PLC課程教學(xué)中任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的應(yīng)用研究

曹吉花，李 彪，岳明道

宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州，234000

1 問題的提出

PLC作為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱之一，應(yīng)用越來越廣泛。凡是涉及工業(yè)控制的地方，都可以見到PLC的身影，無論是數(shù)字量還是模擬量，無論是過程控制還是狀態(tài)控制，都可以用PLC實(shí)現(xiàn)。PLC已成為自動(dòng)化控制的主流。

PLC課程作為一門應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，有其自身的特點(diǎn)，即知識(shí)覆蓋面廣，內(nèi)容豐富，既有工作原理又有編程指令。學(xué)生不僅要掌握PLC的基本內(nèi)容，更要能應(yīng)用PLC進(jìn)行工程控制。這就要求教師在教學(xué)過程中很好地組織教學(xué)，采取有效的教學(xué)方法，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的求知樂趣，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。目前，一些學(xué)者探討了項(xiàng)目教學(xué)法、行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法以及構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論在PLC課程教學(xué)的應(yīng)用，并取得許多研究成果。本文以構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，探討任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用，以期為PLC課程教學(xué)方法的革新提供參考。

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法與PLC課程教學(xué)分析

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[1-3]是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中[4]，在教師的幫助下，圍繞一個(gè)共同的活動(dòng)中心即任務(wù)，在強(qiáng)烈的問題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，積極主動(dòng)地應(yīng)用學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時(shí)，完成了實(shí)踐活動(dòng)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，讓學(xué)生主動(dòng)參與，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性。

雖然PLC課程內(nèi)容比較多，但是可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合[6]。比如，可以把指令分成基本邏輯指令、順序控制指令和功能指令，在基本邏輯指令內(nèi)容里，再細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，分成基本觸點(diǎn)指令和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令。針對(duì)不同的內(nèi)容，在教學(xué)過程中，提出一個(gè)個(gè)不同的任務(wù)，比如對(duì)于基本指令的內(nèi)容，教師可以布置學(xué)生完成電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)控制；對(duì)于定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令，教師可以布置學(xué)生完成交通燈、報(bào)警器等控制程序的設(shè)計(jì)；在學(xué)習(xí)完順序控制指令和功能指令后，可以讓學(xué)生完成水塔水位控制、運(yùn)料小車、自動(dòng)售貨機(jī)及電梯控制等系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。教師也可以把自己所承擔(dān)的科研項(xiàng)目，按照教學(xué)內(nèi)容要求分解成一個(gè)個(gè)任務(wù),要求學(xué)生完成項(xiàng)目時(shí)，不能簡(jiǎn)單地要求學(xué)生完成程序的設(shè)計(jì)，而是要求學(xué)生從實(shí)際的工程角度完成項(xiàng)目。

3 PLC課程教學(xué)中任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的應(yīng)用

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的核心是任務(wù)的設(shè)計(jì)，任務(wù)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中，所有的教學(xué)活動(dòng)都圍繞任務(wù)展開。一個(gè)好的任務(wù)應(yīng)具有可行性、有價(jià)值、情景化和可持續(xù)性等特征[5]。驅(qū)動(dòng)性任務(wù)是課堂教學(xué)的主線，師生都應(yīng)緊緊圍繞這個(gè)任務(wù)。下面以交流雙速電梯PLC控制程序設(shè)計(jì)、溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用為例，闡述“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”的實(shí)施過程。

3.1 結(jié)合工程實(shí)際，提出項(xiàng)目任務(wù)

PLC作為現(xiàn)代化的自動(dòng)控制裝置已普遍應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，是生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的智能控制設(shè)備。電梯在工業(yè)生產(chǎn)、建筑、商貿(mào)、樓宇自動(dòng)化等行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是PLC對(duì)數(shù)字量的控制，溫度監(jiān)測(cè)與控制是PLC對(duì)模擬量的控制，這兩個(gè)都是PLC教學(xué)中具有典型意義的實(shí)例，而且學(xué)生在教師的引導(dǎo)下可以完成這些任務(wù)，即該任務(wù)具有可行性；交流雙速電梯PLC控制程序設(shè)計(jì)、溫度監(jiān)測(cè)與控制都緊密聯(lián)系生產(chǎn)或生活實(shí)際，而且與課程教學(xué)目標(biāo)一致，因此這樣的驅(qū)動(dòng)性任務(wù)有價(jià)值、有意義，且有可持續(xù)性。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的核心是任務(wù)的設(shè)計(jì)，任務(wù)的設(shè)計(jì)直接影響學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力的發(fā)揮，從而影響任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的成敗。因此，教師設(shè)計(jì)的任務(wù)一定要目標(biāo)明確、切實(shí)可行。

