基于“機(jī)床電氣控制及PLC”課程教學(xué)改革的應(yīng)用與實(shí)踐

王云霞　朱振偉　賀紅梅　時(shí)存

【摘 要】 “機(jī)床電氣控制及PLC”課程實(shí)踐性非常強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法雖然能夠較系統(tǒng)的學(xué)習(xí)理論知識(shí)，但是對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型高職高專人才培養(yǎng)目標(biāo)有一定脫節(jié)。另外從就業(yè)需求考慮，改革教學(xué)模式，實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)亦是勢(shì)在必行。本文在分析課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，著重介紹了具體實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)的方法與途徑。教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的理論教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)床電氣控制及PLC;教學(xué)模式改革;理實(shí)一體化

【中圖分類號(hào)】G64.23 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）15-000-01

根據(jù)高職高專的教學(xué)特點(diǎn)以及高職高專學(xué)生的就業(yè)需求，基于項(xiàng)目教學(xué)以及理實(shí)一體化教學(xué)模式的改變勢(shì)在必行?！皺C(jī)床電氣控制及PLC”課程是機(jī)電類專業(yè)開設(shè)的一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)課程，也是相關(guān)專業(yè)必修課。通過該課程的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用繼電-接觸器控制理論完成基本電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì);正確分析典型機(jī)床電氣控制電路以及使用PLC設(shè)計(jì)較復(fù)雜的控制電路的能力。毫不夸張的說，學(xué)好該門課程，不僅是掌握了一門專業(yè)技能，也為一門生存技能的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)模式的探索與實(shí)踐始終處于各門學(xué)科的最前列。[1]

一、“機(jī)床電氣控制及PLC”課程教學(xué)現(xiàn)狀

截至目前該課程比較成熟的的教學(xué)模式為采用“理論-實(shí)踐-再理論-再實(shí)踐”螺旋上升式的步驟開展教學(xué)工作。理論學(xué)習(xí)和探討是學(xué)生必須經(jīng)過的階段，也是進(jìn)行科學(xué)研究必須奠定的基礎(chǔ)，但是單純的理論學(xué)習(xí)很難達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的預(yù)期效果。按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，該課程在實(shí)施教學(xué)過程中，會(huì)適時(shí)安排認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生將最基本的原理與實(shí)際控制聯(lián)系起來，建立實(shí)踐應(yīng)用的基本認(rèn)識(shí)，然后再進(jìn)行更深入、更復(fù)雜系統(tǒng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，然后安排學(xué)生接觸實(shí)際具有復(fù)雜動(dòng)作的機(jī)床，理解其工作過程并可進(jìn)行常見故障的維修。經(jīng)過幾個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施，可以鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，并加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣和信心。但是該課程總體來講實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)之間時(shí)間總有滯后，不能很好的做到真正的理論和實(shí)踐相結(jié)合。而且由于總體課時(shí)所限，為了保證理論知識(shí)的完整性，實(shí)踐課程課時(shí)更是最大程度的壓縮。學(xué)生往往停留在對(duì)書本知識(shí)和實(shí)例的理解層次，很難處理實(shí)際的應(yīng)用項(xiàng)目。這樣的教學(xué)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到該課程的理想預(yù)期，要想突破這一瓶頸，踐行以分項(xiàng)目教學(xué)為驅(qū)動(dòng)的理實(shí)一體化教學(xué)模式勢(shì)在必行。[2]

二、實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)的必要性與可行性

采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)，相對(duì)于該課程體系結(jié)構(gòu)來講，學(xué)生的能力培養(yǎng)主要是對(duì)于電氣原理圖的分析和PLC簡(jiǎn)單程序的設(shè)計(jì)（基本指令的理解和應(yīng)用），考核形式也基本是參加學(xué)期末統(tǒng)一組織的理論考試。對(duì)于“學(xué)習(xí)能力”強(qiáng)的學(xué)生來講，可以考取優(yōu)異的成績(jī)，但是動(dòng)手操作能力以及將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的能力卻沒有得到成比例的提升，當(dāng)然也無法從考核形式中得到印證。事實(shí)證明，能夠真正將理論知識(shí)理解、吸收并轉(zhuǎn)化為自身的能力的方法，也只有通過實(shí)踐。通過自己動(dòng)手，親自將線路進(jìn)行連接，完成“圖”與“實(shí)物”之間信息的“轉(zhuǎn)移”，同時(shí)可以將自己思考的問題利用實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證和解決。才能夠使切實(shí)培養(yǎng)和提高學(xué)生的專業(yè)技能成為可能。

采用“理實(shí)一體化”教學(xué)模式，直接在理實(shí)一體化教室實(shí)施小班授課，把以“教”為主，轉(zhuǎn)變成以“學(xué)”和“做”為主。教師的“教”只是引子，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中操作、在操作中更深入的學(xué)習(xí)。該課程依據(jù)課程能力目標(biāo)，以學(xué)生為主體，以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)并組織實(shí)施。依據(jù)認(rèn)知規(guī)律，將低壓電氣控制與PLC控制的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)為由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到綜合的五項(xiàng)學(xué)習(xí)情境來學(xué)習(xí)。分別為：

1.機(jī)床基本控制電路的分析、接線與調(diào)試部分。理論知識(shí)側(cè)重于常用低壓電器的原理與選擇方法以及圍繞三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)的電氣控制線路的分析、接線與調(diào)試;

