基于多媒體技術的可編程控制器項目式教學研究

田麗欣，戴彥

摘要：本文針對以往可編程控制器（PLC）課程中存在的教學形式單一以及因硬件資源有限造成課堂講解缺乏直觀性、生動性等缺點，提出基于多媒體技術的項目式教學法，并利用組態(tài)軟件制作項目演示動畫，應用于教學過程中，將枯燥的理論學習融于特定的項目情境中，以豐富課堂教學內容，提高學生學習興趣，加強對學生動手實踐能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：PLC；項目式教學；多媒體；組態(tài)軟件

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0237-02

一、引言

可編程控制器（PLC）廣泛應用于現代工業(yè)控制中，如各種生產線、機床控制等，是實現工業(yè)自動化的主要手段之一。目前，可編程控制器是電氣工程及自動化等相關專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發(fā)展快，并且因與生產實際和工程應用結合緊密，是一門綜合性和實踐性很強的課程。

目前，國內高校由于硬件資源的限制，現場教學條件較差，多采用傳統(tǒng)教學法，即以課堂和教師講解為主。課程內容從基礎知識開始，介紹PLC的硬件結構和指令系統(tǒng)，PLC的程序設計方法，到PLC控制系統(tǒng)設計。教學過程中與工程實例結合較少，尤其在講解基本指令和編程方法時學生覺得抽象不易懂，教學效果不佳，學生學習興趣并不高。如果將基本指令應用和程序設計方法的講解穿插到工程項目實例中，讓學生在實際情境中去領會指令的應用以及編程方法，即將枯燥的理論知識和實際相結合，既可以提高學生學習的積極性，又利于學生對知識的理解和掌握，培養(yǎng)學生的工程項目設計和開發(fā)能力。

二、項目設計

課堂項目式教學法即以項目作為主線，給出具體控制任務，由學生設計實施方案并由教師逐步引導，最終完成元器件的選擇、PLCI/O分配、硬件接線圖設計、軟件編程以及程序調試等環(huán)節(jié)。通過該教學過程學生能在實際工程背景下循序漸進地領會PLC指令及應用，掌握PLC控制系統(tǒng)設計過程，并通過分析和解決調試過程中出現的問題提高學生發(fā)現問題和解決問題的能力，從而提高學生的工程實踐能力。

項目式教學法的關鍵就是選擇并設計好項目，以能有效地將相應理論知識融于其中。我校教學采用S7-200系列PLC，根據教學內容和教學要求，筆者歸納總結了八個學習項目。該八個項目涵蓋了工業(yè)控制領域PLC常用技術。項目設計如圖1所示。

八個項目由簡單到復雜，層層遞進，將理論知識與實踐操作融為一體。通過這八個項目的教學過程，既能讓學生掌握PLC的基本概念，掌握PLC常用編程指令和編程方法，又能對相關工業(yè)控制過程了解和熟悉。

其中項目一：工作臺的自由往返運動控制是學習PLC的入門基礎，通過PLC代替繼電器控制實現電機正反轉控制。該項目可以使學生理解運用PLC實施控制的整個過程，PLC控制與繼電器控制的區(qū)別和聯系，掌握PLC硬件接線以及基本I/O指令包括觸點指令和線圈指令的原理及編程應用。項目二：十字路口交通燈控制主要學習定時器指令。通過該項目理解定時器指令的工作原理，掌握定時器指令的編程應用尤其是典型控制電路閃爍電路的原理及應用以及實現循環(huán)控制應注意的事項：即如何實現對使用的定時器復位再啟動。項目三：產品自動裝箱生產線主要訓練學生對計數器指令的編程及應用。項目四：通過對液體混合裝置的控制使學生掌握順序功能圖的繪制方法以及將其轉化成梯形圖的方法，理解作為轉換條件按鈕和開關的區(qū)別和處理方法。通過項目五機械手的控制使學生掌握多種工作方式的編程方法，難點是掌握如何實現自動模式下單步、單周期以及循環(huán)方式的轉換。項目六是模擬量的PID控制，采用模擬量輸入輸出端子，可通過內部PID功能指令或編程實現PID控制。項目七是變頻器控制，通過該項目掌握PLC控制變頻器實現對電機調速的方法。項目八通過實現對四層電梯控制，訓練學生對具有復雜邏輯關系的編程和調試能力，進一步強化對PLC實現變頻調速的理解和應用。

