“PLC控制技術(shù)”課程融合“教學(xué)做”的教學(xué)探索

曾新然

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512126）

PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，是集成了微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)等新技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置.具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、應(yīng)用領(lǐng)域廣、設(shè)備體積小、便于組裝等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中的地位十分重要［1］.

PLC控制技術(shù)的發(fā)展以及在工業(yè)自動化生產(chǎn)方面的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，涉及邏輯和位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備自動化控制的支撐技術(shù)之一［2］，也是高職院校機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必須掌握的一種核心專業(yè)技能［3］.“PLC控制技術(shù)”課程主要學(xué)習(xí)內(nèi)容包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編程語言、編程方法以及在工業(yè)控制應(yīng)用中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試技術(shù)等.學(xué)生對該課程理論知識的掌握和靈活運(yùn)用，將直接影響其核心技能水平能否達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)相應(yīng)工作崗位的要求.本文總結(jié)目前“PLC控制技術(shù)”課程教學(xué)中的問題，提出融合“教學(xué)做”理實(shí)一體化的教學(xué)模式，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量.

1 “PLC控制技術(shù)”教學(xué)中存在的問題

現(xiàn)代職業(yè)教育視閾下的高等職業(yè)教育，主要培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才.因此，人才培養(yǎng)過程與普通教育不同，既要符合認(rèn)知學(xué)習(xí)的規(guī)律又要滿足職業(yè)能力逐步提升的成長規(guī)律，在這個(gè)過程中應(yīng)始終關(guān)注如何促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，認(rèn)知學(xué)習(xí)與職業(yè)能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的高度統(tǒng)一.目前一些高職院校在人才培養(yǎng)過程中傾向于理論教學(xué)為主，實(shí)訓(xùn)教學(xué)為輔，仍沿用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，按部就班孤立的進(jìn)行理論教學(xué)（專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課）加技能訓(xùn)練，這樣無形中將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，專業(yè)知識與技能培養(yǎng)割裂開來，其結(jié)果是學(xué)生理論知識學(xué)不透，技能水平提不高，難以實(shí)現(xiàn)高技能人才培養(yǎng)的目標(biāo).

在以往的“PLC控制技術(shù)”課程教學(xué)過程當(dāng)中，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)分開進(jìn)行，例如在基礎(chǔ)教學(xué)階段中介紹常開常閉觸點(diǎn)時(shí)，學(xué)生往往難以建立起開、閉觸點(diǎn)的概念，難以理解具體的編程語言，在介紹具體的編程要求時(shí)，如基礎(chǔ)的紅綠交通燈控制，單純的文字描述過于冗長且復(fù)雜，對于剛剛接觸PLC編程的學(xué)生很難理解編程運(yùn)行狀況，更無法將其與具體的編程內(nèi)容聯(lián)系起來.因此，孤立的理論教學(xué)部分所講述的編程基礎(chǔ)知識和方法，學(xué)生在課堂上難以理解和應(yīng)用.

同樣，實(shí)訓(xùn)教學(xué)主要以各種實(shí)例編程為主，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的要求進(jìn)行編程，接線以及調(diào)試，需綜合運(yùn)用所學(xué)的PLC相關(guān)理論知識.由于前期理論教學(xué)與后續(xù)實(shí)踐教學(xué)沒有進(jìn)行融合而是相互獨(dú)立，學(xué)生只知其然而不知其所以然的被動做實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目相關(guān)的內(nèi)容，無法完整地對整個(gè)課程體系進(jìn)行有效的學(xué)習(xí).

2 構(gòu)建理實(shí)一體化教學(xué)模式

我國著名教育思想家陶行知先生早已提出了“教學(xué)做”合一的教學(xué)理論［4］，將這一理論運(yùn)用到現(xiàn)代職業(yè)教育當(dāng)中，在高職院校實(shí)施基于工作過程系統(tǒng)化課程及體系教學(xué)活動中［5］，可將“教學(xué)做”合一的教育思想拓展理解為高等職業(yè)教育3大要素“教學(xué)做”相互融合，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)做”合一的教育思想理念.在高等職業(yè)教育中“教”與“學(xué)”最終的目的是為了學(xué)生的“做”，“做”是體現(xiàn)高技能人才的關(guān)鍵因素，“教”與“學(xué)”均圍繞“做”展開一系列的教學(xué)活動，才能更好的體現(xiàn)高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)過程的核心教學(xué)思想.

