基于一體化的PLC應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計

彭芳

摘 要：PLC應(yīng)用技術(shù)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對PLC電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與安裝能力、軟件分析與編制能力以及自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)試與維護(hù)能力，采用真實的工作任務(wù)為載體，將理論知識教學(xué)依據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行解構(gòu)，并依工作過程進(jìn)行重構(gòu)，使理論講解與實踐操作有機(jī)融合，形成教、學(xué)、做一體化的突出實踐技能訓(xùn)練的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：項目教學(xué);教學(xué)做一體化;實踐技能

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2019-01-22 文章編號：1674-120X（2019）08-0099-02

PLC應(yīng)用技術(shù)是高等職業(yè)院校電氣自動化控制類專業(yè)一門重要的專業(yè)課，課程的知識目標(biāo)是使學(xué)生理解PLC的基礎(chǔ)概念，掌握控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計、編程方法，實現(xiàn)基本測量與控制，掌握工程領(lǐng)域中的實際應(yīng)用方法;在能力目標(biāo)上，培養(yǎng)學(xué)生掌握PLC外圍接口元件設(shè)備與PLC的硬件連接，具備簡單控制系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)與排除故障能力，以滿足學(xué)生從事自動控制設(shè)備操作、安裝調(diào)試、維護(hù)維修等崗位的需要。

基于工作過程的課程改革，強(qiáng)調(diào)按生產(chǎn)企業(yè)的工作過程應(yīng)用知識，它是一個將學(xué)科知識解構(gòu)而彰顯行動體系的重構(gòu)過程。筆者以工作過程為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生對控制系統(tǒng)分析、創(chuàng)新的能力和解決實際問題的能力為主線，將PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)內(nèi)容按項目進(jìn)行了有機(jī)整合，并在教學(xué)中實施，取得了良好的教學(xué)效果。

一、課程項目教學(xué)的特點

（一）基于職業(yè)崗位確定項目任務(wù)

針對本專業(yè)學(xué)生在一般工業(yè)企業(yè)從事的工作崗位分析，筆者制訂了PLC應(yīng)用技術(shù)課程融入典型工作情景的項目。例如，在三相異步電動機(jī)的控制方面有電動機(jī)的起動控制、正反轉(zhuǎn)控制、調(diào)速控制、制動控制和順序控制等;在PLC設(shè)計方法中運(yùn)用了經(jīng)驗設(shè)計法、時序圖設(shè)計法和順序控制設(shè)計法。

（二）理論知識以必需、夠用為原則，貫穿于項目教學(xué)中

課程原有的知識點包括PLC概述、PLC的基本指令、PLC的功能指令、PLC的通信及網(wǎng)絡(luò)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計五個章節(jié)。課改后打破了按邏輯順序的知識體系課程設(shè)置模式，將相關(guān)理論知識點穿插在相應(yīng)項目任務(wù)中，并得到應(yīng)用。

（三）采用教、學(xué)、做一體的教學(xué)模式

將理論課堂搬進(jìn)實訓(xùn)場地，融理論講授和實訓(xùn)于一體，教學(xué)過程采用“以行動為導(dǎo)向，以工作任務(wù)為驅(qū)動”，學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)。學(xué)生是主體，教師起引導(dǎo)作用，教師提供一定的決策，并時時對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控，指出問題并作出評價，使學(xué)生的職業(yè)技能逐步提高。

（四）基于工作過程的項目設(shè)計

第一，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，進(jìn)行工藝分析，擬定控制系統(tǒng)設(shè)計方案。

第二，確定硬件系統(tǒng)（PLC、低壓電器等型號）。

第三，編制 PLC 輸入/輸出分配表、繪制PLC接線圖。

第四，軟件程序設(shè)計與調(diào)試（梯形圖和語句表）。

第五，設(shè)計安裝接線圖。

第六，設(shè)計資料說明。

（五）項目教學(xué)實現(xiàn)過程考核

改變過去只注重理論考核，將一次性考試作為評價學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中取得成績的方法，依據(jù)專業(yè)能力考核標(biāo)準(zhǔn)從多層面、多種形式實現(xiàn)對學(xué)生知識和技能的考核。一是側(cè)重專業(yè)技能考核，要求具備運(yùn)用知識的能力，強(qiáng)調(diào)動手能力的訓(xùn)練和掌握;二是側(cè)重學(xué)習(xí)過程的考核，將考核融入各種日常實踐教學(xué)活動中，并結(jié)合口答、筆試、操作等多種方式來實現(xiàn)，較全面、真實地反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