通過以上八個項目的教學，學生不僅能掌握PLC常用理論知識，也能熟悉一個PLC控制系統(tǒng)的設計過程，以將所學知識構成一個完整的體系。

三、項目教學法實施過程

以項目為載體組織教學，將學習過程融合在項目設計與實現的訓練中，每項目均采用任務分析、硬件設計、程序設計、調試、運行五步展開教學。針對每一項目利用多媒體技術制作演示課件，采取任務驅動方式循序漸進展開五步教學。在教學過程中由教師提出設計任務、分析工作流程，并引導學生思考項目涉及的知識點，包括編程需用到的指令以及硬件實現注意問題等。通過任務分析使學生明確學習內容和目標，提高學生學習的積極性。之后由教師和學生互動討論以引導學生完成硬件設計包括PLC的I/O分配、繪制電氣原理圖，并進一步由教師介紹程序結構和編程思想，以啟發(fā)學生思維最終完成控制程序的編寫。教師引導學生針對編程過程中容易出現的問題進行修改、調試，最終通過組態(tài)軟件和PLC結合進行項目演示，以使學生能直觀地了解項目的整個運行過程，克服因教學硬件資源有限造成的課程內容枯燥乏味。

四、實施效果

通過項目式教學，將理論知識由淺入深融于項目情境中，理論與實際相結合。在教學過程中，運用多媒體技術以動畫的形式展示教學內容，啟發(fā)學生思維，大大提高了學生的學習興趣，使學生由被動學習變主動學習，提高了學習效果，強化了學生對知識的掌握程度，拓寬了學生的知識面，從而提高了學生的綜合技能。

參考文獻：

[1]丁金林，王峰.CDIO在PLC教學改革中的應用[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2013，（3）.

[2]陳銳，等.基于工作過程的PLC教學方法改革[J].黑龍江科技信息，2011，（6）.

[3]康志亮，等.可編程控制器課程改革與實踐[J].中國農機化，2011，（7）.

作者簡介：田麗欣（1982-），女，河北保定人，研究生，唐山學院，講師，研究方向：自動化。endprint

摘要：本文針對以往可編程控制器（PLC）課程中存在的教學形式單一以及因硬件資源有限造成課堂講解缺乏直觀性、生動性等缺點，提出基于多媒體技術的項目式教學法，并利用組態(tài)軟件制作項目演示動畫，應用于教學過程中，將枯燥的理論學習融于特定的項目情境中，以豐富課堂教學內容，提高學生學習興趣，加強對學生動手實踐能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：PLC；項目式教學；多媒體；組態(tài)軟件

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0237-02

一、引言

可編程控制器（PLC）廣泛應用于現代工業(yè)控制中，如各種生產線、機床控制等，是實現工業(yè)自動化的主要手段之一。目前，可編程控制器是電氣工程及自動化等相關專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發(fā)展快，并且因與生產實際和工程應用結合緊密，是一門綜合性和實踐性很強的課程。

目前，國內高校由于硬件資源的限制，現場教學條件較差，多采用傳統(tǒng)教學法，即以課堂和教師講解為主。課程內容從基礎知識開始，介紹PLC的硬件結構和指令系統(tǒng)，PLC的程序設計方法，到PLC控制系統(tǒng)設計。教學過程中與工程實例結合較少，尤其在講解基本指令和編程方法時學生覺得抽象不易懂，教學效果不佳，學生學習興趣并不高。如果將基本指令應用和程序設計方法的講解穿插到工程項目實例中，讓學生在實際情境中去領會指令的應用以及編程方法，即將枯燥的理論知識和實際相結合，既可以提高學生學習的積極性，又利于學生對知識的理解和掌握，培養(yǎng)學生的工程項目設計和開發(fā)能力。

二、項目設計

課堂項目式教學法即以項目作為主線，給出具體控制任務，由學生設計實施方案并由教師逐步引導，最終完成元器件的選擇、PLCI/O分配、硬件接線圖設計、軟件編程以及程序調試等環(huán)節(jié)。通過該教學過程學生能在實際工程背景下循序漸進地領會PLC指令及應用，掌握PLC控制系統(tǒng)設計過程，并通過分析和解決調試過程中出現的問題提高學生發(fā)現問題和解決問題的能力，從而提高學生的工程實踐能力。

項目式教學法的關鍵就是選擇并設計好項目，以能有效地將相應理論知識融于其中。我校教學采用S7-200系列PLC，根據教學內容和教學要求，筆者歸納總結了八個學習項目。該八個項目涵蓋了工業(yè)控制領域PLC常用技術。項目設計如圖1所示。

八個項目由簡單到復雜，層層遞進，將理論知識與實踐操作融為一體。通過這八個項目的教學過程，既能讓學生掌握PLC的基本概念，掌握PLC常用編程指令和編程方法，又能對相關工業(yè)控制過程了解和熟悉。