將理論知識和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目內(nèi)容有效的融合，理論教學(xué)以必須、夠用為度［6］，以滿足高技能人才培養(yǎng)所需的理論基礎(chǔ)為原則，在理論教學(xué)中貫穿實(shí)踐內(nèi)容，在實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行理論講解，通過實(shí)踐加深對理論知識的理解和掌握，再用理論指導(dǎo)實(shí)踐促進(jìn)技能水平、綜合能力的提升，兩者相互循環(huán)促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)知識對技能的轉(zhuǎn)化，技能對知識的運(yùn)用，不斷提高學(xué)生的理解能力、學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的邏輯思維、應(yīng)用和創(chuàng)新能力.

理實(shí)一體化教學(xué)模式將“教學(xué)做”有效地融入到理論和實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，在“教”中“做”，“做”中“學(xué)”，“做”中“教”［7］這一過程中，學(xué)生可以現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用并且通過實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)觀察理解編程語言的邏輯關(guān)系，進(jìn)一步加深對課程知識的理解和運(yùn)用.編程運(yùn)行正確與否，即時(shí)體驗(yàn)真?zhèn)螌﹀e(cuò)，出現(xiàn)問題用“做”中“教”的方式及時(shí)糾正，彌補(bǔ)理論知識方面的欠缺.

在這一教學(xué)過程中，教師與學(xué)生形成了交流互動的良好學(xué)習(xí)氛圍，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生會主動提出一些積極的拓展性想法，如，若控制要求改變，程序如何調(diào)整變化等等.不但提高了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的求知欲和探索精神，還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維.這種教學(xué)模式深受學(xué)生的歡迎，到課率和學(xué)習(xí)效果均有較大的提升.

3 理實(shí)一體化教學(xué)模式的運(yùn)用

3.1 課程內(nèi)容介紹及要求

“PLC控制技術(shù)”課程主要以西門子公司旗下S7-200系列為例，學(xué)生需掌握基本工作原理和基本指令的使用以及PLC系列設(shè)備的編程思維和方法，能繪制并正確完成PLC的I/O接線，能根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)控制程序，進(jìn)行實(shí)物系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試，最終達(dá)到控制要求，實(shí)現(xiàn)用PLC完成邏輯控制任務(wù).

課程中根據(jù)現(xiàn)場不同的控制工作要求如何編程是課程的重點(diǎn)，建立和培養(yǎng)好學(xué)生編程邏輯思維，即使型號不同，編程語言有些差別，但是邏輯關(guān)系和基礎(chǔ)知識是相通的，學(xué)生可融會貫通，在今后的工作崗位中，對于不同型號的PLC設(shè)備編程也能較快掌握和靈活運(yùn)用，同時(shí)對其他編程類課程也有觸類旁通的效果.針對理實(shí)一體化教學(xué)的特點(diǎn)，筆者將原有的PLC理論部分的教學(xué)大綱重新規(guī)劃，將實(shí)訓(xùn)課程與理論課程合理交叉融合，針對不同部分的理論教學(xué)，安排相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)任務(wù).

3.2 課程教學(xué)任務(wù)安排

“PLC控制技術(shù)”課程總學(xué)時(shí)數(shù)為78學(xué)時(shí).運(yùn)用理實(shí)一體化教學(xué)模式，對課程教學(xué)進(jìn)行分階段目標(biāo)設(shè)計(jì)［8］，共設(shè)計(jì)了8個(gè)學(xué)習(xí)情境，從易到難，簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)安排學(xué)習(xí)情境，逐步培養(yǎng)學(xué)生建立起理論知識結(jié)構(gòu)、應(yīng)用技能、分析問題和解決問題的能力.部分學(xué)習(xí)情境的知識目標(biāo)和技能目標(biāo)見表1.

“PLC控制技術(shù)”課程經(jīng)過學(xué)習(xí)情境1~7的理實(shí)一體化課程教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)基本掌握了PLC相關(guān)理論知識和相應(yīng)的技能，如何學(xué)以致用，深化理解能力，進(jìn)一步提升專業(yè)能力和技能水平，本文選擇學(xué)習(xí)情境8為范例，進(jìn)一步闡述“理實(shí)一體化”教學(xué)模式的運(yùn)用.

（1）學(xué)習(xí)情境8：工件自動分揀系統(tǒng)

工件自動分揀系統(tǒng)功能及要求：在上料、傳送、放料3個(gè)子系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建工件自動分揀系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可自動分揀不同物品并將其放置在指定位置上.完成該系統(tǒng)的知識目標(biāo)、技能目標(biāo)，詳見表1.學(xué)習(xí)情境8的實(shí)施，學(xué)生已進(jìn)入了獨(dú)立實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的訓(xùn)練階段.

