发布时间：2023-03-29 09:21:40
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[关键词]可编程序控制器（PLC） 培养 工程 能力
[中图分类号] G712 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）14-0037-02
一、引言
“卓越工程师教育培养计划”旨在改变目前高校人才培养和企业需求脱节的现象，建立高校和企业间的制度化联系。针对“卓越工程师培养计划”，全国各地高校进行了相应的改革，PLC课程从理论到实践各个环节都做出相应的改革，旨在促进学生各方面工程能力的提高。
二、PLC课程概述
针对“卓越工程师培养计划”，PLC课程内容进行了改革，包括继电器接触器控制部分、S7-200PLC控制部分和S7-300/400PLC控制部分，每一部分都与一项工程实践课程相对应。PLC课程所涉及内容是工业控制自动化技术的一个重要方向，与相关实践课程内容结合紧密，学好PLC要树立终身学习的信念，注重理论与实践相结合，以工程应用为目的。
PLC课程的特点有：PLC课程实践性强，理论课与实践课程结合紧密；PLC课程内容紧跟工程实际，新技术、新元件层出不穷；PLC课程与学生毕业设计联系密切，毕业论文题目越来越多；PLC课程与学生就业方向高度相关，是学生将来工作应用的主要技术。
三、工程能力的培养
（一）设计能力的培养
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图1 PLC理论知识与实践环节及设计能力的关系图
PLC理论知识与实践环节及设计能力的关系图如图1所示。以PLC课程为核心，整合相关的实践课程包括电气控制与电器装配工程实践、PLC控制工程实践和工业自动化项目设计等实践课程。PLC课程三部分知识与三个实践课程内容相对应。
PLC控制系统综合应用PLC技术、电机控制技术、检测技术、电力电子技术等先进技术，设计能力具体体现在以下两个方面：
1.硬件设计能力
硬件设计能力包括系统方案选择、系统原理框图设计、系统网络规划与设计、硬件原理图设计、硬件计算与选型、安装接线图设计、元件实际位置图设计、控制面板设计和控制柜工艺设计等设计项目。在理论课程教学过程中，针对上述设计项目进行相关知识贮备。积累了相关知识之后，在实践环节中进行锻炼，可使学生更有信心和能力地完成设计工作。PLC设计不单纯完成控制功能，PLC设计内容更多方面与安全、环保和质量息息相关。PLC硬件电路中安全保护和控制是同等重要的，没有安全保证的电路对于控制来说毫无意义，设计中必须为设备安全和产品安全考虑。节能环保是国家未来发展战略，新型PLC产品在这方面也增加了相关设计。
2.软件设计能力
软件设计能力包括控制系统程序规划、系统程序流程设计、主程序设计、功能子程序设计、中断设计和组态设计等。在程序设计过程中必须会应用STEP-7编程软件，在组态设计过程中必须会应用WinCC。上述2项设计能力要有一个循序渐进的过程，要让学生们从传统的继电器接触器控制系统过渡到PLC控制系统，从S7-200PLC小系统渐渐地过渡到S7-300/400PLC工业自动化网络大系统。在工业自动化生产的大背景下，让学生知道将来自己走上工作岗位面对的不只是单台生产机械，工作中面对的更多是网络化的控制系统，这也是当今工业自动化发展的必然趋势。
（二）动手能力的培养
动手能力包括实验设备操作能力、程序仿真调试能力和控制柜制作能力。
1.实验设备操作能力
PLC课程实验是针对S7-200PLC和S7-300PLC两种PLC的综合设计性实验，学生根据实验课题要求进行方案设计与选择，确定好控制方案后进行硬件和软件设计。硬件设计必须在现有实验条件下进行，这就要求学生根据现有条件进行设计，最大限度地满足实验要求。实验台上的PLC、触摸屏、电动机、变频器和传感器等器件，学生可根据实验要求选择相应器件，不仅限于一个实验台，必要时可对多个实验台上的器件进行选择应用。这样实验接线复杂了，2台或3台步进电机控制程序设计上多样性和复杂性也增强了，这样既锻炼了学生的动手能力，又锻炼了学生的编程能力。
2.程序仿真调试能力
PLC控制程序仿真调试方面灵活性更大些，现有的仿真软件可以更好地满足设计要求。S7-200仿真软件专门针对于S7-200PLC，PLCSIM专门针对于S7-300/400PLC控制程序仿真。这两种仿真软件图形界面形象，仿真功能强大，在不需要PLC硬件情况下可完成大部分程序的仿真工作。这样增强了实验的灵活性和可操作性，学生可不局限于实验设备而进行大胆的设计，大大提高了学生软件设计能力。
