項目驅(qū)動教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程中的創(chuàng)新與實踐

姚芝鳳?徐鳳霞?巨勇智

摘要：項目驅(qū)動教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中，通過任務(wù)驅(qū)動，項目導(dǎo)引，促進職業(yè)能力的培養(yǎng)。給出了項目驅(qū)動教學(xué)方法在課程中的具體實施過程和應(yīng)用項目驅(qū)動教學(xué)方法取得良好的教學(xué)效果。具體的實施過程包括如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣、項目的制定、項目的實施和項目的完成等幾個方面；通過學(xué)生完成項目時的錄屏和錄像，以及學(xué)生完成項目上交的文件等形式給出取得的教學(xué)效果。充分體現(xiàn)了項目驅(qū)動教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程中起到的積極教學(xué)作用和取得的良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電氣控制；PLC；項目驅(qū)動教學(xué)法；仿真實驗

一、前言

2020年1月19日，工信部發(fā)布《2019年中國電子信息制造業(yè)綜合發(fā)展指數(shù)報告》，該報告指出，5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能化升級和數(shù)字新型基礎(chǔ)設(shè)施的快速推進為電子信息制造業(yè)帶來重要發(fā)展機遇。從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)看，PLC（可編程邏輯控制器）、工控計算機、工業(yè)用智能模組等工業(yè)類電子設(shè)備都將出現(xiàn)新興裂變和迭代升級，獲得進一步發(fā)展機遇。而大部分學(xué)生學(xué)習“電氣控制與PLC技術(shù)“這門課程之后不能真正掌握PLC電氣控制方面的軟硬件設(shè)計、安裝與調(diào)試，有些學(xué)生不具備項目流程的整體設(shè)計能力。學(xué)生的能力與社會需求之間存在著較大的差距。段春霞在“應(yīng)用型本科院?！半姎饪刂婆cPLC技術(shù)”課程教學(xué)改革探討”中，提出了應(yīng)用型本科院?！半姎饪刂婆cPLC技術(shù)”課程應(yīng)該注重實踐性強的特點，進行課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)模式的變革、考核模式的變化，重點培養(yǎng)學(xué)生理論知識應(yīng)用于實際的變通能力和一定的創(chuàng)新能力，以適應(yīng)社會技術(shù)發(fā)展的需要[1]。林雪冬、孫建在《基于虛擬仿真技術(shù)的電氣控制與PLC教學(xué)改革實踐研究》中提出通過教學(xué)改革實踐借助虛擬仿真技術(shù)使抽象的電氣控制原理圖“動起來”，生動具體地展現(xiàn)電氣控制過程與電氣元件的響應(yīng)情況；同時，探索PLC-電氣控制仿真與傳統(tǒng)實訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方法，達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，提高學(xué)習效果的目的[2]。張冰，趙黎明在《突出工程導(dǎo)向的“電氣控制及PLC”課程教改》中提出以突出“工程實踐”為導(dǎo)向，對課程教學(xué)的內(nèi)容、方法、手段、考核方式以及實驗設(shè)置及課程實習實訓(xùn)等方面進行改革研究和實踐，達到培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目的[3]。

項目驅(qū)動教學(xué)法在實際的教學(xué)中已有很多成功的案例，張彥軍、劉文怡針對工程技術(shù)人才培養(yǎng)同生產(chǎn)和創(chuàng)新實踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，提出的基于科研成果驅(qū)動式的電子綜合實踐教改方法，有效提升了學(xué)生處理工程問題的能力[4]；徐東升根據(jù)幾年的探索和實踐寫了一本《包裝設(shè)計項目教學(xué)》教材[5]；李麗萍將項目驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用在計算機軟件課程中，提高了學(xué)生的實踐能力[6]。

