基于問題導(dǎo)向的西門子S7-200PLC主從通信線上線下混合教學(xué)實(shí)踐

魏甜甜

摘 要：文章論述以理實(shí)一體化項(xiàng)目西門子S7-200PLC主從通信為實(shí)踐對象，基于問題導(dǎo)向開展線上線下混合式教學(xué)，理清教學(xué)分析，規(guī)劃教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新教學(xué)評價(jià)。改革后的課程體系與教學(xué)模式提高了課堂的教學(xué)效果，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：問題導(dǎo)向;西門子S7-200;主從通信;線上線下教學(xué)

0 引言

隨著全球一體化進(jìn)程的加快，社會化分工將更加專業(yè)和精細(xì)，掌握一定專業(yè)知識和技能的人才成為社會化市場化就業(yè)的中堅(jiān)力量。高等職業(yè)院校作為提供不斷線就業(yè)服務(wù)的前沿哨站，不斷進(jìn)行著長技能、好就業(yè)人才培養(yǎng)的探索實(shí)踐和理論研究。

根據(jù)高等院校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和裝備制造大類專業(yè)基本技能標(biāo)準(zhǔn)要求，貫徹1+X證書制度，加快建設(shè)以問題導(dǎo)向的教學(xué)改革模式，實(shí)踐線上線下混合式教學(xué)模式，是當(dāng)下職業(yè)教育工作者亟須探究的課題。本文以理實(shí)一體化項(xiàng)目西門子S7-200PLC主從通信為教學(xué)改革實(shí)踐對象，為實(shí)現(xiàn)課程理論知識和工程實(shí)踐能力并存，培養(yǎng)與企業(yè)要求相符合的人才的終極目標(biāo)探索了新模式。

本項(xiàng)目選自在線開放課程“工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)”，該課程是高等職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課。本課程的教學(xué)任務(wù)包括西門子S7-200PLC的PPI主從通信、Q00UPLC和FX3U PLC之間的CC-link通信、兩臺S7-1200PLC之間的TCP/IP通信等。本項(xiàng)目內(nèi)容上承現(xiàn)場總線通信基礎(chǔ)，并為后續(xù)實(shí)現(xiàn)3臺S7-200PLC的PPI協(xié)議主從通信實(shí)踐應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。因此，在整個(gè)知識體系中起到了承上啟下的作用。基于此，將教材與項(xiàng)目指導(dǎo)書整合，并結(jié)合任務(wù)工單，思維導(dǎo)圖將學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分解，力求降低理論知識的學(xué)習(xí)難度，從而提升學(xué)生掌握現(xiàn)場總線通信技術(shù)理論知識，構(gòu)建西門子PLC通信系統(tǒng)的能力。

1 課程學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

針對高職學(xué)生來講，借助信息化手段和網(wǎng)絡(luò)資源等進(jìn)行教學(xué)，滿足了他們學(xué)習(xí)的需求，尤其是運(yùn)用手機(jī)和電腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流，能夠增強(qiáng)學(xué)生的參與性[1]。通過開展問卷調(diào)查混合式教學(xué)，分析學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣對于學(xué)生知識掌握的影響。同時(shí)，學(xué)生在知識技能上已經(jīng)能掌握基本西門子指令的使用，可進(jìn)行簡單控制要求的梯形圖編寫。

本項(xiàng)目要求在知識上掌握西門子PLC的多種通訊方式配置，了解數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本框架;能力上掌握在STEP7軟件中設(shè)定通訊，利用網(wǎng)絡(luò)向?qū)?shí)現(xiàn)主從站PLC通訊。針對當(dāng)前工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域課程內(nèi)容廣、更新快的特點(diǎn)，及時(shí)把握科技前沿，以裝備制造大類新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)則為指引，圍繞課程思政的要求，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的職業(yè)素養(yǎng)，以工匠精神引領(lǐng)勞動教育。同時(shí)貫徹“1+X”制度，實(shí)現(xiàn)課證融通，為學(xué)生未來參加工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維“1+X”職業(yè)資格考試奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2 基于問題導(dǎo)向的線上線下混合教學(xué)實(shí)踐