3.控制柜制作能力
控制柜制作工艺通过多媒体教学方式对学生进行相关知识传授，待学生有了感性认识之后，在相关实践环节中加入简单的控制柜制作训练。图2是电机正反转控制电气接线图和位置图。只有真正理解原理图、接线图和位置图三者的关系，才能做好电气控制柜的工艺设计，才能制作出适合工程应用的控制柜。
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（1）接线图 （2）位置图
图2 电气原理图、接线图和位置图
（三）绘图能力的培养
设计出的各种草图最终要应用专业绘图软件绘制成标准的图纸。应用AutoCAD绘制结构示意图、硬件原理图、元件位置图、安装接线图、控制面板图和控制柜结构图。学生绘图能力关系图如图3所示，完成一个完整的PLC控制系统设计工作要学会绘制十多种图。设计中常用Visio绘制结构示意图、系统框图、工艺流程图和程序流程图。WinCC绘制组态界面图，STEP-7绘制程序梯形图，程序仿真图由PLCSIM来完成。学生绘图能力的提高对其将来走上工作岗位是非常有利的，大学毕业生工作之初大多是从最基本的绘图工作开始的。
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图3 绘图能力关系图
四、结论
随着科学技术的不断发展，现代工程问题的综合性与复杂性也不断增强。工程专业文化精神的渗透是基于工程教育观念的一种实质性转变。本科层次工程师的培养目标是胜任在现场从事产品的生产、营销和服务或工程项目的施工、运行和维护。本科层次培养的未来工程师应能完全胜任生产一线的各项工作。本文探讨了PLC课程教学过程中如何与“卓越工程师培养计划”相结合，使学生具备一定的设计能力、动手能力和绘图能力，进而能够达到“卓越工程师教育计划”对学生一般性工程能力的要求。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 林健.“卓越工程师教育培养计划”学校工作方案研究[J].高等工程教育研究，2010，（5）：25-27.
[2] 高雪梅，潘丰.卓越工程师培养模式初探[J].贵州社会科学，2011，（11）：108-110.
[3] 吴文辉.论卓越工程师的工程精神和工程意识[J].长春理工大学学报（社会科学版），2011，（7）：125-127.
科学研究作为发展科学技术重要的支撑点，在科技进步中发挥着举足轻重的作用。在刚召开的党的十中提出：科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。深化科技体制改革，加快建设国家创新体系，着力构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。
在我国的经济体制由计划经济向市场经济转变的今天，高等教育的教学管理模式也发生着变化，高等教育现在在全面贯彻党的教育方针的同时，已经由原来的学校完全承包，向以就业为导向的方向发展，已经逐渐走向一条产学研结合发展的道路。随着科学技术的不断发展，社会对人才的需求更具合理性和前瞻性，特别是知识的应用能力、应变能力和创新能力等综合实力，提出更高的要求。这样高等教育的培养目标就由原来单纯以学习课本为重，转向要求学生既有一定专业理论基础，又有胜任现代化生产工作的能力。因此，实践教学在学生培养过程中就显得十分重要。
毫无疑问，实践教学是大学生创新的有效途经。可以把教师的科研项目列入实践教学活动中，启发学生的科研创新意识。如让学生参与教师的科研项目，使学生了解科研的过程、方式方法、数据处理方法、论文写作方法等。[1]本文将探讨如何使科研激活实践教学，促进产学研相结合，开拓学生创新思维。
一、构建科学的实践教学体系
实践教学体系是培养学生实践能力、创新意识与创新能力的整体教学组织与训练过程，也是考查学生掌握基本理论、基本技能的主要途径，是实现专业培养目标十分重要的教育教学环节。[2]高等教育的实践教学体系包含多种类型的课程设置。例如实验教学、课程设计、金工实训、生产实习、毕业实习和毕业设计等，都属于实践教学的范畴。表1为高校实践课程教学体系。
1.实验教学
实验教学是从最基础的理论知识入门，通过仪器设备的使用操作，对数据或图像进行分析，验证理论知识的来源与正确性，随着学习的不断深入，再逐步开设综合性的实验。如机械原理零件实验、刀具实验、金相热处理实验等基础实验，随着学习的不断深入，再进一步完成机、电、气综合与创新性实验等。从而帮助学生更好地理解和掌握理论基本知识，对仪器设备操作基本技能，培养创新思维能力。实验教学是实践教学的基础。