二、項目驅(qū)動教學(xué)法在課程中的意義

項目驅(qū)動教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程中應(yīng)用的目標是培養(yǎng)學(xué)生的項目思維，使學(xué)生具有解決實際應(yīng)用問題的能力，能完成程序的編寫和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。教學(xué)達到以下效果：1.理論與實踐結(jié)合模式的轉(zhuǎn)變：從被動完成老師安排的實驗變成學(xué)生主動、挑戰(zhàn)式地完成選擇或設(shè)計的項目；2.知識掌握程度的變化：從知識的局部掌握變成知識的全面掌握與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的項目思維能力；3.工程能力的培養(yǎng)：通過具體、實際與工程結(jié)合的項目鍛煉學(xué)生獨立地完成電氣程序架構(gòu)設(shè)計、方案設(shè)計、編寫程序、開發(fā)以及測試，增強學(xué)生的工程意識和工程應(yīng)用能力；4.團隊精神的培養(yǎng)：幾名同學(xué)共同完成一個項目，可以進一步培養(yǎng)學(xué)生的相互溝通能力和團隊合作精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。

項目驅(qū)動教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中，通過任務(wù)驅(qū)動、項目導(dǎo)引促進了對學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)。從全局設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的一般過程出發(fā)，通過指導(dǎo)學(xué)生獨立完成項目任務(wù)，由簡單到復(fù)雜地培養(yǎng)學(xué)生的項目思維；將理論教學(xué)、實踐操作和綜合設(shè)計訓(xùn)練有機結(jié)合，使學(xué)生具有解決實際應(yīng)用問題的能力，能對具體項目進行I/O分配、畫出接線圖、完成程序的編寫和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，滿足企業(yè)對高校畢業(yè)生有關(guān)電氣控制與PLC技術(shù)方向的職位要求，提高自動化專業(yè)學(xué)生的就業(yè)率。

三、項目驅(qū)動教學(xué)法在課程中的具體實施

“電氣控制與PLC技術(shù)”課程應(yīng)用項目驅(qū)動教學(xué)法。首先通過播放往屆學(xué)生獨立完成具體項目錄制的視頻，生動具體地讓學(xué)生感受到本門課程的趣味性、實用性和可學(xué)性，從而達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣、提高學(xué)習效果的目的；然后布置具體的項目，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生獨立完成并錄制視頻，鍛煉學(xué)生的工程思維能力、動腦動手、實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)。項目驅(qū)動教學(xué)法的實施過程如圖1所示，包括激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣、項目的制定、項目的實施和項目的考核四個環(huán)節(jié)。

（一）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣

首先激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，有了學(xué)習興趣才能積極地參與，達到預(yù)想的學(xué)習效果。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣呢？首先是實用性，通過求職網(wǎng)讓學(xué)生了解社會對PLC方向人才的需求量以及崗位要求；其次是可行性，首先要樹立學(xué)生的自信心，相信自己可以通過努力完成一個與PLC相關(guān)的項目。通過播放往屆學(xué)生獨立完成項目錄制的視頻，如圖2所示，讓學(xué)生感受到本門課程設(shè)定的項目是可以通過自己的努力完成的。

（二）項目的制定

項目的來源主要是通過在知網(wǎng)查詢歷年與PLC相關(guān)的優(yōu)秀本科生畢業(yè)設(shè)計；與PLC方向相關(guān)的優(yōu)秀省級、國家級大創(chuàng)項目、PLC方面的大賽；與已畢業(yè)且從事PLC相關(guān)行業(yè)的學(xué)生進行交流等多種方式。

項目選定之后，相關(guān)教師要對項目進行預(yù)做，對項目進行評估。包括項目的難易程度、項目的數(shù)量、幾名同學(xué)完成一個項目、項目完成后的效果，項目對學(xué)生各方面的鍛煉都是設(shè)定項目時值得反復(fù)推敲的。

（三）項目的實施

具體的項目選定后，在項目的實施過程中一定要體現(xiàn)學(xué)生的獨立性，相信學(xué)生解決問題、處理問題的能力，加以啟發(fā)式引導(dǎo)、情感鼓勵，加強學(xué)生的成就感、獲得感，從而使學(xué)生更有學(xué)習興趣，形成良性循環(huán)。

諸如PLC的基本指令、定時器的運行、PLC的功能指令等這樣的小知識點采用課堂授課→軟件驗證→學(xué)生錄屏的方式打牢基礎(chǔ)知識；具體項目諸如變頻器、觸摸屏的應(yīng)用等采用課堂授課→實驗教學(xué)→項目設(shè)計→學(xué)生錄像的方式實現(xiàn)項目驅(qū)動法教學(xué)。以實際項目作為教學(xué)載體，由易到難、由簡到繁、逐層深入、步步遞進地展開教學(xué)，確保項目驅(qū)動教學(xué)方法的有效實施。

