顧丹

摘要：《PLC原理及應(yīng)用》是高等職業(yè)院校一門重要的專業(yè)課程，結(jié)合個(gè)人幾年來的教學(xué)實(shí)踐摸索，本文主要從PLC課程教學(xué)內(nèi)容的選取、教學(xué)的組織設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的搭建、課程的考核等幾個(gè)方面對《PLC原理及應(yīng)用》這門課程的教學(xué)過程進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：PLC；教學(xué)組織設(shè)計(jì)；教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號：G42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0140-02

可編程控制器（PLC）是在20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制技術(shù)融為一體，利用軟件進(jìn)行過程控制，具有豐富的接口模塊。其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性價(jià)比高，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱之一。

為了更好地培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展需要的應(yīng)用型高職高專人才，《PLC原理及應(yīng)用》課程已經(jīng)成為高等職業(yè)院校工科類的一門重要專業(yè)課程。如何在高職院校教好這門課程？結(jié)合近幾年個(gè)人對該門課程教學(xué)的不斷實(shí)踐與探索，本文主要探討對《PLC原理及應(yīng)用》教學(xué)的體會(huì)。

一、課程內(nèi)容選取

PLC的生產(chǎn)廠家成百上千，比較知名的有德國的西門子、日本的三菱、美國的AB、法國的施奈德等品牌。生產(chǎn)廠家雖多，但在標(biāo)準(zhǔn)化方面做得較差，PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉，而不是開放的；絕大多數(shù)PLC使用專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議；各種PLC產(chǎn)品的編程語言在表示方式、尋址方式和語法結(jié)構(gòu)上都不一致，使得它們互不兼容。在教學(xué)的過程中，究竟以哪種PLC開展教學(xué)呢？目前，關(guān)于PLC課程的教材也有成百上千種，有以西門子系列PLC為對象的教材，也有以三菱系列PLC為對象的教材。有限的教學(xué)時(shí)間不可能讓學(xué)生把每種不同品牌的PLC都進(jìn)行學(xué)習(xí)，但作為老師，又應(yīng)該讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到不同PLC產(chǎn)品編程語言的不同與相通性，在未來工作中更好地適應(yīng)不同的工作對象。因此，在PLC教學(xué)中，不應(yīng)該簡單地根據(jù)教材以某一種品牌的PLC來進(jìn)行教學(xué)，而應(yīng)該以一種為主，適當(dāng)補(bǔ)充另一品牌的PLC的內(nèi)容。比如，可以以市面上使用最廣泛的西門子PLC為主要教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充三菱PLC進(jìn)行對照，讓學(xué)生既認(rèn)識(shí)到差異，又發(fā)現(xiàn)其相通性。這樣，學(xué)生在未來的工作中遇到不同品牌的PLC時(shí)才不至于手足無措。

二、教學(xué)的組織與設(shè)計(jì)

《PLC原理及應(yīng)用》課程的重點(diǎn)在應(yīng)用，學(xué)會(huì)接線與編程是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)，但對于高職高專的學(xué)生而言，編程是一件很難的事情，作為老師，如何真正教會(huì)學(xué)生掌握編程的方法，是重要的教學(xué)任務(wù)。項(xiàng)目化教學(xué)是目前較為推崇的教學(xué)方式，關(guān)于PLC課程教學(xué)的項(xiàng)目化教程也隨處可見。經(jīng)過幾年的教學(xué)摸索發(fā)現(xiàn)，針對《PLC原理與應(yīng)用》這門課程，面對高職高專學(xué)生，倘若一開始就進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)，無疑會(huì)讓毫無PLC知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生苦不堪言，喪失學(xué)習(xí)的信心。個(gè)人認(rèn)為，雖然高職教育強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，但有必要先簡單介紹PLC的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與編程基礎(chǔ)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上再開始學(xué)習(xí)編程。當(dāng)然，學(xué)生學(xué)習(xí)編程就像學(xué)習(xí)語言一樣，不能一開始就布置具體的編程任務(wù)，應(yīng)該先教會(huì)學(xué)生讀懂簡單程序，從模仿開始。在教學(xué)的設(shè)計(jì)上，可以按照基本理論單元、應(yīng)用實(shí)例分析、模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際設(shè)計(jì)幾個(gè)單元來組織教學(xué)。