2.课程设计
课程设计是学完某一门专业基础课或专业课后进行的一项专门化实践性训练，主要目的在于培养学生利用本门课程的知识及已学的知识，综合应用完成某一课题的设计。如工艺夹具设计、刀具设计、机床设计、零件设计和电路设计等。初步培养学生设计思维的方法及应用知识的能力。
3.金工实习
金工实习是工科院校必开的一门实践课程，他属于基础金工实习。学生在学完金属工艺学与机械制图课程后进行，也可在金工实习过程中完成该门课程的教学。通过实习，了解金属加工过程的方法和设备，掌握冷加工和热加工操作的基本技能。在实习中，可将后续相关的知识，适时适量介绍，对专业知识初步了解。同时，还可以到各种类型的企业参观考察，观察社会了解市场，扩大视野端正专业思想。
4.生产实习
生产实习是一门综合性的实践教学课程，是在专业课程大都已学完的基础上进行的。走出学校的课堂深入到企业生产的现场。针对某一机械产品考察制造全过程，运用所学的知识，进行分析对比，研究总结，如到内燃机制造企业进行实践，把在课堂学到的理性认识融会到感性认识中。
5.毕业设计与毕业实习
毕业设计与毕业实习，应强化学生实践能力的培养，是实践教学的核心。这是进入社会前的一次大练兵，也是教育质量的大检验。持续一学年的毕业设计选题至关重要，应是融技术性与实用性为一体，融创新意识与创新实践为一体。具体做法：一是与科研课题相结合，如大客车整车强度测试；二是充分利用现有实验设备，如利用FISTO气动实验装置，设计机电自动控制回路；三是对实验设备进行技术改造，如对机械原理机构示教板改进自动控制装置；四是结合生产实际进行科研开发，如汽车发电机壳体压铸模具设计等。学生在指导教师的带领下，结合生产实际或科研课题，充分调动人的主观能动性，运用设计新理念和方法，进行创新设计取得良好效果。[3]
表1 高校实践课程教学体系
二、把“产学研”和实践教学结合起来，开拓学生创新思维
产学研合作教育对于高校提升科研水平、企业技术进步、增强地区和国家核心竞争力都具有重要作用和意义，是贯彻落实科学发展观、转变经济发展方式的重大战略举措。[4]高校人才联合培养是产学研合作的形式之一，其主要方式包括：大学、科研机构与企业通过设置人才培养专项基金、大学教授和研究人员担任企业顾问、大学生在企业实习、企业人员在大学或科研机构进行培训等多种方式在人力资本层面进行交流与互动。[5]
大学生的创新活动是在学习实践过程中的创新，同时也是在掌握了基础知识、相关专业领域研究成果后的创新，这使得他们的创新不仅要有个人价值，而且要在专业领域中具有一定的社会价值。创新活动的价值衡量具有双重标准，对于应用型工科大学生，应以社会标准为主，偏重于创新活动的结果，偏重于创新的产品。因为创新能力培养的关键在于创新主体要有强烈的自我意识和积极的实践探索。在没有投入创造性社会实践之前，人的“才能”只是一种“潜能”，只有通过创造性实践这一“中介”，方可得到进一步的提高，只有在不断的摸索中才能培养创新能力。在台湾本科教学中，每一门课程的教学中，实践教学就占有大半时数，每一单元时间内的教学，都包含有理论教学和实践教学，在动脑和动手过程中，提升大学生创新思维。
1.“产学研”项目和实验环节相结合
实验教学在人才培养方面具有课堂理论教学不可替代的作用，实验室作为高校人才培养的重要阵地在培养高素质创新人才中应发挥其重要的作用。因此，我们将科研方法引入实验教学中，将学科建设取得的科研成果和开发的新技术、新方法不断引入实验教学中，保持实验教学方法与手段的不断更新。并通过设置探索性实验项目来模拟科研全过程，实现实验教学与科学研究新技术、新方法训练的有机结合。
工科类专业在探索性实验课程中，只给出若干思路，实验前，学生不一定知道实验结果，由学生根据实验条件和研究目标，自行查阅相关资料，设计实验方案、实验内容和步骤、实验数据参数，独立进行实验操作，书写实验报告，并对出现的可能结果给予一定的解释。尽管学生在实验的最后结果中不一定达到要求，但是通过综合训练，使学生对科研的基本方法和程序有一个清楚的认识和体验，有效调动了学生的主动性，既提高了学生的动手能力，又使学生养成了自主式、合作式、研究式、开放式的学习方式。如开放性实验，完全由学生自己设计实验方案，自主管理实验过程，自主完成实验，从而使实验教学成为科研与教学的最佳结合点。例如工业自动化应用课程利用实验室电气动实验开发平台，结合实验题目要求，自己设计、搭线、编程、调试等软硬结合过程。
2.“产学研”项目和实习实训相结合