表1 各學(xué)習(xí)情境知識技能目標(biāo)一覽表（部分）

（2）以任務(wù)驅(qū)動完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

學(xué)習(xí)情境8以任務(wù)書的形式［9］下發(fā)給學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的訓(xùn)練.工件自動分揀系統(tǒng)任務(wù)書主要內(nèi)容：系統(tǒng)的基本功能及要求，所要達(dá)到的知識目標(biāo)和技能目標(biāo)，學(xué)生需完成方案設(shè)計(jì)等6項(xiàng)具體工作任務(wù)，詳見表2.學(xué)生拿到任務(wù)書后，先了解項(xiàng)目的任務(wù)描述，明確任務(wù)要求，教師提出引導(dǎo)性意見，例如在方案設(shè)計(jì)時(shí)在滿足系統(tǒng)基本功能要求的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生有創(chuàng)新或特殊設(shè)計(jì)，并提出需思考的問題以及完成任務(wù)要進(jìn)行哪些知識準(zhǔn)備，如何查閱參考資料等等.以任務(wù)為主線，通過任務(wù)驅(qū)動來引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)生前期的學(xué)習(xí)情況，以優(yōu)帶差，3~4人組成一個(gè)項(xiàng)目小組，確保每名同學(xué)都夠積極參與.

表2 項(xiàng)目考核內(nèi)容及考核標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備階段期間，教師引導(dǎo)學(xué)生積極探索，以小組為單位通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等方式自行查找、收集相關(guān)資料，對自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、工作流程以及工作現(xiàn)場狀況進(jìn)行綜合分析研究，并利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有設(shè)備，在3大模塊子系統(tǒng)（上料，傳送，放料）基礎(chǔ)上制定和優(yōu)化方案.每個(gè)小組要完成工件自動分揀系統(tǒng)所需的其他模塊設(shè)計(jì)、接線、調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行等任務(wù).系統(tǒng)完成度越高，錯(cuò)誤率越低，分揀系統(tǒng)的準(zhǔn)確度及效率越高，系統(tǒng)才具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值.

3.3 “教學(xué)做”合一的要素組合

在以任務(wù)為主線的教學(xué)過程中，鼓勵學(xué)生積極參與教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃忧笏?，主動進(jìn)步，完成實(shí)訓(xùn)任務(wù).在理實(shí)一體化教學(xué)過程中，“教學(xué)做”3要素的融合有6種組態(tài)原型［10］：“教中學(xué)”“教中做”“學(xué)中教”“學(xué)中做”“做中教”“做中學(xué)”.根據(jù)實(shí)際教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)情境8的項(xiàng)目任務(wù)特點(diǎn)，筆者側(cè)重于“做中學(xué)”“做中教”這種要素融合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在“做”的過程中，融入“教”與“學(xué)”的要素.根據(jù)學(xué)生“做”的狀況，發(fā)現(xiàn)問題開展有針對性的“教”與“學(xué)”活動來解決問題，形成“做”中有“教”有“學(xué)”這樣一種高等職業(yè)教育氛圍，并通過“做”反饋“教與學(xué)”存在的問題從而進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，進(jìn)一步提升“做”的能力.避免了理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)孤立分開的弊端，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、認(rèn)知能力和技能水平，這樣更有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維.

3.4 充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性

理實(shí)一體化教學(xué)模式的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，學(xué)習(xí)的熱情被充分被調(diào)動起來.學(xué)生思維活躍，許多學(xué)生在制定方案中提出了富有創(chuàng)造性的想法：在原來的系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入報(bào)警系統(tǒng)，例如在上料倉空倉時(shí)進(jìn)行提示；根據(jù)料盤中的物料達(dá)到上限時(shí)，設(shè)置對應(yīng)的指示燈進(jìn)行提醒；報(bào)警系統(tǒng)作用時(shí)停止循環(huán)分揀，直至問題解決，按下對應(yīng)按鈕解除報(bào)警狀態(tài)后才可重新開始分揀工作等等.有的學(xué)生還加入人機(jī)界面控制，分揀系統(tǒng)不僅可以通過外部按鍵控制，還可以通過觸摸屏進(jìn)行操作；在觸摸屏界面中添加料盤及指示燈畫面，通過畫面可以實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前分揀工作的進(jìn)程，例如料盤當(dāng)前放置的物料個(gè)數(shù)以及位置等等.

