PLC”的课堂教学开始，以工程项目为载体，对课程教学进行改革，最大程度激发学生的学习热情，培养学生的综合实践能力，以满足社会对工程应用人才日益增长的要求。
二、课程体系与教学内容优化
课程体系是课程建设的核心，将直接影响人才培养质量。按照“重视基础、反映现代、趋向前沿、综合交叉”的课程建设与内容体系优化原则，把精品课程建设纳入到整个专业教学的课程体系建设中，形成课程模块，建立理论基础、专业设计、专业标准和规范，及电气控制与PLC的综合设计实训三位一体的教学体系。
教学内容以工程技术为导向，工程项目为载体，提高案例在教学中的比重。专业课的教学，知识面一定要宽，但不一定要非常深。因为教了西门子S7的200系列，还有300、400系列，学了三菱的FX，还有A系列、Q系列，此外还有其他厂家、其他型号的PLC。所以应当准确定位“电气控制与PLC”课程在自动化专业人才培养过程中的地位和作用，正确处理该门课程建设与相关系列课程建设的关系，突出电气控制与PLC的共性技术，强化基本理论体系，而削减那些孤立的、繁琐的细节内容。确保课程教学内容的先进性，及时反映本学科领域的最新科研成果。
“电气控制与PLC”为自动化学院的自动化专业两个方向和测控技术与仪器专业学生共同的专业课程，在强调共性的同时，不能忽视三个专业（或方向）各自的特点，如针对自动化专业的学生，重点介绍自动化生产线、自动化生产装备的电气控制和PLC应用的内容，而对数控技术方向的学生突出数控机床的电气控制，测控技术与仪器专业则加强针对PLC的现场总线控制方面内容。为此，根据不同专业方向，制订了不同的教学大纲，理论学时、实验学时及课程内容都有所不同。表1给出了我院自动化不同专业方向的电气控制与PLC课程的教学与实验教学的学时分配情况。
三、教学方法与教学手段改革
1.理论教学
课程建设主要围绕培养学生的工程实践能力和工程设计能力，在教学过程中，始终贯彻“基于工程技术，以工程项目为载体，理论与实践相结合”的基本思路。整个教学过程有针对性的采用案例分析、启发式、交互式、逆向式、分组讨论和角色扮演等不同的教学方法，形成一套科学的教学、实践体系。比如在分析一个复杂的电气控制系统时，请多个同学扮演不同的电器，根据工况由学生表述该电器的动作状态，所有同学都需要关注系统的工况，并实时做出反应，要求学生做到灵敏、准确、可靠。而在工程实例学习中，学生可以担任工艺人员设计人员、施工人员和工程经理，这样可以完成工艺要求、性能的提出、系统设计、安装调式、进度和成本管理等工程项目的各环节。
在教学过程中突出学生主题意识，充分发挥学生的主观能动性。一方面课堂所传授的知识远远不能满足实际需要，另一方面积极学习也是职业所需要基本工作能力。课程组通过学校精品课程教学网站，建立了较为全面的教学资源库，包括主要的课件、试题库、仿真模型及程序、典型电路、设计实例和工业自动相关网站的链接，为学生开辟了第二课堂。 2.实践教学
“电气控制与PLC 技术“是一门实践性较强的技术专业课程，迫切需要将理论和实践结合起来，并进一步加强实践环节。文献[4]指出我校自动化2009届、2010届平均有31%的学生认为实习和实践环节不够，其中75%的毕业生认为最需要加强专业实习。但由于客观条件的限制，能为大学生提供专业对口的专业实习机会并不多。为此，课程组对照工程人才的标准，培养会设计、能分析的工程技术人员，并加强职业道德及社会责任感教育，依托我校和西门子公司共建的西门子先进自动化联合示范实验中心及学院的电气控制与PLC、现场总线实验室，建立了有课程实验、课程设计、实习、毕业设计和大学生创新实验等多层次多方面的实践环节。