2.1? 教學(xué)模式構(gòu)建

宏觀上通過課前研學(xué)、課中演練、課后延伸來引領(lǐng)學(xué)生，根據(jù)課程的特點(diǎn)，基于信息化技術(shù)和手段，設(shè)計(jì)了線上線下混合教學(xué)流程，用實(shí)踐演練教學(xué)來全面提高課堂教學(xué)效果。以課中課堂演練為例，教師在課堂伊始用視頻動畫情境導(dǎo)入引出任務(wù)，帶領(lǐng)學(xué)生觀察現(xiàn)象，針對問題提出猜想，用實(shí)踐操作演練任務(wù)，最終用搭建出的電路現(xiàn)象驗(yàn)證結(jié)果，做到“觀察-猜想-演練-驗(yàn)證”環(huán)環(huán)相扣，讓教師在演和評的過程中實(shí)現(xiàn)做中教，學(xué)生在觀和練的過程中實(shí)現(xiàn)做中學(xué)的目的。

2020年突如其來的新冠肺炎疫情給高等教育帶來了深遠(yuǎn)的影響，使得在線教學(xué)在較短時(shí)間內(nèi)得到了極大普及[2]，線上教學(xué)同樣可以得到高效的教學(xué)效果。課前教師在教學(xué)平臺發(fā)布教學(xué)要點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容;課中通過網(wǎng)絡(luò)直播，翻轉(zhuǎn)師生之間的教學(xué)關(guān)系，學(xué)生提出猜想，教師在手機(jī)客戶端慕課堂發(fā)布闖關(guān)練習(xí)驗(yàn)證結(jié)果，激勵學(xué)生參與到課程中完成教學(xué)進(jìn)程;課后教師可根據(jù)平臺反饋的數(shù)據(jù)和曲線給學(xué)生做出客觀的評價(jià)，從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2.2 混合教學(xué)過程

2.2.1 課前研學(xué)

（1）發(fā)布學(xué)習(xí)要點(diǎn)。好的課前準(zhǔn)備是教學(xué)高效的一半，課前研學(xué)階段，教師在課程交流平臺發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生了解本次課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，登錄中國大學(xué)MOOC平臺進(jìn)入課程的SPOC進(jìn)行相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的微課學(xué)習(xí)，從而帶著準(zhǔn)備進(jìn)入課堂，教師后臺可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生完成的情況。

（2）均衡學(xué)生分組。根據(jù)組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)的原則，將學(xué)生進(jìn)行均衡分組，讓技能較強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任主操員，一輪實(shí)操后模擬真實(shí)工作場景，將角色進(jìn)行互換，達(dá)到以強(qiáng)帶弱，強(qiáng)弱互補(bǔ)的效果。

（3）預(yù)設(shè)故障任務(wù)。結(jié)合任務(wù)工單和企業(yè)實(shí)際操作規(guī)范，將任務(wù)電路中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)估和處理的演練。

（4）強(qiáng)調(diào)安全教育。實(shí)踐操作之前召集全班所有同學(xué)進(jìn)行安全用電、7S規(guī)范教育，真正做到實(shí)際模擬企業(yè)工位。

2.2.2 課中演練

課上播放視頻，對一臺PLC控制器的輸入設(shè)備進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)另外一臺PLC控制器的輸出設(shè)備做出相應(yīng)動作。提出問題：能否將多臺PLC組網(wǎng)連接在一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸送。引導(dǎo)學(xué)生參與討論，引發(fā)猜想，進(jìn)而引出本項(xiàng)目的內(nèi)容：兩臺S7-200PLC的PPI協(xié)議主從通信。

利用微課視頻教學(xué)課件，將具體教學(xué)任務(wù)細(xì)化為工單任務(wù)，把抽象的知識點(diǎn)直觀化，引導(dǎo)學(xué)生明確任務(wù)目標(biāo)。教師在手機(jī)小程序慕課堂發(fā)布闖關(guān)練習(xí)，并用手機(jī)投屏進(jìn)行展示講解。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求分組，完成慕課堂的討論。每個(gè)小組派代表上臺講解展示工作過程，引出知識點(diǎn)，從而達(dá)成知識目標(biāo)。