3.2 分析項(xiàng)目要求，確定控制流程圖

在學(xué)習(xí)數(shù)字量控制指令后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)交流雙速電梯PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，明確主電路與控制電路，在查找資料的基礎(chǔ)上得知，交流雙速電梯PLC控制電路主要由電梯的啟動(dòng)、平層控制、電梯的換速控制、電梯的選向控制、樓層感應(yīng)電路的控制、轎內(nèi)指令及廳召喚電路的控制等七部分組成。在學(xué)習(xí)模擬量控制指令后，教師對(duì)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，溫度信號(hào)經(jīng)變送器變成0～5 V的電信號(hào)(對(duì)應(yīng)溫度為0℃～100℃)，送入EM235的4個(gè)模擬量輸入通道，PLC讀入4路溫度值后，取平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際溫度，若被測(cè)溫度超過允許的范圍，按控制算法運(yùn)算后，向被控系統(tǒng)送出控制信號(hào)?？刂瞥绦虻木帉懠词沁@一項(xiàng)目的任務(wù)。對(duì)雙速電梯的控制可以分成7個(gè)部分，每一部分作為一個(gè)任務(wù)布置給一組學(xué)生，并據(jù)此形成學(xué)生完成項(xiàng)目的任務(wù)單，學(xué)生拿到任務(wù)單后，分組討論，討論本項(xiàng)目中控制程序所應(yīng)完成的內(nèi)容，畫出控制程序的流程圖，然后由每一小組推薦一名思路清晰、編程能力較強(qiáng)的學(xué)生作為組長(zhǎng)，把本組學(xué)生的討論結(jié)果及控制程序的流程圖向老師匯報(bào)，并在聽取教師意見的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，根據(jù)流程圖繪出控制系統(tǒng)的功能圖。功能圖[7]是一種描述順序控制系統(tǒng)的圖形表示方法，是專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計(jì)的一種功能性說明語言。它能完整地描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性，是分析、設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)控制程序的重要工具，因此，要求學(xué)生必須完成具體任務(wù)的順序功能圖的設(shè)計(jì)。其實(shí)，畫功能圖也是程序設(shè)計(jì)的重要一步，學(xué)生只有思路清晰、控制目標(biāo)明確，才能畫出正確的流程圖。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法能否成功應(yīng)用于PLC教學(xué)也取決于學(xué)生能否正確地理解系統(tǒng)的控制要求及畫出切實(shí)可行的流程圖或順序功能圖。

3.3 完成控制程序的設(shè)計(jì)，完成任務(wù)

學(xué)生完成控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)后，要求學(xué)生選擇一種PLC編程語言，編寫出控制程序，利用S7-200PLC仿真軟件進(jìn)行仿真，結(jié)果正確后，再到實(shí)驗(yàn)室在PLC上連接好外圍電路，實(shí)際運(yùn)行控制程序，同時(shí)用電腦監(jiān)控程序的運(yùn)行。當(dāng)所有小組都完成自己的任務(wù)時(shí)，溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、基于PLC控制的雙速電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就完成了。最后討論，學(xué)生自我評(píng)價(jià)項(xiàng)目的實(shí)施情況，并及時(shí)總結(jié)自己在本項(xiàng)目的實(shí)施過程中所取得的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。通過實(shí)際動(dòng)手自己編寫驗(yàn)證控制程序，學(xué)生不僅能掌握PLC指令的使用，而且對(duì)PLC在工程實(shí)際中的應(yīng)用也有大致的了解。PLC是一門以應(yīng)用為主的課程，教學(xué)目的是讓學(xué)生能應(yīng)用PLC指令對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”學(xué)生能較快地掌握指令的使用，而且學(xué)習(xí)的興趣也得到了提高。

教師在這一階段，對(duì)于能獨(dú)立完成項(xiàng)目的所有學(xué)生都應(yīng)及時(shí)地給予鼓勵(lì)，對(duì)于能力欠佳的沒有獨(dú)立完成任務(wù)的學(xué)生，教師和學(xué)生一起分析原因，及時(shí)地給予幫助，并在后續(xù)的教學(xué)中多給予關(guān)注。

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