好的方案是成功的開始，每組確定好方案后，學(xué)生先“做”，根據(jù)方案設(shè)計(jì)，編程、選擇器件和外部接線，最后進(jìn)行下載調(diào)試.對學(xué)生編程當(dāng)中出現(xiàn)的問題，教師在現(xiàn)場及時(shí)通過“做中教”“做中學(xué)”相融合的方式進(jìn)行解決.

3.5 在“做”的過程中常出現(xiàn)的問題

在項(xiàng)目完成過程中，一些學(xué)生對PLC指令理解不透，在設(shè)計(jì)程序或調(diào)試控制程序時(shí)容易出現(xiàn)偏差，使得系統(tǒng)達(dá)不到運(yùn)行要求，主要表現(xiàn)在：將金屬與塑料的物料混雜在一起，無法通過程序控制將兩種物料區(qū)分；機(jī)械手還未將物料放置到料盤的指定位置，料盤卻自行轉(zhuǎn)動回到原點(diǎn)位置等等.

針對學(xué)生在“做”的過程中出現(xiàn)的這些問題，教師需對相關(guān)指令深入講解，幫助學(xué)生分析程序上的漏洞，通過對工作原理的詳細(xì)解釋引導(dǎo)學(xué)生自己不斷完善程序.教師在“做中教”，學(xué)生在“做中學(xué)”“教學(xué)做”相互交替融合，形成了教師與學(xué)生互動的良好局面.加深了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和運(yùn)用，培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，提高了核心技能水平，更重要的是學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和求知欲有了很大的提升.

3.6 效果及項(xiàng)目考評

學(xué)生小組獨(dú)立完成編程、接線、調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行后，進(jìn)行展示解說［11］，就系統(tǒng)性能能否滿足所制定的方案要求、有無特殊或創(chuàng)新點(diǎn)、能否達(dá)到所設(shè)定的預(yù)期目標(biāo)值等方面進(jìn)行說明，并對該組完成任務(wù)情況，按照任務(wù)書中制定的項(xiàng)目考核內(nèi)容及考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核.

學(xué)生先根據(jù)項(xiàng)目考核內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自評，讓學(xué)生轉(zhuǎn)換角色，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)，項(xiàng)目實(shí)施以及存在的問題進(jìn)行自查、反思，對任務(wù)完成情況自評成績，小組內(nèi)成員之間互評，在此基礎(chǔ)上教師給出評價(jià)意見和分?jǐn)?shù).學(xué)生自評分、小組成員之間互評分以及教師評分，3組評分以20%，30%，50%的比例合計(jì)為每位學(xué)生在該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的總分，見表2.

在該項(xiàng)目的實(shí)施過程中學(xué)生全程參與方案設(shè)計(jì)、程序編制、外部接線、調(diào)試運(yùn)行和評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容相通互融，相互印證的良好教學(xué)效果，進(jìn)一步提升了學(xué)生編程能力，應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的能力.一方面具體的任務(wù)項(xiàng)目有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣，另一方面直觀的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果讓學(xué)生更加了解各邏輯指令在編程當(dāng)中的運(yùn)用，系統(tǒng)運(yùn)行成功增強(qiáng)了學(xué)生的榮譽(yù)感和成就感，在今后的工作中更加自信.

4 結(jié)語

“PLC控制技術(shù)”課程作為機(jī)電類相關(guān)專業(yè)的重點(diǎn)課程，因其系統(tǒng)性、實(shí)踐性強(qiáng)，需要學(xué)生有較好的邏輯思考和理解能力.因此，孤立的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)會使理論和實(shí)踐脫節(jié)，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生很難系統(tǒng)的掌握課程知識，應(yīng)用能力和技能水平也難以提高.采用理實(shí)一體化教學(xué)模式，將“教學(xué)做”有效的進(jìn)行融合，把理論學(xué)習(xí)與實(shí)際操作緊密結(jié)合，發(fā)揮理論與實(shí)踐教學(xué)相互促進(jìn)的積極作用.在3要素當(dāng)中，“教”與“學(xué)”是圍繞學(xué)生會“做”開展教學(xué)工作，在“做”的過程中出現(xiàn)問題，再通過“教”和“學(xué)”解決，使得學(xué)生“做”的更好，從而提升知識、技能水平.在實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)模式教學(xué)過程中，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高了學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)了對理論知識的理解和應(yīng)用能力，進(jìn)一步提升了學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合素養(yǎng)和技能水平，收到了良好的教學(xué)效果，得到了學(xué)生們的好評.