首先，介紹清楚PLC的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、編程的基本要素與規(guī)則。比如，在講PLC的工作原理時(shí)，一定要將繼電器的工作原理講清楚，然后引出PLC的觸點(diǎn)、線圈的概念，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到軟繼電器的含義，利于學(xué)生后續(xù)理解編程。之后可以開始讓學(xué)生學(xué)習(xí)編程，學(xué)習(xí)編程的時(shí)候，可以從讀懂簡單的程序開始，在對簡單程序理解分析的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)行模仿。在教學(xué)的過程中，經(jīng)常有學(xué)生感嘆道：我每次都聽懂了，但要讓我自己來編寫程序就感覺無從下手。針對這種情況，練習(xí)是最好的解決方法。在課堂的教學(xué)中，適當(dāng)?shù)亓舫鰰r(shí)間給學(xué)生，針對所講內(nèi)容布置簡單的編程小練習(xí)，在練習(xí)中逐步學(xué)會(huì)編寫簡單小程序。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更重要的是讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)這門課程的實(shí)際意義，體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣。雖然有最開始對PLC應(yīng)用領(lǐng)域的總體介紹，但對于學(xué)生而言，那是空洞的、抽象的。在簡單的編程練習(xí)之后，應(yīng)該引入完整的PLC應(yīng)用實(shí)例，比如常見的交通燈模擬控制、自動(dòng)門的控制等，從學(xué)生容易理解的身邊實(shí)例開始，再逐步過渡到工業(yè)過程控制中PLC的應(yīng)用。通過實(shí)例進(jìn)行任務(wù)分析與編程設(shè)計(jì)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，理解PLC的應(yīng)用。這一點(diǎn)，我在教學(xué)中深有體會(huì)。在這部分的教學(xué)中，由于學(xué)生基本沒有生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，對大多數(shù)控制系統(tǒng)的工藝流程及其要求理解不深，導(dǎo)致很多時(shí)候無法正確地分析控制的過程。此時(shí)，作為老師，可以采取播放相關(guān)工業(yè)控制視頻、與學(xué)生一起分析控制任務(wù)、到現(xiàn)場參觀等多種方式來解決這一難題。

PLC基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、簡單編程的練習(xí)與模仿、應(yīng)用實(shí)例的分析，有了這些基礎(chǔ)，就可以開始進(jìn)行簡單的模擬實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用設(shè)計(jì)了。在應(yīng)用設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以以項(xiàng)目化教學(xué)方式進(jìn)行，簡單地講，可以將學(xué)生分成若干個(gè)項(xiàng)目小組，按照布置項(xiàng)目任務(wù)、任務(wù)分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目總結(jié)的步驟引導(dǎo)學(xué)生完成完整的基于PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)。其中，項(xiàng)目任務(wù)可以由老師下達(dá)，從任務(wù)分析到項(xiàng)目總結(jié)由每組選派的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人組織進(jìn)行，在這個(gè)過程中，老師作為項(xiàng)目顧問給予幫助和指導(dǎo)。

由于培養(yǎng)的對象是高職高專學(xué)生，培養(yǎng)的人才是高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，在PLC課程的教學(xué)過程中，除了教會(huì)技術(shù)，讓學(xué)生掌握技能，還應(yīng)該注重素質(zhì)的培養(yǎng)，對學(xué)生工程全局意識(shí)的培養(yǎng)也應(yīng)該貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中。比如，在介紹到PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的概念時(shí)，不是簡單告訴學(xué)生PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)就是PLC輸入輸出的端子數(shù)，還應(yīng)該告訴學(xué)生，PLC的點(diǎn)數(shù)信息可以從說明書中獲得，對實(shí)際使用過程中進(jìn)行PLC選型非常重要，在實(shí)際選型過程中需要根據(jù)現(xiàn)場的需要確定點(diǎn)數(shù)，既不過多浪費(fèi)也要有冗余。另外，在進(jìn)行實(shí)際控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，除了正確性，還要注意安全性與合理性?？梢酝ㄟ^案例的對比分析加強(qiáng)學(xué)生對控制系統(tǒng)安全性的重視，培養(yǎng)此種意識(shí)。