学生除了完成教学大纲要求的基本实验外，根据不同的要求，还要完成课程设计、课程实习。课程组对课程设计与实习课题进行修订，突出实用型，以工程项目为背景。在课程考核中，强调设计图纸规范、清洁、整齐，图形符号、文字符号和有关说明、标准符合国家有关制图标准。比如，数控技术卓越班的同学要完成为期3周的课程实习，在课程实习阶段要学习S7-300PLC的硬件组态、软件编程，掌握触摸屏和变频器的应用，最后完成基于PLC、触摸屏和变频器的工程实践设计。
此外，课程组还设计了电气控制实验装置和基于PLC高速输入口的温度检测、转速检测的PLC接口模块，为学生提供了多层次的实训平台。图2为学生自行开发的PLC实验接口模块原理图，该模块包括LM2596构成的DC-DC电路。将PLC的24V电源变换为5V，为模块的其他电路提供电源；此外有AD590和LM331实现温度检测、信号调理及压频转换，将温度信号转换为频率信号提供给PLC高速计数口；由CD4511构成了译码锁存电路，通过PLC的输出口显示检测的数值。
课程组成员结合自身承担的横向课题，确定了多个和电气控制相关的课题。以2012年为例，课程组老师指导与PLC相关的毕业设计课题32项。通过高度贴近实际工程的毕业设计，使学生可以从事电气工作的能力大大提高，为他们以后的工作奠定了很好的基础。
对部分学有余力的学生，还鼓励他们参加大学生科技创新活动，学生可通过独立选题、自由立项等方式申报可以创新项目。此外学校还定期举办PLC编程大赛。通过这些实践教学，使学生树立起正确的设计思想，掌握电气控制与PLC设计的基本方法和技能，培养分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。
四、结语
综上所述，通过电气控制与PLC精品课程的建设，完善和优化了教学内容，建立了比较丰富的教学资源库，构建了多层次的实验和实习的平台，逐步形成了一个以基于以工程项目为载体的，以社会需求为导向的，以培养大学生生实践能力、工程应用能力和创新意识为目的的教学与实验体系。
参考文献：
[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天科技大学出版社，2010.
[2]侯世英，冯彩绒，孙韬.基于CDIO 的“可编程控制器应用技术”教学改革[J].电气电子教学学报，2012，（34）：15-16，41.
[3]刁小燕，黄永红.“PLC原理及应用”精品课程建设的探索[J].电气电子教学学报，2012，35（3）：36-37.
[4]麦可思数据有限公司.南京工程学院自动化专业的社会需求与培养质量深度分析[R].2011.
关键词：电气控制与PLC；精品课程；教学改革
作者简介：赵涛（1965-），男，江苏丰县人，南京工程学院自动化学院，教授；张永号（1962-），男，陕西西安人，南京工程学院自动化学院，副教授。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系南京工程学院2011年精品课程（项目编号：JG201117）、南京工程学院教学改革项目（项目编号：JG201311）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0101-02
“电气控制与PLC”是将软件知识和硬件电路设计融合的课程，具有很强的实践性和应用性。课程涉及知识面较广，不仅包括各种电器及PLC的介绍、PLC 程序编写技能、电气控制系统硬件电路的搭建能力和系统的调试技巧，还涵盖了计算机和网络方面的相关知识。[1，2]南京工程学院（以下简称“我校”）是以工为主，以数控技术及机械自动化装备技术为特色的工程应用型本科院校，其自动化（数控技术）专业是江苏省特色专业，专业设置的“电气控制与PLC”课程于2011年通过校级精品课程建设立项。经过两年的精品课程建设，课程组从课程体系与教学内容优化、教学方法和教学手段及实践教学等多个环节进行了探索与实践。[3]
