PLC實(shí)驗(yàn)課程改革的幾點(diǎn)建議

肖原彬

（江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州 213001）

目前，PLC課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)主要突出PLC工作原理，程序指令講解、編程思路分析等內(nèi)容。學(xué)生對理論課程的基本內(nèi)容掌握較好，但要做到熟練運(yùn)用，仍需提高自身對一些復(fù)雜功能指令和操作技巧的理解，而PLC實(shí)驗(yàn)課程不僅能夠提供理論知識應(yīng)用于實(shí)踐的途徑，達(dá)到促使學(xué)生更好掌握知識，提升動手能力，熟悉PLC相關(guān)設(shè)備使用方法，強(qiáng)化邏輯編程思路的效果，而且通過該實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練也可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際工程問題的能力，同時，為后期學(xué)生走向自動化工作崗位奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要敘述了目前PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，并針對相關(guān)問題提出了幾點(diǎn)建議，希望以此提高教學(xué)效率，推進(jìn)學(xué)科穩(wěn)步前進(jìn)。

1 目前教學(xué)中出現(xiàn)的問題

（1）教學(xué)方式固定，未做到因材施教?，F(xiàn)行的PLC實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式過于程序化，通常采用固定的教學(xué)流程：“學(xué)生課前預(yù)習(xí)——教師案例示范——學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)——小組分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——撰寫實(shí)驗(yàn)報告”。采用這種教學(xué)方式難免會讓部分學(xué)生產(chǎn)生走過場的慣性思維，認(rèn)為上實(shí)驗(yàn)課只是簡單機(jī)械地重現(xiàn)教師演示的實(shí)驗(yàn)步驟，不需要過多思考實(shí)驗(yàn)本身，學(xué)生為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，而學(xué)生被動參與教學(xué)容易造成以下現(xiàn)象：學(xué)生對課前預(yù)習(xí)不重視、不積極、不主動；上課期間學(xué)生注意力不集中，導(dǎo)致教學(xué)案例演示效果不佳；分組實(shí)驗(yàn)時，常會出現(xiàn)每組只有一兩位學(xué)生在努力接線、編程、調(diào)試完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，其他組員處于觀摩狀態(tài)參與程度低，或者極端地會出現(xiàn)直接拷貝其他實(shí)驗(yàn)組程序，以應(yīng)付教師檢查；后期部分學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報告的雷同程度高。久而久之，學(xué)生在整個PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中容易流于形式，對相關(guān)PLC實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不進(jìn)行深入思考而浮于表面，對遇到的科學(xué)問題不去刨根問底，最終，學(xué)生獨(dú)立思考，處理工程問題的能力沒有得到很好培養(yǎng)；另一方面，這種程序化的教學(xué)方式也極大降低了教師的上課效率，通常由于教師對授課班級學(xué)生課業(yè)情況難以做到充分了解，且面臨PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量短缺、課時數(shù)有限、班級上課人數(shù)眾多等情況，導(dǎo)致教師在引用教學(xué)案例時，一般會采用難度較為適中的案例，這種一刀切的案例會導(dǎo)致部分優(yōu)異的班級在較短時間內(nèi)就完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，剩余時間較多，進(jìn)而課堂整體時間使用效率不高。

（2）教學(xué)過程對PLC硬件設(shè)備本身知識講解不夠透徹。由于采購的PLC教學(xué)設(shè)備是一體裝配的，不可拆卸，且數(shù)量有限，所以在實(shí)驗(yàn)設(shè)備講解環(huán)節(jié)，教師大多采用口頭講解方式表述其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及不同廠家設(shè)備之間的差異，造成部分學(xué)生對PLC設(shè)備是看得見卻看不透，很難理解各型號PLC設(shè)備之間的差異，俗話說“磨刀不誤砍柴工”，如果學(xué)生對PLC硬件構(gòu)造沒有充分的認(rèn)識，便直接進(jìn)行接線編程等實(shí)驗(yàn)操作，一方面，會造成學(xué)生盲目接線導(dǎo)致PLC設(shè)備損壞，嚴(yán)重地造成人員受傷；另一方面，會不利學(xué)生對于部分重要功能指令的熟練使用，如為什么高速脈沖指令(PLSY)只能選用三菱FX3u系列的晶體管輸出類型（MT），而不能使用繼電器輸出類型(MR)？針對上述問題，如果直接將兩種設(shè)備輸出單元的內(nèi)部構(gòu)造展示給學(xué)生，便能讓學(xué)生對兩者的差異留下深刻印象，從而更好地選用正確型號的設(shè)備完成指令功能訓(xùn)練。