三、教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的搭建

PLC課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，好的實(shí)踐平臺(tái)的搭建是學(xué)習(xí)好該門課程的關(guān)鍵。首先，在課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，可以分為三個(gè)環(huán)節(jié)：第一，熟悉編程軟件，進(jìn)行簡單程序編寫的基本環(huán)節(jié)；第二，驗(yàn)證性的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)；第三，項(xiàng)目式的完整應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，可以考慮建設(shè)一體化教室，以滿足教師分析案例、講解編程思路，學(xué)生動(dòng)手編程調(diào)試的教學(xué)過程的需要。在選用與購買實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，為了讓學(xué)生真實(shí)感受到從PLC外圍接線到編程的與實(shí)際現(xiàn)場相同的工作過程，應(yīng)避免選用常見的輸入輸出端插頭式箱體實(shí)驗(yàn)設(shè)備，盡量讓學(xué)生自己體會(huì)端子的接線。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的構(gòu)成單元除了中心控制單元PLC、指示燈之外，還可以適當(dāng)增加觸摸屏等工業(yè)常用的PLC外圍設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上，可以根據(jù)具體的班級學(xué)生人數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備的臺(tái)套數(shù)，比如，可以以20組設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，以滿足40名學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在電腦配置上，可以一臺(tái)設(shè)備配置兩臺(tái)電腦，這樣，可以讓更多的學(xué)生進(jìn)行編程練習(xí)與分時(shí)調(diào)試。同時(shí)，又可以讓該實(shí)驗(yàn)室作為專業(yè)機(jī)房，進(jìn)行相組態(tài)軟件等相關(guān)專業(yè)軟件的學(xué)習(xí)，以提高實(shí)驗(yàn)室的利用率。當(dāng)然，為了讓學(xué)生全面地體會(huì)從設(shè)計(jì)、接線到實(shí)現(xiàn)控制的全過程，除了進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，還可以在學(xué)習(xí)的后期開展項(xiàng)目的制作。教師可以設(shè)計(jì)幾個(gè)簡單的項(xiàng)目任務(wù)，讓學(xué)生完成基于PLC的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。項(xiàng)目不必過于復(fù)雜，但需要由學(xué)生完成任務(wù)分析、硬件選型、硬件接線、編程調(diào)試的全過程。有了全過程的參與和體驗(yàn)，學(xué)生以后才能更好地融入與勝任實(shí)際的項(xiàng)目。為了完成這個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，在建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，有必要在實(shí)驗(yàn)室增設(shè)一個(gè)簡單的制作與設(shè)計(jì)區(qū)域，可以根據(jù)條件配置幾臺(tái)普通的實(shí)驗(yàn)桌，常用的導(dǎo)線與工具即可。在必要的時(shí)候，建議專業(yè)教師可以與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備廠家共同完成實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)與設(shè)計(jì)，以更好地適應(yīng)教學(xué)需要。當(dāng)然，最后需要教師根據(jù)課程實(shí)踐的三個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)單元編寫出適合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程。

四、課程的考核

關(guān)于課程的考核，我們不能過多地強(qiáng)調(diào)哪一張?jiān)嚲怼τ趯?shí)踐性很強(qiáng)的《PLC原理及應(yīng)用》這門課程，既然重視實(shí)踐，那么也應(yīng)該重視實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核，才能更好地督促與引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，不能將實(shí)踐與理論完全割裂。在教學(xué)過程中，嘗試將該課程的考核分成三個(gè)部分，以配合教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。第一部分：課堂教學(xué)部分成績，主要針對理論教學(xué)的過程，考查學(xué)生的出勤，小組討論、發(fā)言的積極性，作業(yè)練習(xí)完成的情況，約占成績的30%；第二部分：實(shí)踐環(huán)節(jié)成績，主要針對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行考核。該成績由實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫三部分成績構(gòu)成。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)中，整個(gè)過程是最重要的，教師在指導(dǎo)的過程中要監(jiān)控學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與情況并進(jìn)行記錄，同時(shí)檢查實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。由于實(shí)驗(yàn)是分小組完成，此部分既考核了個(gè)人，又考核了小組的協(xié)調(diào)配合。約占成績的30%。第三部分：期末的閉卷卷面考試。在出卷的過程中，可以選取平時(shí)強(qiáng)調(diào)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考核，比如：基本概念性知識(shí)、簡單的編程設(shè)計(jì)、編程的注意事項(xiàng)等，宜簡不宜難，主要考查學(xué)生個(gè)人對基本編程知識(shí)的掌握情況，起到督促其學(xué)習(xí)的作用。

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