二、課程項目教學(xué)的設(shè)計

（一）項目教學(xué)進(jìn)程

課程教學(xué)時，將生產(chǎn)一線的PLC應(yīng)用技術(shù)崗位的真實工作任務(wù)歸納成典型工作項目，依據(jù)認(rèn)識規(guī)律、教學(xué)原則將PLC應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)領(lǐng)域設(shè)計為基礎(chǔ)、應(yīng)用和綜合三個教學(xué)模塊，由簡單到復(fù)雜、由單一到綜合的十二個工作項目，并以此作為載體，通過實施學(xué)習(xí)工作項目，引導(dǎo)講授PLC工作原理、指令系統(tǒng)等理論知識，訓(xùn)練學(xué)生對PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)能力。PLC應(yīng)用技術(shù)項目教學(xué)分為基礎(chǔ)模塊、應(yīng)用模塊和綜合模塊三個部分，其中基礎(chǔ)模塊包括可編程控制器的認(rèn)識、可編程控制器的語言和基本指令兩個項目;應(yīng)用模塊包括電動機(jī)基本控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，多臺電機(jī)順起逆?？刂圃O(shè)計、安裝與調(diào)試，步進(jìn)電動機(jī)控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，彩燈循環(huán)控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，自動門控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，機(jī)械手控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，交通信號燈控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，校園打鈴控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，數(shù)碼管顯示控制設(shè)計、安裝與調(diào)試，共九個項目;綜合模塊設(shè)置了機(jī)床電氣線路PLC改造項目。

（二） 項目教學(xué)的組織與實施

課程的組織形式按照2～3人一組來完成，過程分為情景導(dǎo)入、提出任務(wù)、分析任務(wù)、解決任務(wù)、現(xiàn)場練習(xí)、陳述點評、任務(wù)拓展、指導(dǎo)答疑與考核評價，共九個步驟，環(huán)環(huán)相扣，應(yīng)用適合的教學(xué)手段，采用多元的人才評價觀設(shè)計項目教學(xué)情境框架。

（三）項目教學(xué)過程標(biāo)準(zhǔn)

首先是教師準(zhǔn)備：熟悉課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容，完成每個項目的教學(xué)設(shè)計，準(zhǔn)備項目任務(wù)書、PPT課件、視頻資料、記分冊。

其次，以項目驅(qū)動的方式，采用教、學(xué)、做一體的教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。

再次，保證項目教、學(xué)、做時間，完成知識點和技能點訓(xùn)練。

最后，通過項目任務(wù)書布置作業(yè)題，明確項目考核標(biāo)準(zhǔn)。

（四）項目教學(xué)考核方式與評價

考核方式：操作考試+筆試。

成績評定由平時成績（出勤、作業(yè)情況等）、項目考核（技能方面）和期末考核（理論方面）三個方面組成，各占總成績的20%、50%、30%。

三、課程項目教學(xué)的實施案例

下面以交通燈信號控制項目為例，說明PLC應(yīng)用技術(shù)項目教學(xué)的實施流程，本次項目教學(xué)內(nèi)容是在并行性分支的順序功能圖程序設(shè)計基礎(chǔ)上，拓展到以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制程序設(shè)計。

首先是教師所需的準(zhǔn)備資料。它包括項目任務(wù)書、項目教學(xué)設(shè)計、視頻資料、PPT課件等。項目任務(wù)書包含了該項目目標(biāo)、項目教學(xué)要求、項目描述、項目問答、項目計劃與實施、項目檢查等方面的內(nèi)容;項目教學(xué)設(shè)計對項目實施過程做精心的安排，它要求在該項目中體現(xiàn)理論知識點，強(qiáng)調(diào)如何運(yùn)用理論解決實際問題，通過案例教學(xué)、啟發(fā)式與討論式教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、虛擬仿真等教學(xué)方法來實現(xiàn)項目教學(xué)的有序開展。

其次是情景導(dǎo)入。通過播放視頻資料提出工作任務(wù)——按鈕式人行橫道交通燈控制的要求。充分利用信息化教學(xué)資源，讓學(xué)生置身于一個交通路口的實際場景中，把課堂從教室延伸到實際的環(huán)境中。針對問題進(jìn)行任務(wù)分析，學(xué)生圍繞問題展開學(xué)習(xí)、討論與練習(xí)。