（3）學(xué)生忽視實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，造成時間浪費(fèi)。PLC實(shí)驗(yàn)課程包含線路設(shè)計(jì)、設(shè)備接線、程序撰寫、功能調(diào)試、程序優(yōu)化等諸多教學(xué)內(nèi)容，所以實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)注意點(diǎn)多且細(xì)，而教師為了在有限的教學(xué)時間和教學(xué)設(shè)備下完成相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，一般在使用PLC設(shè)備前，會將標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備操作規(guī)程和使用注意點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，并配合實(shí)物進(jìn)行演示進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，但對于初次接觸PLC設(shè)備且動手能相對薄弱的學(xué)生而言，諸多注意事項(xiàng)或多或少會感覺枯燥，很難做到印象深刻，這就導(dǎo)致部分學(xué)生容易出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操作過程中忽視操作規(guī)程，引起重復(fù)性錯誤，造成不必要的時間浪費(fèi)，例如，設(shè)備接線作為整個PLC實(shí)驗(yàn)過程的基礎(chǔ)工作，由于接線數(shù)量多，接線點(diǎn)復(fù)雜，通常耗時也較多，當(dāng)學(xué)生操作過程中未按色號規(guī)定隨意混顏色接線，在后期調(diào)試階段，如發(fā)現(xiàn)是接線部位出現(xiàn)問題，實(shí)驗(yàn)故障排查起來將費(fèi)時費(fèi)力，導(dǎo)致后期程序調(diào)試時間被壓縮，此時，學(xué)生能夠按時完成實(shí)驗(yàn)的可能性很小，進(jìn)而導(dǎo)致部分學(xué)生繼續(xù)參與實(shí)驗(yàn)的積極性降低。

（4）學(xué)生PLC程序不重視仿真調(diào)試，直接上機(jī)運(yùn)行設(shè)備損壞率高。PLC實(shí)驗(yàn)中涉及多種運(yùn)動電器設(shè)備如交直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，正確的PLC程序是完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)要求的重要保證，也是PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容；其中，PLC程序調(diào)試是學(xué)生通過所學(xué)指令知識解決實(shí)際問題的內(nèi)在吸收和升華，是PLC實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。但在實(shí)際PLC程序調(diào)試過程中，經(jīng)常出現(xiàn)部分學(xué)生在初次完成PLC程序編寫后，急于檢驗(yàn)自己編寫程序的正確性，忽視了軟件模擬調(diào)試，而選擇直接上機(jī)運(yùn)行，顯然在有限的時間內(nèi)，學(xué)生由于缺乏相應(yīng)的編程經(jīng)驗(yàn)所編寫的程序通常存在諸多的邏輯錯誤，冒然運(yùn)行很可能導(dǎo)致電器設(shè)備損壞，嚴(yán)重的可能造成人員受傷，如三菱PLC控制伺服電機(jī)執(zhí)行定點(diǎn)運(yùn)行時，在設(shè)備執(zhí)行程序指令時，如程序中缺乏相應(yīng)的限位保護(hù)程序，就經(jīng)常會出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行超行程，導(dǎo)致撞機(jī)、堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象極易造成教學(xué)設(shè)備的損壞；即使部分學(xué)生所編程序直接上機(jī)運(yùn)行無誤，但由于沒有養(yǎng)成良好的職業(yè)習(xí)慣，也對學(xué)生未來就業(yè)安全埋下隱患；同時，也存在部分學(xué)生對自己編寫的程序沒有信心而過于謹(jǐn)慎，害怕程序內(nèi)存在邏輯漏洞導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞，產(chǎn)生投鼠忌器的心理，即使自己反復(fù)檢查過編寫的程序也不敢上機(jī)運(yùn)行。上述兩種情況均達(dá)不到有效使用并科學(xué)保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的目的，且學(xué)生工程實(shí)踐、程序調(diào)試能力得不到有效提升。

