基于PLC應(yīng)用技術(shù)課程信息化教學(xué)改革研究

姚 燁

（安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 合肥 230051）

0.引言

可編程控制器（Programmable Logical Controller，下文簡稱PLC）控制技術(shù)是我國高等院校電氣、機(jī)電類專業(yè)必修的一門課程。 該課程主要介紹工業(yè)自動化市場上主流的一些PLC 廠商產(chǎn)品的應(yīng)用， 是一門理論和實(shí)踐結(jié)合緊密的課程。 由于該課程涉及行業(yè)應(yīng)用的廣泛性、項(xiàng)目內(nèi)容的多樣性和趣味性，受到了廣大的電氣、機(jī)電類學(xué)生的喜愛。

信息化教育，是以現(xiàn)代教育思想和理論為指導(dǎo)，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)教育資源，優(yōu)化教育過程，以培養(yǎng)和提高學(xué)生信息素養(yǎng)為重要目標(biāo)的一種新的教育方式。由于信息化手段的多樣、技術(shù)的進(jìn)步，使得教學(xué)更加直觀易懂，比起單一的課堂板書講授更受學(xué)生的歡迎，也使得教學(xué)課堂從傳統(tǒng)意義的教室搬進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室、會議室，甚至是學(xué)生宿舍里。 “翻轉(zhuǎn)課堂”“慕課”“微課”等新興概念相繼涌現(xiàn)，充分表明信息化教學(xué)是當(dāng)今教育教研領(lǐng)域最為活躍的一塊陣地。

如何將介紹PLC 應(yīng)用的課程講授與信息化教學(xué)相結(jié)合， 既能夠?qū)⒄n程的內(nèi)容和特色展現(xiàn)的淋漓盡致，又能夠更進(jìn)一步的提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和效率，這是擺在所有電氣、自動化、機(jī)電類專業(yè)老師眼前的一個(gè)問題。

1.課程與信息化教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)

PLC 應(yīng)用技術(shù)的課程內(nèi)容主要包括產(chǎn)品選型、硬件電路、軟件編寫、實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用四個(gè)方面。

（1）在產(chǎn)品選型方面，目前市場上PLC 廠商約有100 多家，最主流的廠商約有10 家。受限于高校教學(xué)的實(shí)際教學(xué)條件，無法將這些廠商的所有產(chǎn)品一一搬到課堂上來讓學(xué)生親手觸摸。 但是通過3D 建模和VR 技術(shù)，可以使這些產(chǎn)品栩栩如生的呈現(xiàn)在學(xué)生面前。 這種沉浸式體驗(yàn)使得學(xué)生可以親身體驗(yàn)到產(chǎn)品的外觀、特性，而這些內(nèi)容僅僅靠講授或者播放幻燈片是根本無法達(dá)到的效果。

（2）硬件電路和程序編寫方面，一般課程內(nèi)都會安排相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)操作環(huán)節(jié)，既能達(dá)到理論驗(yàn)證的目的，也能提高學(xué)生的動手能力和興趣。 在硬件的電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可考慮引入eplan 或者elecworks 等電氣設(shè)計(jì)軟件做一套電路設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從整體上對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一個(gè)總的把握，同時(shí)與實(shí)際行業(yè)的工作崗位對接，其設(shè)計(jì)圖既可保留電子版也可打印出來作為成績考核的紙質(zhì)評定依據(jù)。

在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的環(huán)節(jié)，一般傳統(tǒng)的做法都會配備實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書，可以考慮充分利用學(xué)生的手機(jī)播放實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)視頻，邊看邊做，大大提升實(shí)操的實(shí)時(shí)性和錯(cuò)誤，而且將手機(jī)作為實(shí)訓(xùn)課上的工具也杜絕了學(xué)生玩手機(jī)的可能性。

（3）項(xiàng)目應(yīng)用方面，考慮到提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實(shí)際工程技能，一般會安排課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。 常見的一些綜合性的PLC 應(yīng)用案例項(xiàng)目包括：《恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《自動洗車機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《果蔬自動收獲及自動分選系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《劇院舞臺道具、大幕和照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《智能建筑內(nèi)的空調(diào)、泵機(jī)、照明、緊急發(fā)電控制和安全監(jiān)視》等。對于這些項(xiàng)目，學(xué)生多數(shù)用過或見過卻沒有實(shí)際了解其內(nèi)部原理。這就需要將實(shí)訓(xùn)室搬到線上，借助一些虛擬仿真的實(shí)訓(xùn)平臺，我們可以模擬出這些項(xiàng)目的運(yùn)行狀況，使學(xué)生有直觀認(rèn)識，再通過逆向研究，從而實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

