《電氣控制與PLC》課程培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的研究

王茜

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校 廣東 廣州 510435）

《電氣控制與PLC》課程培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的研究

王茜

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校 廣東 廣州 510435）

《電氣控制與PLC》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)在機(jī)電、自動(dòng)化專業(yè)的靈活應(yīng)用。學(xué)生學(xué)知識是為了用知識，即用所學(xué)的知識來解決各種各樣的問題。本文通過問題及問題解決性質(zhì)的闡述，說明了問題解決的一般模式，提出了在《電氣控制與PLC》課程中培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的一般方法。

電氣控制與PLC；問題解決；心理定勢，功能固著

《電氣控制與PLC》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)在機(jī)電、自動(dòng)化專業(yè)的靈活應(yīng)用。學(xué)生學(xué)知識是為了用知識，即用所學(xué)的知識來解決各種各樣的問題。企業(yè)普遍認(rèn)為職業(yè)學(xué)校學(xué)生不缺乏吃苦耐勞的精神，最缺乏的是問題解決的能力，即綜合職業(yè)能力中的關(guān)鍵能力。因此，在職業(yè)院校教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力更應(yīng)占重要地位，盡管在所有的解決問題的過程中都會運(yùn)用知識，但并不是所有運(yùn)用知識的過程都是在解決問題，這就涉及教師對問題性質(zhì)和問題解決方法的把握。

問題解決的性質(zhì)

什么是問題？問題即情境，是個(gè)體想做某件事，但不能馬上知道所需采用的一系列行為。我們已有的知識和經(jīng)驗(yàn)完全能夠直接解答的問題不是真正的問題，真正的問題沒有現(xiàn)成的答案和解法。這就需要教師在教學(xué)環(huán)節(jié)中提出真正的問題。

什么是問題解決？即在問題情境中超越過去所學(xué)原理簡單運(yùn)用而產(chǎn)生一個(gè)解決方案。當(dāng)常規(guī)或自動(dòng)化的反應(yīng)不適應(yīng)當(dāng)前的情境時(shí)，問題解決就發(fā)生了。它需要把簡單原理（包括概念）重新組合，以適用于當(dāng)前情境。

比如常見的幾種控制電路改錯(cuò)訓(xùn)練：

圖1 控制電路改錯(cuò)訓(xùn)練圖

（a）圖考查自鎖控制；（b）圖考查電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；（c）圖考查電氣互鎖控制；（d）考查點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)轉(zhuǎn)換控制。

以上都是通過練習(xí)鞏固學(xué)習(xí)新知識。

若給出設(shè)計(jì)情境：第1臺電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)5s后第2臺自行啟動(dòng)，第2臺運(yùn)行5s后第1臺停止，同時(shí)第3臺啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，第3臺運(yùn)轉(zhuǎn)5s后電動(dòng)機(jī)全部停止。學(xué)生也只應(yīng)用順序控制與時(shí)間繼電器的知識就能設(shè)計(jì)電路。

設(shè)計(jì)金屬與非金屬分撿控制電路：已學(xué)過電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路和接近開關(guān)的用途，未學(xué)過電感式接近開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)、原理、接線圖，這就是一個(gè)問題，它的解決過程不能利用已知條件直接完成，必須把接近開關(guān)和其他一些已學(xué)過的機(jī)械、電氣知識綜合運(yùn)用才能完成。

由此可見問題解決的過程具有的特征：親自獨(dú)立地解決新問題，所遇到問題是初次遇到。如果一個(gè)問題已經(jīng)解答過許多遍，就只能算練習(xí)、復(fù)習(xí)或操練；必須將以前的知識重新組織才能完成，僅是照學(xué)過的原理就能解答，則只是一個(gè)原理和概念的具體化過程，不算問題解決；問題一旦解決，學(xué)生的能力將有所變化，能獲得新的高級規(guī)則，且在以后的問題解決或?qū)W習(xí)中可直接加以運(yùn)用。因此，問題解決是一種高級形式的學(xué)習(xí)。

問題解決的過程與模式

問題解決的學(xué)習(xí)能使學(xué)生獲得知識及關(guān)于知識的信念，能形成邏輯的、科學(xué)的、創(chuàng)造性的思維，認(rèn)識到教材上知識的實(shí)踐價(jià)值。學(xué)生在問題解決過程中可形成探索性地研究問題的心向，并獲得探索經(jīng)驗(yàn)。教師可通過一定的訓(xùn)練幫助學(xué)生建立問題解決的模式，培養(yǎng)其綜合職業(yè)能力。問題解決的一般過程如圖2所示：