2 PLC實(shí)驗(yàn)課程改革建議

（1）引入新教學(xué)模式。通過引入線上教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式，來解決現(xiàn)有教學(xué)方式所面臨的問題；比如，教師使用線上教學(xué)平臺雨課堂，在課前預(yù)習(xí)階段，一方面，針對所授課班級做線上PLC課程知識問卷調(diào)查，根據(jù)調(diào)查反饋結(jié)果，教師可大致了解班級整體及單個學(xué)生的專業(yè)知識掌握程度，并依據(jù)調(diào)查結(jié)果，針對班級整體相關(guān)薄弱知識點(diǎn)設(shè)計(jì)難度適中的個性化實(shí)驗(yàn)案例；在對學(xué)生實(shí)驗(yàn)分組時，依據(jù)調(diào)查結(jié)果，將優(yōu)秀學(xué)生與知識底子薄弱學(xué)生進(jìn)行分組，發(fā)揮幫扶作用，從而更好地因材施教；另一方面，教師可針對實(shí)驗(yàn)中所涉及的重要PLC控制指令、相關(guān)實(shí)驗(yàn)電器設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造、使用方法和操作規(guī)程以及常見錯誤錄制短視頻，以此替代枯燥的口頭講解，生動的視頻講解和實(shí)物展示可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的代入感，使得、知識和各項(xiàng)操作規(guī)程更易被學(xué)生所吸收，且學(xué)生可隨時隨地反復(fù)觀看。課堂上，基于良好的課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)，教師也有更多的時間用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，在對學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢查后，采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，課堂形成學(xué)生自主安排為主，教師輔助指導(dǎo)的局面，由此將大部分課堂時間交給學(xué)生，激發(fā)他們自身學(xué)習(xí)的主動性、實(shí)驗(yàn)參與積極性。對于PLC教學(xué)案例，教師引導(dǎo)分組學(xué)生采用“是什么、做什么、怎么做”三步走的方式進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，如“水塔液位動態(tài)平衡實(shí)驗(yàn)”，首先小組成員之間相互提問明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)考察重點(diǎn)是PID控制指令和電機(jī)、變頻器、D/A模塊、A/D模塊等電器設(shè)備，即是什么；其次，為了準(zhǔn)確完成水塔液位動態(tài)平衡，學(xué)生需熟悉PID程序語句的具體含義及以上每一種設(shè)備的使用方法，如A/D模塊是將當(dāng)前水位的液壓轉(zhuǎn)為數(shù)字量即做什么；然后，在學(xué)生完成PLC設(shè)備和各類電器接線后，對調(diào)試PLC程序控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)水箱液位動態(tài)平衡，具體操作過程中存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和遇到的實(shí)驗(yàn)問題發(fā)起主動探討并提出解決方案，引發(fā)學(xué)生的“頭腦風(fēng)暴”，即怎么做；最終，各小組在完成實(shí)驗(yàn)后，可進(jìn)行現(xiàn)場簡短的匯報講解，學(xué)生講解內(nèi)容可包含控制編程思路，PID程序調(diào)試過程遇到的困難及解決方案；整個教學(xué)過程，課堂氛圍活躍，潛移默化地增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自信，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立解決科學(xué)問題的能力，教師專注于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和點(diǎn)評，并保證學(xué)生的用電安全，有效提高了課堂教學(xué)效率。課后，教師可在線上開辟討論區(qū)作為延伸課堂，進(jìn)一步解答學(xué)生有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作難點(diǎn)，鞏固教學(xué)成果；學(xué)生也可就在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題相互之間做線上交流和溝通，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)活力。

（2）搭建開放PLC實(shí)驗(yàn)室。目前高校PLC相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用率并不高，學(xué)生僅在教學(xué)期間可使用，其余時間處于空置狀態(tài)，這種現(xiàn)狀無疑造成了教學(xué)資源的隱形浪費(fèi)；且受制于有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時間，距離熟練使用PLC設(shè)備不少學(xué)生還存在較大差距，俗話說“曲不離口，拳不離手”，因此，針對上述現(xiàn)象，學(xué)院一方面可在確保日常教學(xué)任務(wù)完成的前提條件下，合理安排PLC實(shí)驗(yàn)室定期對外開放，支持學(xué)生利用空閑時刻，申請進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練；另一方面，也可以定期舉辦PLC相關(guān)競賽，并鼓勵學(xué)生參與其中，借此讓學(xué)生更多的走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，多實(shí)踐，多編程，多調(diào)試，對設(shè)備真正做到了如指掌，且在相互競技中逐漸積累操作經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生應(yīng)用PLC設(shè)備水平不斷提升，同時激發(fā)學(xué)生對學(xué)科的熱情，最終培養(yǎng)出社會所需要的應(yīng)用型人才。