2. 普通機(jī)床控制電路的分析與故障診斷部分。以C650和XA6132兩種典型機(jī)床的電氣原理圖為例，學(xué)習(xí)復(fù)雜電氣控制線路圖的分析以及機(jī)床故障排除方法。

3. 普通機(jī)床控制電路的設(shè)計(jì)部分。根據(jù)機(jī)床控制要求，依據(jù)設(shè)計(jì)原則與步驟，設(shè)計(jì)機(jī)床電氣原理圖;

4. PLC控制系統(tǒng)的分析、安裝與調(diào)試部分。學(xué)習(xí)S7-200系列PLC的基本指令及其用法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制;

5.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試部分。靈活運(yùn)用PLC基本指令和功能指令，解決復(fù)雜產(chǎn)品程序設(shè)計(jì)。[1]

這五個(gè)學(xué)習(xí)情境均能夠利用現(xiàn)有設(shè)備不同程度的進(jìn)行實(shí)踐操作，達(dá)到循序漸進(jìn)的引導(dǎo)學(xué)生掌握專業(yè)技能的目的。

三、充分利用現(xiàn)有設(shè)備，實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)

采用“教、學(xué)、做”理實(shí)一體化教學(xué)模式，有效付諸實(shí)施是重中之重。針對(duì)該課程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分利用仿真軟件和實(shí)訓(xùn)設(shè)備，采用以下三種實(shí)踐平臺(tái)進(jìn)行該課程的學(xué)習(xí)。

（一）采用機(jī)電控制仿真軟件

機(jī)電控制仿真軟件是一個(gè)仿真平臺(tái)，有開放式的元器件庫和控制對(duì)象。其中元器件庫中含有低壓電氣控制線路中的常用器件，控制對(duì)象里含有自動(dòng)門、洗衣機(jī)、傳送帶等構(gòu)件?？梢栽谌浀沫h(huán)境中，自由搭建所需要的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。

在課程開展過程中，利用該軟件主要對(duì)低壓電氣控制電路部分的分析、接線與調(diào)試進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。依據(jù)簡(jiǎn)明清晰的電氣原理圖，學(xué)生根據(jù)電氣控制系統(tǒng)布置圖繪制原則放置電氣元器件，自行動(dòng)手繪制電氣安裝接線圖。開始學(xué)生反映無從下手，但是經(jīng)過幾個(gè)任務(wù)的完成，普遍反映收獲頗豐，對(duì)低壓電氣控制基本環(huán)節(jié)的理解程度大大增強(qiáng)。

（二）采用S7-200 Simulater仿真軟件

S7-200 Simulater是代替PLC硬件來調(diào)試用戶程序的仿真軟件。由STEP 7 編程軟件導(dǎo)出擴(kuò)展名為awl的文件類型，然后在該仿真軟件界面導(dǎo)入執(zhí)行，在計(jì)算機(jī)上模擬西門子S7-200系列PLC的功能。該軟件可以通過指示燈狀態(tài)直觀的觀察運(yùn)行結(jié)果，無需接線，可以反復(fù)編程、調(diào)試和模擬運(yùn)行。有助于在開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯(cuò)誤。

但對(duì)于有動(dòng)作順序控制的場(chǎng)合，手動(dòng)操作比較繁瑣，而且順控指令、子程序、中斷程序等指令無法在該平臺(tái)上運(yùn)行。因此僅以調(diào)試S7-200系列PLC的基本指令和應(yīng)用為主，作為PLC入門級(jí)應(yīng)用發(fā)揮了很重要的作用。[3]

（三）采用可編程序控制器實(shí)訓(xùn)箱

可編程序控制器實(shí)訓(xùn)箱內(nèi)主控單元是“機(jī)床電氣控制及PLC”課程主授西門子S7-200 CPU226CN型PLC，可進(jìn)行的項(xiàng)目主要有自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)、自控軋鋼機(jī)、交通燈控制、多種液體自動(dòng)混合系統(tǒng)及四層電梯控制等。使用該設(shè)備可以有效熟悉PLC程序開發(fā)步驟，不僅涉及到程序下載、線路連接和程序調(diào)試運(yùn)行，為了安全運(yùn)行，還必須做好全面檢查和隨時(shí)進(jìn)行故障排除的準(zhǔn)備。學(xué)生通過此與真實(shí)情景基本一致的開發(fā)環(huán)境，可以加深理解各種指令的特點(diǎn)及其功能，切實(shí)提高編程技巧，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用PLC的能力。

以上三種應(yīng)用平臺(tái)在整個(gè)課程的授課過程中分階段、不同程度的發(fā)揮了其重要作用。

四、教學(xué)效果

通過與改革之前的教學(xué)模式相比，學(xué)生普遍認(rèn)為動(dòng)手機(jī)會(huì)的增加，使知識(shí)結(jié)構(gòu)立體化，能夠更有效的解決理論學(xué)習(xí)中遇到的難點(diǎn)問題，可以加深對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)的理解，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，掌握知識(shí)更加牢固。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏燕蘭.數(shù)控機(jī)床電氣控制（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2014;

[2] 金美琴.高職“PLC應(yīng)用技術(shù)”理實(shí)一體化教學(xué)探究[J].科教文匯.2013年11月（上）;

[3] 秦沖.Simulater仿真軟件在《電氣控制與PLC》理實(shí)一體化教學(xué)中的應(yīng)用[J].輕工科技.2015.第5期。