一、电气控制与PLC的应用现状
近年来随着计算机技术、电子技术的不断发展，以PLC、现场总线、HMI及新型传动驱动为技术特征的电气控制系统在工厂自动化生产、机械自动化装置等领域的应用程度不断提高，这在客观上增大了对电气控制及PLC 应用人才的需求。南京工程学院自动化（数控技术）专业2009届、2010届毕业生就业量最多的前两个行业分别是电气设备制造业，其就业比例为23%；工业成套设备制造业，其就业比例为19%。就业量最大的前三个职业分别是：电气工程技术员、电气工程师、电气技术员，共占就业比例为33%。[3]图1给出了南京工程学院自动化专业2009届、2010届毕业生就业量最大的前三个职业的比例示意图。
在对应用人才需求的同时，也对大学生在产品设计能力、产品维修能力及和技术创新能力等方面也提出了更高要求。但实际情况是，有较多的毕业生在这方面的能力比较欠缺，无法满足用人单位的需求，形成了毕业生就业难，用人单位却找不到适合人才的现象。这表明既往的教学在教学内容、课程考核体系及实习与实践环节还存在改进之处；对培养工程应用人才所需要的学习方法、科学分析等基本工作能力培养方面还有不足。根据文献[3]中教学最需要改进的地方可以发现，往届的毕业生中比较多的人选择调动学生学习兴趣、实习和实践环节及课程内容几个方面。
鉴于上述存在的问题，课程组从“电气控制与PLC”的课堂教学开始，以工程项目为载体，对课程教学进行改革，最大程度激发学生的学习热情，培养学生的综合实践能力，以满足社会对工程应用人才日益增长的要求。
二、课程体系与教学内容优化
课程体系是课程建设的核心，将直接影响人才培养质量。按照“重视基础、反映现代、趋向前沿、综合交叉”的课程建设与内容体系优化原则，把精品课程建设纳入到整个专业教学的课程体系建设中，形成课程模块，建立理论基础、专业设计、专业标准和规范，及电气控制与PLC的综合设计实训三位一体的教学体系。
教学内容以工程技术为导向，工程项目为载体，提高案例在教学中的比重。专业课的教学，知识面一定要宽，但不一定要非常深。因为教了西门子S7的200系列，还有300、400系列，学了三菱的FX，还有A系列、Q系列，此外还有其他厂家、其他型号的PLC。所以应当准确定位“电气控制与PLC”课程在自动化专业人才培养过程中的地位和作用，正确处理该门课程建设与相关系列课程建设的关系，突出电气控制与PLC的共性技术，强化基本理论体系，而削减那些孤立的、繁琐的细节内容。确保课程教学内容的先进性，及时反映本学科领域的最新科研成果。
“电气控制与PLC”为自动化学院的自动化专业两个方向和测控技术与仪器专业学生共同的专业课程，在强调共性的同时，不能忽视三个专业（或方向）各自的特点，如针对自动化专业的学生，重点介绍自动化生产线、自动化生产装备的电气控制和PLC应用的内容，而对数控技术方向的学生突出数控机床的电气控制，测控技术与仪器专业则加强针对PLC的现场总线控制方面内容。为此，根据不同专业方向，制订了不同的教学大纲，理论学时、实验学时及课程内容都有所不同。表1给出了我院自动化不同专业方向的电气控制与PLC课程的教学与实验教学的学时分配情况。
三、教学方法与教学手段改革
1.理论教学
课程建设主要围绕培养学生的工程实践能力和工程设计能力，在教学过程中，始终贯彻“基于工程技术，以工程项目为载体，理论与实践相结合”的基本思路。整个教学过程有针对性的采用案例分析、启发式、交互式、逆向式、分组讨论和角色扮演等不同的教学方法，形成一套科学的教学、实践体系。比如在分析一个复杂的电气控制系统时，请多个同学扮演不同的电器，根据工况由学生表述该电器的动作状态，所有同学都需要关注系统的工况，并实时做出反应，要求学生做到灵敏、准确、可靠。而在工程实例学习中，学生可以担任工艺人员设计人员、施工人员和工程经理，这样可以完成工艺要求、性能的提出、系统设计、安装调式、进度和成本管理等工程项目的各环节。