（四）項目的考核

強化過程考核。項目的實施過程中，階段性地記錄分數(shù)，即使最終項目沒完成，也會將考核成績納入到課程期末總成績中，提高學(xué)生的項目參與度。課程成績?nèi)绻剑?）所示。

a=b×50%+c×50%（1）

其中表示課程成績，表示平時成績，表示期末考試成績。平時成績的構(gòu)成如公式（2）所示。

b=d×50%+e×50%（2）

其中表示上課狀態(tài)，表示項目參與情況。的構(gòu)成如公式（3）所示。

e=f×30%+g×30%+h×40%（3）

其中表示項目的難易程度，表示團隊協(xié)作情況，?表示項目的完成情況。

四、具體的項目實施案例

以藥品灌裝機PLC控制設(shè)計項目為例，包括PLC電路接線圖的設(shè)計、PLC程序的編寫調(diào)試以及組態(tài)畫面的建立。

（一）PLC的I/O端口分配

該項目用到了PLC的五個輸入端口和八個輸出端口，PLC的I/O端口分配如表1所示。

（二）藥品灌裝機系統(tǒng)的主電路和控制電路設(shè)計

根據(jù)PLC的I/O端口分配以及控制要求，設(shè)計系統(tǒng)的主電路和控制電路，分別如圖3和圖4所示。

（三）藥品灌裝機控制程序設(shè)計

系統(tǒng)的軟件流程如圖5所示，包括報警部分、運行模式的選擇以及程序的正常執(zhí)行。

（四）藥品灌裝機控制組態(tài)仿真

應(yīng)用三菱GT Simulator3仿真軟件對系統(tǒng)進行仿真，如圖6所示?？刂祈撁嬷饕ㄏ到y(tǒng)的啟動和停止、自動模式和手動模式的切換、裝藥數(shù)量的選擇、指示燈的顯示。

五、項目驅(qū)動教學(xué)法實踐效果

通過兩年在實際教學(xué)中采用項目驅(qū)動教學(xué)方法，達到了一定的預(yù)期效果，學(xué)生的參與度顯著增加，自動化16級學(xué)生總?cè)藬?shù)117人，參與項目33人，除了考研的3名同學(xué)之外，其他同學(xué)均已就業(yè)；自動化17級學(xué)生總?cè)藬?shù)125人，參與項目87人，除了考研的9名同學(xué)，其他同學(xué)目前已就業(yè)58人（截至2021年1月29日）。近兩年畢業(yè)設(shè)計選擇PLC方向的學(xué)生明顯比之前多，而且畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量明顯提高，學(xué)生找與PLC相關(guān)的行業(yè)的工作也有所增加。

項目驅(qū)動教學(xué)法也支持線上教學(xué)，2019—2020年春季學(xué)期的“電氣控制與PLC技術(shù)”課程采用的是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，雖然項目沒有硬件部分，但部分學(xué)生用電腦進行了項目的仿真實驗并錄屏。

六、結(jié)語

本文給出了項目驅(qū)動教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中的具體實施過程，同時也給出了近兩年應(yīng)用項目驅(qū)動教學(xué)法取得的良好教學(xué)效果：激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決實際工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神。項目驅(qū)動教學(xué)法不僅使自動化專業(yè)學(xué)生或開設(shè)PLC相關(guān)課程的本科學(xué)生受益，而且對于在該方向有興趣的教師也是一個加強綜合能力的過程。

參考文獻

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[2]林雪冬，孫建.基于虛擬仿真技術(shù)的電氣控制與PLC教學(xué)改革實踐研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019（17）：236-239.

[3]張冰，趙黎明.突出工程導(dǎo)向的"電氣控制及PLC"課程教改[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（上旬刊），2018（08）：133-134.

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[6]李麗萍.項目驅(qū)動教學(xué)法在計算機軟件課程中的實踐[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2019，117（01）：127-129.