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，第一步 IO分配表，第二步構(gòu)建PLC通信網(wǎng)絡(luò)，第三步通訊組態(tài)建立，第四步程序編寫及下載。操作過程中，學(xué)生鞏固加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)向?qū)?shí)現(xiàn)主從站PLC通信的能力。通過這四步走，鞏固了本項(xiàng)目的教學(xué)重點(diǎn)。接著借助任務(wù)工單，引導(dǎo)學(xué)生思考幾個(gè)問題：第一，主從站之間的讀寫操作映射單元是如何分配的？第二，兩臺PLC實(shí)現(xiàn)主從站通信，使用編程電纜將電腦連接到主站PLC的PORT1通信口，那么在電腦上是否可以監(jiān)控到從站的PLC？此時(shí)學(xué)生可帶著問題，通過實(shí)際操作驗(yàn)證猜想。通過觀察-猜想-演練-驗(yàn)證，學(xué)生可掌握S7-200PLC PPI協(xié)議通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，弄清楚主從站PLC之間的讀寫操作，進(jìn)而攻克本次課程的教學(xué)難點(diǎn)。在任務(wù)操作拓展的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)際的工控網(wǎng)絡(luò)中不僅僅只有兩臺PLC之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，還包括智能化儀表、人機(jī)交互界面等等，這就為接下來實(shí)踐操作多臺PLC的智能互聯(lián)埋下了伏筆。

課堂評價(jià)以學(xué)生自評為依托，小組互評為提升，教師評價(jià)為主線。學(xué)生完成慕課堂的闖關(guān)練習(xí)之后，可查看平臺得分，回顧學(xué)習(xí)過程，進(jìn)而鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。

教師后臺可看到學(xué)生完成的情況，并形成學(xué)習(xí)報(bào)告，根據(jù)學(xué)生的作業(yè)反饋適時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。輔以學(xué)生的實(shí)際操作、小組合作、7S規(guī)范等形成最終評價(jià)結(jié)果。在全班學(xué)生中推選出本次課的“學(xué)習(xí)之星”，通過榜樣的力量讓學(xué)生增強(qiáng)自信，激勵學(xué)生達(dá)成素質(zhì)目標(biāo)。在課堂總結(jié)中，教師重點(diǎn)講解項(xiàng)目實(shí)施中的不規(guī)范操作，引以為鑒，對項(xiàng)目進(jìn)行成果展示并梳理知識點(diǎn)。

2.2.3 課后延伸

為拓展學(xué)生視野，教師從寬度延伸理論知識，深度挖掘?qū)嶋H運(yùn)用，深度拓展操作實(shí)踐，提高學(xué)生的綜合分析能力，為參加技能大賽、“1+X”職業(yè)資格考試打下理論基礎(chǔ)。增強(qiáng)職業(yè)教育適應(yīng)性，深化產(chǎn)教融合，利用校企合作的深度關(guān)系，聘請企業(yè)專家進(jìn)課堂，與學(xué)生進(jìn)行線上線下互動，對學(xué)生進(jìn)行階段考核。

3 結(jié)語

教育技術(shù)發(fā)展、信息化時(shí)代來臨和高校教學(xué)改革趨勢等，都促使混合式教學(xué)成為目前和未來教學(xué)研究發(fā)展的重點(diǎn)[3]?；趩栴}導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題;線上中國大學(xué)MOOC教學(xué)平臺，線下小程序慕課堂，交叉融合，師生互動，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;教師采用信息化手段，重構(gòu)課程體系，將抽象的知識形象化;將課程思政融入課堂教學(xué)，增強(qiáng)社會責(zé)任感，培養(yǎng)工匠精神;以技能競賽和職業(yè)技能證書為題擴(kuò)眼界，練技能，鞏固知識。

本項(xiàng)目線上線下混合式教學(xué)模式仍存在不足和缺陷，后續(xù)還需要將課程教學(xué)資源不斷更新和補(bǔ)充，以適應(yīng)現(xiàn)今的人才培養(yǎng)要求。依據(jù)平臺教學(xué)數(shù)據(jù)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和課堂互動，編寫與線上線下混合教學(xué)相適應(yīng)的教材，將問題導(dǎo)向作為項(xiàng)目驅(qū)動的長效機(jī)制，打造線上線下有機(jī)融合的“AI課程”。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王輝，吳平，朱浩，等.基于“金課”建設(shè)的“大學(xué)物理”線上線下混合教學(xué)實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2021（3）：51-55，61.

[2]陸麗芳.線上線下混合教學(xué)法在高職院校圖形圖像處理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國培訓(xùn)，2021（2）：71-72.

[3]劉曉東，王鵬，吳磊，等.基于SPOC的線上線下混合式教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐—以“環(huán)境影響評價(jià)”課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2021（4）：173-176.

（編輯 何 琳）