圖2 問題解決的一般過程圖

理解并表征問題 并不是當(dāng)前面臨的所有信息和已知條件對解決問題都是必不可少的或是有用的，有些甚至起干擾和迷惑作用。要整理所有有用的信息，完成對問題情境的正確理解，在理解的基礎(chǔ)上對問題形成最有效的表征。對一個(gè)問題情境，可有多種表征方式，有些可能會妨礙問題的順序解決，或使問題情境復(fù)雜化。例如，用PLC、變頻器設(shè)計(jì)7段速度的恒壓供水系統(tǒng)：2臺水泵，用水高峰時(shí)，1臺工頻全壓運(yùn)行，1臺變頻運(yùn)行；用水低谷時(shí)，只1臺變頻運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器的7段調(diào)速來控制，7段速度與變頻器的控制端子有相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系。在這個(gè)問題中，變頻器控制端子STF、STR及PID設(shè)定是無關(guān)條件，不涉及電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，也不是真正意義的恒壓，而是分段恒壓，必須加以識別。在理解問題時(shí)，學(xué)生常把變頻器中RL、RM、RH理解為低、中、高速，因此陷入復(fù)雜的其余4個(gè)速度怎么獲得的困境中。而實(shí)際上能理解變頻器7段調(diào)速是由變頻器控制端子來選擇，而怎樣選擇？把7段速度進(jìn)行二進(jìn)制編碼（23），選擇控制端子的信號通過PLC的輸出繼電器Y1、Y2、Y3來控制變頻器RL、RM、RH的通斷，這樣問題變得十分簡單。學(xué)生走錯(cuò)方向，主要受閱讀問題時(shí)自然發(fā)生形象表征的影響。在實(shí)際問題解決中，學(xué)生常一看問題就很快明白問題，這主要是因?yàn)樗麄冾^腦中已有的相應(yīng)圖式被迅速激活，自然會聯(lián)想出一個(gè)頓悟的解決方案，直接進(jìn)入嘗試解答的階段，如果沒有現(xiàn)成的圖式可循，就需進(jìn)入尋求解答的階段。

尋求解答的階段 即算法式和啟發(fā)式。算法就是解答問題所采取的一步步類同的程序。如利用順控程序編程，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，對于每個(gè)順序控制，只要清楚找出所有工作狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就可以順利完成。啟發(fā)式中手段目的分析法：將解答目標(biāo)分成許多子目標(biāo)，使問題轉(zhuǎn)化為若干個(gè)小問題，通過尋求每個(gè)小問題的解答而獲得對問題的最終解決。如分析鏜床控制電路，先分析它有幾種運(yùn)動(dòng)形式及相應(yīng)的控制要求，后分析電氣控制線路，而控制線路中先分析主電路，再分析低/高速正反轉(zhuǎn)控制、制動(dòng)、變速，最后是進(jìn)給變速控制及快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制。逆向反推法：從問題的目標(biāo)狀態(tài)開始，反過來推到問題的已知條件或初始狀態(tài)，如設(shè)計(jì)控制電路和PLC程序調(diào)試就是反向逆推法中的一種。類比法：從與問題情境類似的其他問題的解答辦法中得到啟發(fā)，尋求問題的解答，如由彩燈循環(huán)點(diǎn)亮順序控制找到十字路口交通燈控制系統(tǒng)的控制思路。

嘗試某種解答的階段 在執(zhí)行解答方案時(shí)，學(xué)生常會犯錯(cuò)誤。學(xué)生常有邏輯地或很有規(guī)律地犯“聰明的”錯(cuò)誤。比如利用PLC多路輸出和進(jìn)/出棧指令時(shí)，學(xué)生總是把多路輸出與棧指令運(yùn)用情況混淆。因此，教師對學(xué)生在解答中出現(xiàn)的錯(cuò)誤僅做一般性的提醒，或是把學(xué)習(xí)習(xí)慣與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)做歸因，可能是不夠的。

評價(jià)結(jié)果階段 執(zhí)行完解答方案之后，還應(yīng)對解決問題的過程和結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和評價(jià)，以確認(rèn)該辦法是否有效，結(jié)論是否可靠。

影響問題解決能力培養(yǎng)的因素

問題情境設(shè)置的合理性 教師給出的問題情境刺激與學(xué)生知識結(jié)構(gòu)所形成的差異越大，越不利于問題的有效表征，也就越難解決問題。如開始進(jìn)入PLC學(xué)習(xí)時(shí)，引入正反轉(zhuǎn)控制電路轉(zhuǎn)換成PLC指令的問題。若控制電路圖不同，PLC指令就不一樣。（a）和（b）實(shí)現(xiàn)的控制是一樣的，但（a）圖編寫指令表時(shí)會涉及多路輸出指令，這對剛學(xué)習(xí)PLC基本指令時(shí)有很大難度，（b）圖只需簡單的單觸點(diǎn)串聯(lián)即可，較容易實(shí)現(xiàn)。