一學(xué)：由時序圖確定工作狀態(tài)步的方法;順序功能圖的繪制：初始狀態(tài)、狀態(tài)步之間的轉(zhuǎn)換、并行性分支的合并處理。

二做：繪制人行橫道交通燈時序圖;確定PLC輸入、輸出I/O分配表，并完成硬件接線圖。

在梯形圖程序設(shè)計中，教師教：掌握順序功能圖轉(zhuǎn)為梯形圖的方法，置位、復(fù)位指令的使用和程序的結(jié)構(gòu)。

學(xué)生學(xué)：在順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖程序時，利用置位指令和復(fù)位指令的方法，即在上一步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時，用置位指令置位下一個工作步，用復(fù)位指令對上一步進(jìn)行復(fù)位，這樣就實現(xiàn)了步與步的轉(zhuǎn)換。在輸出信號的程序設(shè)計中要避免雙線圈輸出形式，如何實現(xiàn)燈的閃爍？并行分支如何合并？

學(xué)生做：利用觸點的并聯(lián)解決雙線圈輸出;最簡單的辦法是用SM0.5實現(xiàn);將各分支的最后活動狀態(tài)步與轉(zhuǎn)移條件組合構(gòu)成分支合并到下一狀態(tài)步的邏輯條件。

通過以上過程，學(xué)生能確定被控制對象狀態(tài)步;由狀態(tài)步畫順序功能圖;應(yīng)用置位和復(fù)位指令來實現(xiàn)以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制設(shè)計結(jié)構(gòu)。在教師的示范教學(xué)中，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行程序編制，在編制過程中，讓學(xué)生積極參與解決任務(wù)，對于順序功能圖如何轉(zhuǎn)換成梯形圖、并行分支如何合并、如何實現(xiàn)燈的閃爍以及如何避免雙線圈輸出等問題需一一解決。在現(xiàn)場練習(xí)階段，指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)程序輸入，學(xué)會調(diào)試程序，并由學(xué)生陳述問題的結(jié)果，教師歸納點評。

最后是項目的任務(wù)拓展。要求學(xué)生進(jìn)行十字路口燈控制的自行設(shè)計，討論相關(guān)知識點并運(yùn)用。例如，停止方案的選擇：即按即停止方式，或按下停止，等待當(dāng)前工作周期結(jié)束再停止。教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)答疑，若停止方式為即按即停，學(xué)生可利用停止信號，對所有步復(fù)位，置位初始步可實現(xiàn)即按即停止方式;若選擇按下停止，須等待當(dāng)前工作周期結(jié)束再停止的模式，則設(shè)計程序時要考慮兩個條件：一是在按下停止按鈕時，將停止信號鎖住;二是等待當(dāng)前工作周期結(jié)束選擇回到初始步才能停止。進(jìn)行考核評價時，一方面進(jìn)行程序運(yùn)行和控制功能實現(xiàn)的檢查，另一方面上交項目任務(wù)書作業(yè)，針對共性的錯誤點評，上述兩個方面的考核作為一個項目的學(xué)習(xí)總成績。

通過實施項目化教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)PLC應(yīng)用技術(shù)課程的積極性有了很大的提高。因為分組學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中遇到問題時，小組學(xué)生之間就有了交流的環(huán)境。所謂學(xué)問就是在學(xué)習(xí)過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題、討論問題，才有對知識和技能的逐步理解和掌握。運(yùn)用知識解決實際問題不僅鞏固理論，職業(yè)操作技能也會有明顯的提升，在教、學(xué)、做一體的環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)生的工作方法、能力和團(tuán)隊合作等職業(yè)綜合素質(zhì)。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師是主體，學(xué)生被動地學(xué)習(xí)。課堂上教師通常是以灌輸?shù)姆绞竭M(jìn)行教學(xué)，雖然有提問、練習(xí)環(huán)節(jié)，但學(xué)生在學(xué)習(xí)上缺乏主動性，參與學(xué)習(xí)的積極性也不高，教學(xué)效果不盡如人意。教師采取教、學(xué)、做一體化形式，在教中學(xué)、學(xué)中做，學(xué)生帶著問題展開學(xué)習(xí)，除了師生互動，生生互動也帶來了良好的教學(xué)效果。

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