6013A504电气控制与PLC（2018）
发布日期：2019-04-18 （点击次数：）
课程名称： |
电气控制与PLC |
课程编码： |
6013A504 |
总学时数： |
64 |
课内实践学时数： |
16 |
学 分： |
4 |
开课单位： |
电信学院 |
先修课程： |
电路、电机学 |
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适用专业对象： |
电气BG |
||
一、课程性质、目的和任务
《电气控制与PLC》课程是是电气工程及其自动化专业学生的必修专业课程，通过本课程学习，使学生能较系统地掌握工厂常用低压控制电器设备的结构、原理及应用、电气控制原理图的绘制原则和方法，掌握电气控制电路的设计原则和方法；常用的电气控制电路常见的电器故障的现象、产生的原因和处理方法等；掌握可编程控制器的组成、工作原理、基本指令、编程调试方法等，使学生具有分析和解决一些实际电气控制技术问题和工业生产过程中与可编程控制器相关的软、硬件问题的能力，为学生走向工作岗位奠定专业技术基础。主要支撑毕业要求1.3、2.2、2.3、3.1、3.2、4.1、4.2、4.3、5.2达成。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：
1、工程知识
掌握必要的电气控制基本知识，掌握可编程控制器的组成、工作原理、基本指令、编程调试方法，能够应用电气控制与PLC知识解决复杂工程技术问题。
2、问题分析
能够理解并恰当表述控制工程实际问题。能够找到合适的解决控制工程实际问题的方案与方法。在一定的限制条件下能够合理解决电气控制工程实际问题。
3、设计/开发解决方案
能够运用电气控制与PLC基本知识分析和解决一些实际电气控制技术问题和工业生产过程中与可编程控制器相关的软、硬件问题。
4、研究
能够采用电气控制与PLC基本知识进行研究并合理设计实验方案。
5、使用现代工具
熟练运用STEP7等仿真工具，进行PLC控制系统设计与仿真。
表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑
毕业要求指标点 |
课程目标 |
1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。 |
课程目标1：工程知识 掌握必要的电气控制基本知识，掌握可编程控制器的组成、工作原理、基本指令、编程调试方法，能够应用电气控制与PLC知识解决复杂工程技术问题。 |
2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要； 2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。 |
课程目标2：问题分析 能够理解并恰当表述控制工程实际问题。能够找到合适的解决控制工程实际问题的方案与方法。在一定的限制条件下能够合理解决电气控制工程实际问题。 |
3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。 3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。 |
课程目标3：设计/开发解决方案 能够运用电气控制与PLC基本知识分析和解决一些实际电气控制技术问题和工业生产过程中与可编程控制器相关的软、硬件问题。 |
4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。 4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。 4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。 |
课程目标4：研究 能够采用电气控制与PLC基本知识进行研究并合理设计实验方案。 |
5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。 |
课程目标5：使用现代工具 熟练运用STEP7等仿真工具，进行PLC控制系统设计与仿真。 |
二、教学内容及教学基本要求
第一章 电气控制技术的基础知识
1、教学要求
了解电气控制技术的基本概念。
理解电气控制技术的的特点和发展。
掌握电气控制技术的分类和主要技术指标。
第一节 概述
知识要点：电气控制技术的特点和发展。
第二节 常用低压电器的基本概念和分类
知识要点：电器、低压电器、高压电器和按照不同角度分类。
第三节 低压电器的主要技术参数
知识要点：额定电压、额定电流、通断能力和寿命。
本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。
第二章 常用低压电器
1、教学要求
了解常用低压电器的组成结构。
理解常用低压电器的工作原理。
掌握常用低压电器的图形符号和文字符号。
2、教学内容
第一节 常用低压电器的组成
知识要点：常用低压电器的组成包括三部分，感受部分、中间部分、执行部分
第二节 主令电器
知识要点：按钮、转换开关、行程开关、接近开关、光电开关
第三节 常用控制类电器
知识要点：接触器、中间继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、液位继电器、固态继电器。
第四节 常用保护类电器
知识要点：熔断器、热继电器、电流继电器、电压继电器。
第五节 常用开关类电器
知识要点：刀开关、低压断路器和智能化低压断路器
第六节 常用低压电器的维护
知识要点：触头的故障、电系统的维护、电流继电器、电压继电器。
第七节 低压电器的颜色及含义
知识要点：导线的颜色及含义、按钮的颜色及含义、指示灯的颜色及含义。
本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。
第三章 电气图的绘制
1、教学要求
了解电气控制线路的绘制原则。
理解国家标准中制定电气控制线路的图形、文字符号的含义。
掌握电气原理图，电气布置图和电气安装接线图的绘制原则和绘图方法。
2、教学内容
第一节 电气图中的图形符号和文字符号
知识要点：图形符号和文字符号绘制和含义。
第二节 接线端子标记
知识要点：接线端子标记的国家标准。
第三节 电气原理图
知识要点：电气原理图的组成，电气原理图的图幅分区，电气原理图的绘制
第四节 电气元件布置图
知识要点：电气元件布置图的绘制原则及绘制方法。
第五节 电气接线图
知识要点：电气元件接线图的绘制原则及绘制方法。
第六节 电气元件明细表
知识要点：电气元件明细表的绘制原则及绘制方法。
第七节 电气图的识图
知识要点：电气的识图的识图原则及识图方法。
本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。
第四章 继电器-接触器控制
1、教学要求
了解基本控制电路。
理解基本控制电路的电路原理图中主电路和控制电路的组成。