除此以外，通過參加一些教儀展或制作比賽，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)收集信息、確定方案、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、確定預(yù)算、采購器件、安裝編程、現(xiàn)場調(diào)試等一條龍下來，將會非常有效的提升學(xué)生的信息化利用技術(shù)水平和承擔(dān)項(xiàng)目開發(fā)的能力。

2.信息化教學(xué)的資源條件

課程教學(xué)的信息化需要硬件和軟件的配套，主要需求的一些條件包括以下一些資源：

（1）高速的校內(nèi)網(wǎng)，大致架構(gòu)如圖1 ?？紤]到部分環(huán)節(jié)音視頻的傳輸，校園內(nèi)主干網(wǎng)絡(luò)的帶寬不應(yīng)低于1800Mbps(教育網(wǎng)1000Mbps、、移動網(wǎng)700Mb)，各教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓和學(xué)生宿舍的帶寬不低于100Mbps。無線網(wǎng)絡(luò)介入接入需要盡可能采用多個(gè)AP-135 接入點(diǎn)，足以覆蓋全部校園教學(xué)區(qū)域的樓層。

圖1

（2）豐富的數(shù)字化課程資源。 主要包括視頻、課件、題庫等教學(xué)資源，作為高校教師本身應(yīng)具備制作電子課件、試題庫的能力。當(dāng)然針對某些校級、省級和國家級的精品開放課程也可以考慮與專業(yè)的多媒體技術(shù)公司合作，由負(fù)責(zé)課程的老師提出想法和思路，由公司負(fù)責(zé)做出動畫課件和教學(xué)視頻。例如，針對《PLC 應(yīng)用技術(shù)》這門課程，我們與主要廠商之一的三菱電機(jī)自動化（中國）有限公司合作，推出了融教學(xué)、仿真和測試于一體的資源平臺“MELSEC E-learning 教學(xué)平臺”，如圖2。其他行業(yè)大咖，諸如博世力士樂、西門子自動化與驅(qū)動、匯川自動化等公司均有各自的一套線上課程和培訓(xùn)體系，可以考慮借鑒引入或結(jié)合各校的實(shí)際情況共同開發(fā)。

圖2

（3）切合學(xué)生實(shí)際使用的終端設(shè)備和平臺。目前高校大學(xué)生所擁有的筆記本電腦和臺式計(jì)算機(jī)已較為普及，此外各類移動智能終端設(shè)備也極大的豐富了學(xué)生在線學(xué)習(xí)的手段。除去傳統(tǒng)的Web頁面所支持的網(wǎng)上教學(xué)平臺，新興的騰訊課堂、微信課堂等基于移動終端的教學(xué)平臺已成為信息化教學(xué)的發(fā)展趨勢。 未來伴隨著碎片化教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等理念的推廣，必將成為信息化教學(xué)的熱點(diǎn)并持續(xù)數(shù)年。

（4）結(jié)合當(dāng)前主流虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的需求，開發(fā)可以支持遠(yuǎn)程訪問的實(shí)訓(xùn)平臺。 目前臺灣地區(qū)高校已有通過本地化的程序編寫、下載和調(diào)試的實(shí)訓(xùn)一體化軟硬件，可是受各方面條件所限，并沒有將其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。大陸地區(qū)只有天津大學(xué)和三菱電機(jī)自動化合作設(shè)計(jì)了一條啤酒柔性制造生產(chǎn)線，開放給研究生做課題。

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的一套流程因?yàn)槿藛T并不在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場，因此硬件部分是無法實(shí)際動手操作的，這也對實(shí)訓(xùn)室的硬件信息化提出了更高要求。 但是在硬件部分都逐步邁向標(biāo)準(zhǔn)化之后，大部分的工作由軟件來完成，這樣一來就簡化了投入的成本，并能將實(shí)訓(xùn)的平臺開放給更多學(xué)生使用，惠及面更廣。

此外，伴隨著工業(yè)機(jī)器人逐步的進(jìn)入低端應(yīng)用市場，走入實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室是遲早的事情。通過遠(yuǎn)程控制機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)對硬件的調(diào)試和調(diào)整也并非是異想天開，人機(jī)協(xié)同工作（圖3）甚至是直接使用機(jī)器人代替人工來具體操作硬件設(shè)備從技術(shù)水平上看都是可行的，只是目前這樣做成本仍舊太高。

圖3

3.結(jié)語

根據(jù)教育部連續(xù)頒布的2014、2015 和2016 年《教育信息化工作要點(diǎn)》和《職業(yè)教育與繼續(xù)教育工作要點(diǎn)》安排，信息化教學(xué)已被作為教育教學(xué)中提高教育質(zhì)量和效率，形成適應(yīng)信息社會要求的新教育模式。 作為高校教師在面對信息化教學(xué)的大潮到來之際也應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)對，提升自身的信息化教學(xué)能力,開發(fā)出更符合學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的課程。