（3）強(qiáng)化相關(guān)PLC軟件仿真模塊使用，全面提升學(xué)生程序調(diào)試水平。通常，相關(guān)PLC軟件仿真具有以下特點(diǎn)：硬件要求低，只需一臺電腦，任意地點(diǎn)可使用，模擬結(jié)果直觀展示，發(fā)現(xiàn)程序問題迅速，程序調(diào)試速度大幅提高。以教案三菱PLC控制直流電機(jī)定點(diǎn)取物為例，學(xué)生在GX works2軟件上完成編程之、后，可在觸摸屏軟件GT Designer3上以實(shí)物涉及到、的元器件如傳感器、直流電機(jī)、氣動閥、限位器，建立對應(yīng)的元器件工作指示燈，隨后依次啟動GT Designer3和GX works2軟件仿真模塊，進(jìn)行程序仿真，通過更改軟件中輸入條件的狀態(tài)，學(xué)生可以觀察對應(yīng)元器件的工作執(zhí)行順序和狀態(tài)是否正確，從而直觀有效檢驗(yàn)程序的正確性；此外，PLC軟件仿真的使用也解決了由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)量短缺，單人占用設(shè)備調(diào)試程序時間長，而造成其他部分學(xué)生來不及嘗試程序調(diào)試的難題；另一方面，由于學(xué)生編寫的程序已經(jīng)過仿真軟件預(yù)先調(diào)試過，程序中基本的邏輯錯誤已經(jīng)得到解決，對學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有了較清晰的預(yù)期，自信心得到相應(yīng)提升，有效克服了因程序錯誤損壞設(shè)備的心理障礙，學(xué)生化被動為主動，再次上機(jī)調(diào)試會顯得從容不迫；而對于PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由于調(diào)試的程序錯誤減少，一方面，單個學(xué)生實(shí)際上機(jī)調(diào)試程序的時間大幅壓縮，設(shè)備使用效率得以提高，另一方面，有效降低了程序錯誤造成的設(shè)備誤動作頻率，延長了設(shè)備的使用壽命。

（4）完善實(shí)驗(yàn)考核體系。PLC實(shí)驗(yàn)課程一直將培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力作為重點(diǎn)，常規(guī)考核方式采用實(shí)驗(yàn)報告和實(shí)驗(yàn)過程考察相結(jié)合的模式，雖然已將實(shí)驗(yàn)過程納入考核，但在實(shí)際考察環(huán)節(jié)教師多以讓學(xué)生演示PLC設(shè)備是否正確完成規(guī)定順序動作為評分標(biāo)準(zhǔn)，這樣很難動態(tài)、客觀、準(zhǔn)確地反應(yīng)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)效果如實(shí)操規(guī)程掌握程度、程序調(diào)試水平等情況。建議首先進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)過程考察的評分占比，并以此為基礎(chǔ)采用動態(tài)考核方式，可將實(shí)驗(yàn)課題拆分為多個考核單元，并對分組學(xué)生隨機(jī)考察，比如，臨時更改設(shè)備輸入端口，讓學(xué)生重新接線調(diào)試，這一過程整體操作難度適宜、時間可控，卻可以有效考察學(xué)生操作是否符合用電安全，是否按規(guī)定選線、接線、布線，是否熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是否掌握程序調(diào)試，教師在依據(jù)被考察學(xué)生整體操作表現(xiàn)進(jìn)行評分，上述考核體系具有檢驗(yàn)效果全面、方式靈活多變等特點(diǎn)，且便于教師動態(tài)、客觀、準(zhǔn)確把握整體和單個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為以后的教學(xué)改革提供依據(jù)，且由于考察方式具有隨機(jī)性，能增加每位學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)的積極性，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 結(jié)語

PLC實(shí)驗(yàn)課程作為學(xué)生連接PLC理論課程與實(shí)際工程問題的重要橋梁，一直在機(jī)電專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中占據(jù)著重要位置。首先，通過引入線上教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式可促使教師更好地了解學(xué)生，真正做到因材施教，并且可將學(xué)生轉(zhuǎn)為課堂的主人，自主進(jìn)行學(xué)習(xí)實(shí)踐，是不斷提高教學(xué)效率的重要途經(jīng)；注重PLC軟件仿真模塊的使用是不斷提升學(xué)生專業(yè)編程調(diào)試能力的高效抓手；而搭建開放PLC實(shí)驗(yàn)室是高校培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富應(yīng)用型人才的重要舉措；最后，重視過程考核的評價方式是檢驗(yàn)教學(xué)效果的核心手段。總之，在高校有限教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件下，如何通過有效的改革舉措，促使學(xué)生熟練使用PLC設(shè)備，掌握編程技巧，快速程序調(diào)試，綜合提高每位學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，是每一PLC實(shí)驗(yàn)課教師不懈努力的追求。