掌握基本控制电路的电路原理图的工作原理及功能。
2、教学内容
第一节 基本控制电路
知识要点：点动控制、连续控制、多地控制、正反转控制、自动往复控制，顺序控制等典型控制电路原理图的组成及工作原理。
第二节 三相异步电动机的全压起动
知识要点：直接全压起动，自动控制全压起动
第三节 三相笼型异步电动机降压起动
知识要点：定子串电阻降压起动，星角降压起动，自耦变压器降压起动，三相绕线式异步电动机起动。
第四节 调速控制
知识要点：变极调速，变频调速，变转差率调速
第五节 制动控制
知识要点：机械制动，能耗制动，反接制动。
本章教学时数：18学时，其中讲课12学时，实验6学时。
第五章 电气控制系统的分析与设计
1、教学要求
了解并矢与张量及其积分定理。
理解矢量场的通量与环量及积分定理，广义正交曲线坐标系中梯度、散度、旋度及拉普拉辛的表达式。
掌握矢量的代数运算、直角坐标系中标量场的梯度与拉普拉辛、矢量场的散度与旋度；单位圆法和常用坐标系中梯度、散度、旋度及拉普拉辛的运算。
2、教学内容
第一节 电气控制系统分析的内容和步骤
知识要点：电气控制系统分析的内容，分析的方法，分析的步骤。
第二节 电气控制系统设计的一般原则和基本内容
知识要点：一般原则和基本内容
第三节 电气控制原理电路的设计方法
知识要点：设计方法，一般要求，基本步骤
第四节 设计实例
知识要点：按照设计原则进行练习。
本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验0学时。
第六章 可编程控制器的工作原理
1、教学要求
了解并可编程控制器的组成。
理解可编程控制器的工作原理。
掌握可编程控制器的编程语言及程序结构。
2、教学内容
第一节 PLC控制系统的组成
知识要点：硬件系统、软件系统。
第二节 可编程控制器的工作原理
知识要点：可编程控制器的基本概念，等效电路，工作过程，中断处理。
第三节 可编程控制器的编程语言
知识要点：梯形图，指令表，功能块图
第四节 可编程控制器的程序结构
知识要点：线性化程序，结构化程序。
第五节 PLC控制系统设计
知识要点：举例设计PLC控制系统。
本章教学时数：10学时，其中讲课8学时，实验2学时。
第七章 S7-300PLC的指令系统及应用
1、教学要求
了解S7-300PLC的基本结构。
理解S7-300PLC指令结构和含义。
掌握S7-300PLC指令系统。
2、教学内容
第一节 S7-300PLC概述
知识要点：S7-300PLC基本构成、硬件配置，模块地址，矢量的混合积
第二节 S7-300PLC指令系统
知识要点：指令结构，操作数的表示方法，状态字结构及含义。
第三节 位逻辑指令
知识要点：位逻辑运算指令，位操作指令，位测试指令，触点串并联组合。
第四节 寻址方式
知识要点：立即寻址，直接寻址，存储器间接寻址，寄存器间接寻址。
第五节 定时器
知识要点：定时器指令的种类和特点，用法。
第六节 计数器
知识要点：计数器指令的种类和特点，用法。
第七节 数据处理指令
知识要点：数据处理指令的功能和特点，用法。
第八节 转换指令
知识要点：转换指令的功能特点，用法。
第九节 数据运算指令
知识要点：数据运算指令的功能，特点和用法。
第十节 控制指令
知识要点：控制指令的功能，特点和用法。
本章教学时数：22学时，其中讲课14学时，实验8学时。
《电气控制与PLC》课程内容及学时分配表 |
||||||
知识点 |
理论 学时 |
实验 学时 |
教学 目标 |
|||
序号 |
描述 |
序号 |
描述 |
|||
1 |
电气控制的基础知识 |
1 |
概述 |
2 |
0 |
1 |
2 |
常用低压电器的基本概念和分类 |
|||||
3 |
低压电器的主要技术参数 |
|||||
2 |
常用低压电器 |
1 |
常用低压电器的组成 |
6 |
0 |
1、2、4、 |
2 |
主令电器
|
|||||
3 |
常用控制类电器 |
|||||
4 |
常用保护类电器 |
|||||
5 |
常用开关类电器 |
|||||
6 |
常用低压电器的维护 |
|||||
7 |
低压电器的颜色及含义 |
|||||
3 |
电气图的绘制 |
1 |
电气图中的图形符号和文字符号 |
2 |
0 |
1、2、4、 |
2 |
接线端子标记 |
|||||
3 |
电气原理图 |
|||||
4 |
电气元件布置图 |
|||||
5 |
电气接线图 |
|||||
6 |
电气元件明细表 |
|||||
7 |
电气图的识图 |
|||||
4 |
继电器-接触器控制 |
1 |
基本控制电路 |
12 |
6 |
1、2、4、 |
2 |
三相异步电动机的全压起动 |
|||||
3 |
三相笼型异步电动机降压起动 |
|||||
4 |
调速控制 |
|||||
5 |
制动控制 |
|||||
6 |
实验1：三相异步电动机点动、连续控制与正反转控制 |
|||||
7 |
实验2：三相异步电动机星角降压启动控制 |
|||||
8 |
实验3：三相异步电动机顺序控制 |
|||||
5 |
电气控制系统的分析与设计 |
1 |
电气控制系统分析的内容和步骤 |
4 |
0 |
1、2、3 |
2 |
电气控制系统设计的一般原则和基本内容 |
|||||
3 |
电气控制原理电路的设计方法 |
|||||
4 |
设计实例 |
|||||
6 |
可编程控制器的工作原理 |
1 |
PLC控制系统的组成 |
8 |
2 |
1、2、3、4 |
2 |
可编程控制器的工作原理 |
|||||
3 |
可编程控制器的编程语言 |
|||||
4 |
可编程控制器的程序结构 |
|||||
5 |
PLC控制系统设计 |
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|
|
6 |
实验4：Step7编程软件的认识及硬件组态 |
|||
7 |
S7-300PLC的指令系统及应用 |
1 |
S7-300PLC概述 |
14 |
8 |
1、2、3、4、5 |
2 |
S7-300PLC指令系统 |
|||||
3 |
位逻辑指令 |
|||||
4 |
寻址方式 |
|||||
5 |
定时器 |
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6 |
计数器 |
|||||
7 |
数据处理指令 |
|||||
8 |
转换指令 |
|||||
9 |
数据运算指令 |
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10 |
控制指令 |
|||||
11 |
实验5：基本指令应用 |
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12 |
实验6：定时器指令应用 |
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13 |
实验7：计数器指令应用 |