其中項目一：工作臺的自由往返運動控制是學習PLC的入門基礎，通過PLC代替繼電器控制實現電機正反轉控制。該項目可以使學生理解運用PLC實施控制的整個過程，PLC控制與繼電器控制的區(qū)別和聯系，掌握PLC硬件接線以及基本I/O指令包括觸點指令和線圈指令的原理及編程應用。項目二：十字路口交通燈控制主要學習定時器指令。通過該項目理解定時器指令的工作原理，掌握定時器指令的編程應用尤其是典型控制電路閃爍電路的原理及應用以及實現循環(huán)控制應注意的事項：即如何實現對使用的定時器復位再啟動。項目三：產品自動裝箱生產線主要訓練學生對計數器指令的編程及應用。項目四：通過對液體混合裝置的控制使學生掌握順序功能圖的繪制方法以及將其轉化成梯形圖的方法，理解作為轉換條件按鈕和開關的區(qū)別和處理方法。通過項目五機械手的控制使學生掌握多種工作方式的編程方法，難點是掌握如何實現自動模式下單步、單周期以及循環(huán)方式的轉換。項目六是模擬量的PID控制，采用模擬量輸入輸出端子，可通過內部PID功能指令或編程實現PID控制。項目七是變頻器控制，通過該項目掌握PLC控制變頻器實現對電機調速的方法。項目八通過實現對四層電梯控制，訓練學生對具有復雜邏輯關系的編程和調試能力，進一步強化對PLC實現變頻調速的理解和應用。

通過以上八個項目的教學，學生不僅能掌握PLC常用理論知識，也能熟悉一個PLC控制系統(tǒng)的設計過程，以將所學知識構成一個完整的體系。

三、項目教學法實施過程

以項目為載體組織教學，將學習過程融合在項目設計與實現的訓練中，每項目均采用任務分析、硬件設計、程序設計、調試、運行五步展開教學。針對每一項目利用多媒體技術制作演示課件，采取任務驅動方式循序漸進展開五步教學。在教學過程中由教師提出設計任務、分析工作流程，并引導學生思考項目涉及的知識點，包括編程需用到的指令以及硬件實現注意問題等。通過任務分析使學生明確學習內容和目標，提高學生學習的積極性。之后由教師和學生互動討論以引導學生完成硬件設計包括PLC的I/O分配、繪制電氣原理圖，并進一步由教師介紹程序結構和編程思想，以啟發(fā)學生思維最終完成控制程序的編寫。教師引導學生針對編程過程中容易出現的問題進行修改、調試，最終通過組態(tài)軟件和PLC結合進行項目演示，以使學生能直觀地了解項目的整個運行過程，克服因教學硬件資源有限造成的課程內容枯燥乏味。

四、實施效果

通過項目式教學，將理論知識由淺入深融于項目情境中，理論與實際相結合。在教學過程中，運用多媒體技術以動畫的形式展示教學內容，啟發(fā)學生思維，大大提高了學生的學習興趣，使學生由被動學習變主動學習，提高了學習效果，強化了學生對知識的掌握程度，拓寬了學生的知識面，從而提高了學生的綜合技能。

參考文獻：

[1]丁金林，王峰.CDIO在PLC教學改革中的應用[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2013，（3）.

[2]陳銳，等.基于工作過程的PLC教學方法改革[J].黑龍江科技信息，2011，（6）.

[3]康志亮，等.可編程控制器課程改革與實踐[J].中國農機化，2011，（7）.

作者簡介：田麗欣（1982-），女，河北保定人，研究生，唐山學院，講師，研究方向：自動化。endprint

摘要：本文針對以往可編程控制器（PLC）課程中存在的教學形式單一以及因硬件資源有限造成課堂講解缺乏直觀性、生動性等缺點，提出基于多媒體技術的項目式教學法，并利用組態(tài)軟件制作項目演示動畫，應用于教學過程中，將枯燥的理論學習融于特定的項目情境中，以豐富課堂教學內容，提高學生學習興趣，加強對學生動手實踐能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：PLC；項目式教學；多媒體；組態(tài)軟件

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0237-02

一、引言

可編程控制器（PLC）廣泛應用于現代工業(yè)控制中，如各種生產線、機床控制等，是實現工業(yè)自動化的主要手段之一。目前，可編程控制器是電氣工程及自動化等相關專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發(fā)展快，并且因與生產實際和工程應用結合緊密，是一門綜合性和實踐性很強的課程。

目前，國內高校由于硬件資源的限制，現場教學條件較差，多采用傳統(tǒng)教學法，即以課堂和教師講解為主。課程內容從基礎知識開始，介紹PLC的硬件結構和指令系統(tǒng)，PLC的程序設計方法，到PLC控制系統(tǒng)設計。教學過程中與工程實例結合較少，尤其在講解基本指令和編程方法時學生覺得抽象不易懂，教學效果不佳，學生學習興趣并不高。如果將基本指令應用和程序設計方法的講解穿插到工程項目實例中，讓學生在實際情境中去領會指令的應用以及編程方法，即將枯燥的理論知識和實際相結合，既可以提高學生學習的積極性，又利于學生對知識的理解和掌握，培養(yǎng)學生的工程項目設計和開發(fā)能力。