圖3 控制電路圖

心理定勢 學(xué)生在過去經(jīng)驗(yàn)的影響下，解決問題時(shí)具有一定傾向性。職校學(xué)生很習(xí)慣教師四階段教學(xué)法，消極的心理定勢使學(xué)生解決問題的方法固定化，一旦教師不采用此方法教學(xué)，學(xué)生根本無從下手解決問題。

功能固著 即把某功能賦予某種元器件的傾向性。如按鈕用于接通或斷開控制電路，行程開關(guān)用于控制運(yùn)行方向及行程等等。在解決問題時(shí)，學(xué)生能否改變元器件固有功能適應(yīng)新問題情境的需要，常成為解決問題的關(guān)鍵。如程序調(diào)試，因受實(shí)訓(xùn)設(shè)備限制，程序運(yùn)用的接近開關(guān)不能提供，學(xué)生常會陷入到?jīng)]有這種接近開關(guān)怎么設(shè)計(jì)和調(diào)試程序的困擾中，其實(shí)只需用按鈕模擬接近開關(guān)觸點(diǎn)通/斷即可；又如學(xué)生能用光電開關(guān)檢測流水線上產(chǎn)品“有”的狀態(tài)，但對“無”產(chǎn)品經(jīng)過檢測又不知所措。

知識經(jīng)驗(yàn) 問題解決要依據(jù)有關(guān)的知識才能為問題的解決確定方向、選擇途徑和方法，因而學(xué)生知識經(jīng)驗(yàn)的積累也尤其重要。

培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的方法

培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑和問題解決的內(nèi)在動(dòng)機(jī) 教師根據(jù)教材設(shè)置的問題解決任務(wù)，基本類型都明確，學(xué)生（尤其是差生）把他們看成是無可奈何的任務(wù)，增加解決問題的心理阻力，不利于學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的樂趣和信心，學(xué)習(xí)變得被動(dòng)。成功教學(xué)創(chuàng)設(shè)的問題情境應(yīng)來源于生活，且貼合現(xiàn)代新信息、新技術(shù)的發(fā)展需求。例如十字路口交通燈、機(jī)械手、溫度控制程序設(shè)計(jì)，配上相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)模板，學(xué)生非常想嘗試自己設(shè)計(jì)的程序能達(dá)到什么效果。這樣，學(xué)生的興趣能較好地得到激發(fā)。

幫助學(xué)生正確表征問題，且能陳述自己的假設(shè)及其步驟 經(jīng)常訓(xùn)練學(xué)生從不同的角度，用不同的方式來表征問題是有好處的，學(xué)生可從中獲得對問題靈活的、有效的表征經(jīng)驗(yàn)。畫控制電路圖、列表、編寫梯形圖、寫指令表等都是常用的方式。學(xué)生能夠清楚地意識到自己的解題過程，就能自覺地對自己的解題過程和方法加以反思，明白自己理解上的錯(cuò)誤和偏差，也能理清自己的思路，有利于及時(shí)、正確地歸納和總結(jié)解題的經(jīng)驗(yàn)與方法，進(jìn)行自我指導(dǎo)和監(jiān)察。

幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題和對問題歸類的習(xí)慣 在分析的基礎(chǔ)上對不同的問題進(jìn)行歸類和組織，有利于獲得各種解決問題的方法。比如何時(shí)用步進(jìn)指令比基本指令簡單，步進(jìn)指令編程一般方法，溫度控制程序設(shè)計(jì)用什么方法等都有利于學(xué)生解決問題。

指導(dǎo)學(xué)生善于從記憶中提取信息 解決問題需要將已有知識、原理、經(jīng)驗(yàn)加以重新組織，因此要訓(xùn)練學(xué)生迅速地提取有關(guān)信息的能力。但要防止學(xué)生養(yǎng)成總是重復(fù)過去方法的做法，鼓勵(lì)他們從不同的角度、用新方法解決同類的問題。

毋庸置疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，既包括思維或認(rèn)知的成分，也涉及情緒和動(dòng)機(jī)成分，還有行為成分，這就要求教師更新教育觀念、改進(jìn)教學(xué)方法、鉆研教學(xué)技巧。

[1]簡銀蓮.培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力[J].湖南教育，2000，（17）.

[2]張聯(lián)朋.提高職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)能力的方法研究[J].機(jī)械職業(yè)教育，2007，（8）.

[3]阮友德.電氣控制與PLC[M].北京：人民郵電出版社，2009.

王茜（1977—），女，廣東廣州人，廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校電氣講師，主要從事電氣自動(dòng)化和數(shù)控電氣維修教學(xué)。

（本欄責(zé)任編輯：尚傳梅）

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1672-5727（2010）11-0088-02