應用型科技大學《電氣控制自動化》實驗教學模式探索

1、    應用型科技大學電氣控制自動化實驗教學模式探索    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)控制領域相關專業(yè)的應用型科技大學中占據著非常重要的位置，實驗是其中必不可少的部分。本文對課內實驗教學模式進行了探討，采用傳統實驗與虛擬實驗相結合的方法進行，同時對在線課程的實驗模式也進行了探討，通過實際的應用，取得了較好效果?！娟P鍵詞】應用型科技大學  傳統實驗  虛擬實驗  在線課程【基金項目】重慶市高等教育教學改革研究重點項目（項目編號：172032）。g42 a 2095-3089（2

2、019）51-0019-02應用型科技大學強調學生的動手能力，其本質強調應用，主要培養(yǎng)掌握科學的方法、擅長動手解決實際問題的具有高層次的專業(yè)技術型人才，教學模式以應用型為主，強調知識傳授與能力培養(yǎng)的有機結合。電氣控制自動化是涉及工業(yè)控制領域相關專業(yè)的一門非常重要的課程，在許多應用型科技大學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)，它關系著學生工程實踐能力的提升，在應用型科技大學中，教學中實驗模式的設計就顯得極為重要。一、實驗類型實驗按內容分為課內實驗和綜合實訓。一般而言，課內實驗較為簡單，主要是理論課程中基本原理的驗證、知識的較為簡單的應用;綜合實訓則是理論知識的綜合性應用，

3、往往實驗較為復雜，涉及到多門課程的綜合應用。這些實驗按實驗方式分為傳統實驗和虛擬實驗。二、傳統實驗的優(yōu)缺點電氣控制自動化這門課程包含了兩個部分內容，一個部分就是繼電器控制系統，另一個部分就是plc控制系統，作為一門理論課程，這兩個部分均有相關的課內實驗。對于繼電器-接觸器控制部分，傳統的實驗就是給出或者學生自行設計出繼電器-接觸器控制系統圖紙，然后圖紙采用導線連接成控制系統。由于線路連接是硬連接，需要用導線將電氣元件連接起來，學生能夠將理論與實際相結合，培養(yǎng)了學生的實際動手能力，使學生畢業(yè)后能很快適應相關工作崗位。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

4、時結束，學生還沒有完成簡單的、類似電動機正反轉難度的連接，并且連接完成的同學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，完全可以采用傳統實驗，對于交通燈、水塔水位控制、電梯升降控制等較為經典的控制系統，可以選擇設計2個學時的實驗。但是對于較為大型的復雜控制，由于課時限制，并不適合作為課內實驗，可以安排在綜合實訓中進行。這些實驗對于培養(yǎng)學生的工程實踐能力，是極為有利的。但是由于場地與經費的限制，許多高校實驗室組建的能夠進行plc控制系統實驗設備非常有限，學

5、生接觸到的控制對象較為單一，因此，傳統實驗并不能夠完全滿足學生深層次的plc控制系統設計的需要。三、虛擬實驗優(yōu)缺點虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實（又稱vr）等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環(huán)節(jié)的相關軟硬件操作環(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實驗由于學時、場地等限制，在繼電器-接觸器控制系統部分采用虛擬實驗非常合適。該部分內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、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，可供學生自己動手配置、連接和使用，其實驗效果等價

6、于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。plc控制系統中，課內實驗常常較為簡單，不涉及過大的控制系統，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出控制狀態(tài)。對于較為復雜的控制系統，實際控制時，要將plc程序寫入后與真實的控制對象進行連接，如傳送帶、機械手臂等，但是很多時候實驗室并不具備實物連接的條件。在實驗經費、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。學生可以采用inventor等軟件自行設計控制對象模型，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

7、，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雜的plc控制系統，由于控制對象可以自行設計，因此不存在控制對象的實物限制。但是虛擬實驗的直觀性、動手性較傳統實驗差。四、實驗教學模式的探索在進行實驗時，可以將傳統實驗與虛擬實驗進行結合。對于課內實驗，在繼電器-接觸器控制部分，學生必須要熟悉常用的低壓電器元件，所以應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、按鈕等等讓學生認識，這些必須是傳統的實驗認識項目。由于學時受限，其它的控制系統設計可以采用虛擬實驗方式進行。通過學生的實際操作，與傳統實驗方式進行對比，發(fā)現該種模式效果良好。傳統實驗方式由于設備及場地限制，不可能

8、每位學生配備一套設備，學生常常被分組，同一組中有部分學生缺乏主動性，同時由于設備限制，也不可能全部動手實驗，所以往往只有部分學生參與;虛擬實驗可以給學生每人配備一臺裝有實驗平臺軟件的電腦，保證每位學生參與，學生的參與性增加，并且修改設計容易，同時安全性增加，非常有利于調動學生的積極性。plc控制系統部分，課內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，可以放在綜合實訓中進行，這些實驗采用虛擬平臺，自行設計控制對象，對于學生的學習能力和綜合實踐能力非常有益。同時還需開設一個經典的plc

9、控制系統傳統實驗，目的不在于設計，而在于學生對控制系統的實物認識，以增強學生的動手能力。由于計算機網絡的飛速發(fā)展，知識在網上易于獲取，于是在線課程這一新型的教學模式逐漸普及起來。與傳統的課堂教學相比，在線課程具有資源共享性，學習的自主性，學習的協作性等優(yōu)點，在高校教學中應用非常廣泛。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教學模式的補充。在線課程的補充形式常常采用是教師進行傳統的理論知識講授完后，學生課后可以自行進入在線課程，進行理論知識的自學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

10、，這時，虛擬實驗的應用就顯得極為重要。對于在線課程而言，虛擬實驗能夠突破傳統實驗對“時、空”的限制，學生在家中、宿舍就能夠進行學習，無論是學生還是教師，都可以自由、無顧慮地進入虛擬實驗室，操作儀器，進行實驗，作為課后的復習及深入學習，虛擬實驗在提高教學質量方面，意義尤其重大。五、結論文中探討的電氣控制自動化實驗教學模式，將傳統實驗與虛擬實驗相結合，通過實際的應用表明，該模式可以很好地理論聯系實際，提高學生的學習積極性與主動性。對于應用型科技大學而言，在學時、經費、場地等不足的情況下，虛擬實驗方式具有相當的應用價值;對于開展在線課程的學科，作為補充，虛擬實驗也是相當重要的一個環(huán)節(jié)。文中所探討的實驗模式，對其它實踐性較強的課程具有一定的借鑒作用。參考文獻：1馬新宇.電氣自動化開放實驗教學平臺設計與應用j.科技視界，2017（34）：42-43.2朱娟娟.plc實驗教學改革探索研究j.河南教育（高教），2018（05）：71-73.3陳冬麗.虛擬仿真技術在plc實驗教學中的整合運用分析j.南方農機，2019（13）：182-183.4李