二、項目設計

課堂項目式教學法即以項目作為主線，給出具體控制任務，由學生設計實施方案并由教師逐步引導，最終完成元器件的選擇、PLCI/O分配、硬件接線圖設計、軟件編程以及程序調試等環(huán)節(jié)。通過該教學過程學生能在實際工程背景下循序漸進地領會PLC指令及應用，掌握PLC控制系統(tǒng)設計過程，并通過分析和解決調試過程中出現的問題提高學生發(fā)現問題和解決問題的能力，從而提高學生的工程實踐能力。

項目式教學法的關鍵就是選擇并設計好項目，以能有效地將相應理論知識融于其中。我校教學采用S7-200系列PLC，根據教學內容和教學要求，筆者歸納總結了八個學習項目。該八個項目涵蓋了工業(yè)控制領域PLC常用技術。項目設計如圖1所示。

八個項目由簡單到復雜，層層遞進，將理論知識與實踐操作融為一體。通過這八個項目的教學過程，既能讓學生掌握PLC的基本概念，掌握PLC常用編程指令和編程方法，又能對相關工業(yè)控制過程了解和熟悉。

其中項目一：工作臺的自由往返運動控制是學習PLC的入門基礎，通過PLC代替繼電器控制實現電機正反轉控制。該項目可以使學生理解運用PLC實施控制的整個過程，PLC控制與繼電器控制的區(qū)別和聯系，掌握PLC硬件接線以及基本I/O指令包括觸點指令和線圈指令的原理及編程應用。項目二：十字路口交通燈控制主要學習定時器指令。通過該項目理解定時器指令的工作原理，掌握定時器指令的編程應用尤其是典型控制電路閃爍電路的原理及應用以及實現循環(huán)控制應注意的事項：即如何實現對使用的定時器復位再啟動。項目三：產品自動裝箱生產線主要訓練學生對計數器指令的編程及應用。項目四：通過對液體混合裝置的控制使學生掌握順序功能圖的繪制方法以及將其轉化成梯形圖的方法，理解作為轉換條件按鈕和開關的區(qū)別和處理方法。通過項目五機械手的控制使學生掌握多種工作方式的編程方法，難點是掌握如何實現自動模式下單步、單周期以及循環(huán)方式的轉換。項目六是模擬量的PID控制，采用模擬量輸入輸出端子，可通過內部PID功能指令或編程實現PID控制。項目七是變頻器控制，通過該項目掌握PLC控制變頻器實現對電機調速的方法。項目八通過實現對四層電梯控制，訓練學生對具有復雜邏輯關系的編程和調試能力，進一步強化對PLC實現變頻調速的理解和應用。

通過以上八個項目的教學，學生不僅能掌握PLC常用理論知識，也能熟悉一個PLC控制系統(tǒng)的設計過程，以將所學知識構成一個完整的體系。

三、項目教學法實施過程

以項目為載體組織教學，將學習過程融合在項目設計與實現的訓練中，每項目均采用任務分析、硬件設計、程序設計、調試、運行五步展開教學。針對每一項目利用多媒體技術制作演示課件，采取任務驅動方式循序漸進展開五步教學。在教學過程中由教師提出設計任務、分析工作流程，并引導學生思考項目涉及的知識點，包括編程需用到的指令以及硬件實現注意問題等。通過任務分析使學生明確學習內容和目標，提高學生學習的積極性。之后由教師和學生互動討論以引導學生完成硬件設計包括PLC的I/O分配、繪制電氣原理圖，并進一步由教師介紹程序結構和編程思想，以啟發(fā)學生思維最終完成控制程序的編寫。教師引導學生針對編程過程中容易出現的問題進行修改、調試，最終通過組態(tài)軟件和PLC結合進行項目演示，以使學生能直觀地了解項目的整個運行過程，克服因教學硬件資源有限造成的課程內容枯燥乏味。

四、實施效果

通過項目式教學，將理論知識由淺入深融于項目情境中，理論與實際相結合。在教學過程中，運用多媒體技術以動畫的形式展示教學內容，啟發(fā)學生思維，大大提高了學生的學習興趣，使學生由被動學習變主動學習，提高了學習效果，強化了學生對知識的掌握程度，拓寬了學生的知識面，從而提高了學生的綜合技能。

參考文獻：

[1]丁金林，王峰.CDIO在PLC教學改革中的應用[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2013，（3）.

[2]陳銳，等.基于工作過程的PLC教學方法改革[J].黑龍江科技信息，2011，（6）.

[3]康志亮，等.可編程控制器課程改革與實踐[J].中國農機化，2011，（7）.

作者簡介：田麗欣（1982-），女，河北保定人，研究生，唐山學院，講師，研究方向：自動化。endprint