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14 |
实验8：现场总线及应用 |
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|
总计 |
|
|
48 |
16 |
|
三、课内实践环节教学安排及要求
序号 |
教学内容 |
教学基本要求 |
学时 |
实验类型 |
备注 |
1 |
三相异步电动机点动、连续控制与正反转控制 |
熟悉点动与连续控制及正反转电路的原理；理解自锁和互锁的含义；掌握点动、连续控制及正反转电路的调试方法。 |
2 |
综合性 |
必修 |
2 |
三相异步电动机星角降压启动控制 |
熟悉星角降压启动控制的电路原理；理解时间控制的含义；掌握机星角降压启动控制电路的调试方法。 |
2 |
综合性 |
必修 |
3 |
三相异步电动机顺序控制 |
熟悉顺序控制的电路原理；理解顺序控制的含义；掌握顺序控制电路的调试方法。 |
2 |
验证性 |
必修 |
4 |
Step7编程软件的认识及硬件组态 |
了解PLC硬件配置；熟悉Step7软件编程环境；掌握硬件组态。 |
2 |
验证性 |
必修 |
5 |
基本指令应用 |
了解常用逻辑、运算指令的组成；熟悉逻辑、运算指令的含义；掌握逻辑、运算指令的应用 |
2 |
验证性 |
必修 |
6 |
定时器指令应用 |
了解定时器指令的组成；熟悉定时器指令的含义；掌握定时器指令应用。 |
2 |
验证性 |
必修 |
7 |
计数器指令应用 |
了解计数器指令的组成；熟悉计数器指令的含义；掌握计数器指令的应用。 |
2 |
验证性 |
必修 |
8 |
现场总线及应用 |
了解现场总线的含义；熟悉现场总线的作用；掌握现场总线的应用。 |
2 |
验证性 |
必修 |
注：实验类型是指验证性、综合性、设计性。
四、教学手段、方法建议
课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
本课程将以“控制系统建模及性能分析”为主线，主要介绍控制系统建模及性能分析的相关知识，重点培养学生应用自动控制原理基本知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力。
本课程采用国家“十二五”规划教材，结合学生个性特点，因材施教。本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料，调动学习积极性，提高教学效率。
本课程课堂教学流程如图1所示。
图1 电气控制与PLC课堂教学流程
本课程安排5次课外作业：
1、电机正反转电气图的绘制
2、基本控制电路的电路原理图中主电路和控制电路的画法
3、电气控制原理电路的设计方法
4、梯形图，指令表，功能块图的相互转化
5、PLC控制系统设计
五、考核内容及考核方式
本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要1.3、2.2、2.3、3.1、3.2、4.1、4.2、4.3、5.2所对应的课程目标的达成情况。
考核内容
1、常用低压电器元件内部结构组成、功能、用途，电气图形符号及选型方法。
2、典型电气控制线路原理图的绘制，并分析其工作过程。
3、电气控制线路基本环节及设计方法。
4、PLC的基本结构，工作原理，PLC的基本指令系统，常用编程方法。
5、PLC编程、仿真软件的使用方法。
6、PLC控制系统的设计方法和使用方法，电动机控制以及典型电气控制电路的应用。
1．考核方式：考试（√）；考查（）
2．成绩评定：
计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）
采用“N+2”考核模式
总评成绩构成：笔记考核（10）％；过程考核（40）%；结课考核（50）％
其中过程考核构成：考勤考纪（20）％；随堂测试（40）％；作业（20）％；实验（20）％等。
六、课程教学目标达成情况评价分析
1. 定量评价
需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。
2. 定性分析
需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：
（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；
（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。
七、建议教材及参考资料
建议教材：
《电气控制技术与PLC应用》，杨丽君主编，清华大学出版社，2018年版
参考资料：
1．《西门子S7-300系列PLC及应用软件Step7》，冯太合主编，华南理工大学出版
2．《可编程控制简明教程》，杨丽君主编，清华大学出版社，2010年版
3．《电气控制与PLC》，李向东主编，机械工业出版社，2005年版
4．《电机与电气控制》，何巨兰主编，机械工业出版社，2005年版
八、课程教学目标与毕业要求关系表
毕业要求 |
指标点 |
自动 控制 原理 |
1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的中的工程实际问题。 |
1.1 能够运用数学、自然科学和工程基础对电气工程领域相关工程问题进行识别、准确表达、分析或求解。 |
|
1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。 |
|
|
1.3 掌握电气工程领域的专业知识，并能用于解决电气工程及相关领域的中的工程实际问题。 |
H |
|
2．问题分析：能够应用数学、自然科学、工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程相关领域的工程实际问题，获得有效结论。 |
2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对电气工程相关领域的工程实际问题进行数学建模、求解或机理分析。 |
|
2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气系统运行维护、电气工程设计的需要。 |
M |
|
2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。 |
M |
|
3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程实际问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 |
3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。 |
M |
3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。 |