在教学过程中突出学生主题意识，充分发挥学生的主观能动性。一方面课堂所传授的知识远远不能满足实际需要，另一方面积极学习也是职业所需要基本工作能力。课程组通过学校精品课程教学网站，建立了较为全面的教学资源库，包括主要的课件、试题库、仿真模型及程序、典型电路、设计实例和工业自动相关网站的链接，为学生开辟了第二课堂。 2.实践教学
“电气控制与PLC 技术“是一门实践性较强的技术专业课程，迫切需要将理论和实践结合起来，并进一步加强实践环节。文献[4]指出我校自动化2009届、2010届平均有31%的学生认为实习和实践环节不够，其中75%的毕业生认为最需要加强专业实习。但由于客观条件的限制，能为大学生提供专业对口的专业实习机会并不多。为此，课程组对照工程人才的标准，培养会设计、能分析的工程技术人员，并加强职业道德及社会责任感教育，依托我校和西门子公司共建的西门子先进自动化联合示范实验中心及学院的电气控制与PLC、现场总线实验室，建立了有课程实验、课程设计、实习、毕业设计和大学生创新实验等多层次多方面的实践环节。
学生除了完成教学大纲要求的基本实验外，根据不同的要求，还要完成课程设计、课程实习。课程组对课程设计与实习课题进行修订，突出实用型，以工程项目为背景。在课程考核中，强调设计图纸规范、清洁、整齐，图形符号、文字符号和有关说明、标准符合国家有关制图标准。比如，数控技术卓越班的同学要完成为期3周的课程实习，在课程实习阶段要学习S7-300PLC的硬件组态、软件编程，掌握触摸屏和变频器的应用，最后完成基于PLC、触摸屏和变频器的工程实践设计。
此外，课程组还设计了电气控制实验装置和基于PLC高速输入口的温度检测、转速检测的PLC接口模块，为学生提供了多层次的实训平台。图2为学生自行开发的PLC实验接口模块原理图，该模块包括LM2596构成的DC-DC电路。将PLC的24V电源变换为5V，为模块的其他电路提供电源；此外有AD590和LM331实现温度检测、信号调理及压频转换，将温度信号转换为频率信号提供给PLC高速计数口；由CD4511构成了译码锁存电路，通过PLC的输出口显示检测的数值。
课程组成员结合自身承担的横向课题，确定了多个和电气控制相关的课题。以2012年为例，课程组老师指导与PLC相关的毕业设计课题32项。通过高度贴近实际工程的毕业设计，使学生可以从事电气工作的能力大大提高，为他们以后的工作奠定了很好的基础。
对部分学有余力的学生，还鼓励他们参加大学生科技创新活动，学生可通过独立选题、自由立项等方式申报可以创新项目。此外学校还定期举办PLC编程大赛。通过这些实践教学，使学生树立起正确的设计思想，掌握电气控制与PLC设计的基本方法和技能，培养分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。
四、结语
综上所述，通过电气控制与PLC精品课程的建设，完善和优化了教学内容，建立了比较丰富的教学资源库，构建了多层次的实验和实习的平台，逐步形成了一个以基于以工程项目为载体的，以社会需求为导向的，以培养大学生生实践能力、工程应用能力和创新意识为目的的教学与实验体系。
参考文献：
[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天科技大学出版社，2010.
[2]侯世英，冯彩绒，孙韬.基于CDIO 的“可编程控制器应用技术”教学改革[J].电气电子教学学报，2012，（34）：15-16，41.
[3]刁小燕，黄永红.“PLC原理及应用”精品课程建设的探索[J].电气电子教学学报，2012，35（3）：36-37.
[4]麦可思数据有限公司.南京工程学院自动化专业的社会需求与培养质量深度分析[R].2011.