实习实训是一门融理论与实践综合性很强的课程，在整个学生的培养过程中起到了一定的作用。我们要重视对学生动手能力、工程实践能力的培养，增强学生将所学基础知识综合运用于工程实际的能力、独立工作的能力、分析问题的能力及创造能力。
例如现代机械制造加工中心需要机械手完成不同的任务，这个就可以为学生的实习实训提供选题，学生自己对课题进行分析、设计，自己动手编程、调试、安装、并最后调试完成一个机械手加工系统，对设计过程中涉及到相关课堂教学内容，必须加以理解和消化，最终提交的是机械手能完成的任务和设计报告。这样学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对机械传动、电子电路、电子元器件等方面的知识综合应用，同时在单片机编程、排错调试、机构运动、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。为了促进“产学研”项目和实习实训相结合，我们先后和多家企业建立了长期、稳定的校企合作。
3.“产学研”项目和毕业设计相结合
毕业设计与毕业实习，是时间最长最具综合性与创新性的实践，是实践教学的核心。工科专业学生的毕业实习与毕业设计时间长达近半年，是学生走向工作岗位的最后一个重要的教学环节，如果淡化工程意识，假题假做，由书本到图样可能对发挥学生的创造力极为不利。为了促进“产学研”项目和毕业设计相结合，我们具体采取了以下方法：
（1）利用生产中的真实题目或参与指导教师的实际课题研究，提前布置毕业设计题目。以毕业论文课题研究等形式参与科研活动，在科研实践培养创新精神以及分析和解决问题的能力方面，实现了以科研促进教学的理想效果。[6]
（2）利用工厂待解决的技术问题，让学生走出去，到工厂做毕业设计。由于受教师手头的真实题目的限制，不可能所有的同学都在学校做真题目，我们通过与科研机构和生产单位的结合，即产学研结合，让同学们到工厂去，到科研机构去，根据具体情况安排毕业设计题目。这样做，不仅发展了生产也培养了技术人才，发挥了学生的创造能力。
三、以“工程测试”为例，探索“产学研”提升大学生实践创新能力
利用科研项目将实验、实习实训、毕业设计等串联起来，把各个实践环节紧密联系在一起又起着承上启下的作用。激活大学生参加实践的积极性，加强培养综合运用能力。
测试技术是获取信息、分析和处理测量数据的关键技术与手段，是从事科学研究、产品质量检验与自动控制不可缺少的工具。[7]本人在学校主要承担《机械工程测试技术》实验教学，并在这几年负责工程测试的一些科研项目，例如：2008年在厦门金龙联合汽车工业有限公司、2011年在东风杭州汽车有限公司作全承载整车强度测试。在这些科研项目完成的过程中，都与实践教学结合起来，开拓学生的创新思维，实现了科研成果与实践教学双丰收。
1.开设开放性实验，吸引学生加入到科研项目
由于《机械工程测试技术》实验项目与工程实际相结合，要求课时较长，另外实验相对正常，完成水平要高。我们选择以开放性实验对学生开放。把《机械工程测试技术》一系列实验连续起来，要求学生按照工程上测试的要求，把应变片粘贴好，并且对自己粘贴好的应变片作静态应变测量和动态应变测量。图1为学生在粘贴应变片，图2为粘贴好的应变片。这样，学生完成这些实验后，就可以加入到全承载整车强度测试中。
2.学生到现场测试，丰富学生的实训实习
充分发挥工程测试科研项目的优势，鼓励学生积极参与科研项目中的一些工作。无论是2008年在厦门金龙联合汽车工业有限公司，还是2011年在东风杭州汽车有限公司作全承载整车强度测试，都有不少学生加入到测试。图3是正在作整车测试的客车，图4为学生在现场测试。由于科研课题多与工程应用紧密结合，解决生产实际问题，任务本身具有挑战性，学生在参与科研的过程中，可切身体会到理论与实践结合的价值，激发起他们内在学习动机，应用所学知识解决实际问题。[8]
3.测试项目为学生毕业设计课题提供来源
多年来，我们都高度重视学生毕业设计等实践性教学环节，强化学生实践能力的培养，形成了良好的传统和特色。大学生所完成的这些工程测试项目，可以直接为他们的毕业设计提供选题来源。通过强化过程管理，保证了毕业设计（论文）的教学质量。这对培养大学生创新精神和实践能力方面有示范作用。图5为大学生以某大客车测试为毕业设计题目所采集处理的数据。
四、“产学研”融合实践教学取得的成果
（1）提高学生的动手能力。通过加强实验教学，开展有效的工程实验环节，将有助于学生有效地掌握所学知识，缩短从理论知识到实际应用的时间。实验教学能很好地培养学生的专业兴趣，有利于增强其创新意识，提高实际应用能力，培养学生成为满足社会需求的创新人才。