H |
|
3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 |
|
|
4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的工程实际问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。 |
4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。 |
M |
4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。 |
M |
|
4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。 |
L |
|
5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对工程实际问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。 |
5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。 |
|
5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。 |
M |
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5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。 |
|
|
6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。 |
6.1了解电气工程技术的发展现状与趋势，具有工程实习和社会实践的经历。 |
|
6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。 |
|
|
6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。 |
|
|
7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的工程实际问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。 |
7.1理解电气产品及工程项目运行对环境和社会可持续发展可能产生的影响。 |
|
7.2能够从经济效益、社会效益、利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。 |
|
|
7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。 |
|
|
8．职业规范：具有人文社会科学素养，社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。 |
8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。 |
|
8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。 |
|
|
8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。 |
|
|
9．个人和团队：能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。 |
9.1对企业运作的模式有认知能力。 |
|
9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。 |
|
|
9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。 |
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10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的工程实际问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。 |
10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。 |
|
10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。 |
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10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。 |
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11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。 |
11.1 具有电气工程项目经济和管理的一般知识。 |
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11.2 了解相关学科在项目应用中有关经济决策和管理的知识。 |
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11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。 |
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12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。 |
12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。 |
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12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。 |
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12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。 |
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八、大纲说明
需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。
执 笔 人：杨丽君
参加研讨人员：樊爱龙
审 核 人：关大陆
审 批 人：赵双元