朱娟娟

陜西理工大學(xué) 陜西漢中 723000

可編程控制器（Programmable Logic Control，PLC）作為一種通用的工業(yè)控制器可以用于所有的工業(yè)領(lǐng)域，并取得了相當(dāng)可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[1]。PLC是高等院校自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程專業(yè)等工科專業(yè)學(xué)科一門非常重要的課程，同時(shí)PLC也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，其中軟件程序設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)中工作量最大、最復(fù)雜的一項(xiàng)工作，只有通過大量的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐練習(xí)和創(chuàng)新探索新知識(shí)，不斷研究、總結(jié)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)才能有效地學(xué)好這門課。但是在實(shí)際教學(xué)過程中由于很多因素導(dǎo)致學(xué)生對PLC課程的學(xué)習(xí)興趣不濃、實(shí)踐技能弱，不能熟練掌握程序設(shè)計(jì)方法。為此需不斷地探索研究并改進(jìn)PLC課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐技能的新方法，希望通過新的教學(xué)方法能有效地提高學(xué)生在程序設(shè)計(jì)方面的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力[2]。

1 PLC課程教學(xué)模式改革

1.1 課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合

目前，PLC課程的教學(xué)方法大多數(shù)都是先進(jìn)行課堂理論課講解，然后再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是PLC中的許多概念和內(nèi)容比較抽象，需要實(shí)踐操作才能真正掌握這些知識(shí)點(diǎn)，如果只進(jìn)行理論講解，不但使學(xué)生對所學(xué)知識(shí)理解掌握比較困難，而且會(huì)很容易忘記所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)過程中還會(huì)引發(fā)許多安全問題。例如：PLC的配置組態(tài)這章內(nèi)容中講解了PLC的硬件外觀構(gòu)造、硬件組態(tài)、接線方法及功能等，在純課堂講述中比較枯燥、抽象，教學(xué)效果也大打折扣，還容易因?yàn)閷W(xué)生對硬件的不熟悉導(dǎo)致PLC模塊的損壞，從而打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不能讓他們放開手腳，大膽做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

將課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互融合設(shè)計(jì)出新的PLC課程教學(xué)方法，也就是以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量將學(xué)生分組、分類劃分，根據(jù)教學(xué)要求將理論課中需要進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證的內(nèi)容進(jìn)行分類選出，然后再將選出的內(nèi)容結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備放在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理論講授，同時(shí)進(jìn)行PLC實(shí)踐操作。將課堂內(nèi)容放在實(shí)驗(yàn)室的理論講座，同時(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作驗(yàn)證和創(chuàng)新，再將實(shí)踐過程中的問題反饋到課堂中進(jìn)行講解學(xué)習(xí)。采用新的方法可以將實(shí)驗(yàn)中PLC的硬件認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)、軟件使用練習(xí)過程、基本指令練習(xí)、簡單的驗(yàn)證性等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容放在平時(shí)的授課中。通過課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合的教學(xué)方式可以給實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)節(jié)省出許多時(shí)間，后面就可以開展更多更好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給學(xué)生提供更多的實(shí)踐訓(xùn)練時(shí)間讓他們?nèi)W(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，能更有效地提高課堂效率和學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

1.2 進(jìn)行啟發(fā)式、研討式教學(xué)

因材施教，根據(jù)教學(xué)目的和內(nèi)容在課堂中引入以“問”“思”“答”為中心的“啟發(fā)、研討”教學(xué)方式代替過去單一的課堂灌輸式的教學(xué)模式[3]。新的教學(xué)模式增加了大量的課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，讓教師和學(xué)生有了更多的交流機(jī)會(huì)，使教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況更加了解，并及時(shí)對教學(xué)中的問題進(jìn)行處理和改進(jìn)。

做好課前預(yù)習(xí)，教師可以在課前根據(jù)將要講述的課堂內(nèi)容難點(diǎn)、特點(diǎn)給學(xué)生提出一些相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和問題讓他們進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，然后在課堂中進(jìn)行抽查提問，例如：在位邏輯指令這一節(jié)課程內(nèi)容中，可以讓學(xué)生先預(yù)習(xí)“邏輯運(yùn)算指令中嵌套式表達(dá)和先‘與’后‘或’的內(nèi)容，CPU在執(zhí)行程序時(shí)的邏輯順序是什么？PLC中梯形圖使用的標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)和繼電器控制的特點(diǎn)是什么？本章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)的難易程度和問題？”等問題。讓學(xué)生帶著問題上課，學(xué)習(xí)狀態(tài)和思維就會(huì)更加活躍，學(xué)習(xí)積極性就能被充分調(diào)動(dòng)起來。

教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況總結(jié)學(xué)生在此次課程中易出現(xiàn)的問題，然后尋找教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)著重講述。在課堂中選取基于某個(gè)與課程有關(guān)的典型案例讓學(xué)生進(jìn)行分析、交流和討論，在討論過程中讓學(xué)生相互提問、討論，最后教師答疑，高效完成教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。教師將學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、課堂中完成效果等情況記錄下來，在以后的學(xué)習(xí)考試中作為考評依據(jù)，給學(xué)生一些“壓力”和“動(dòng)力”，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過相互討論、學(xué)習(xí)、鉆研進(jìn)而加深學(xué)生對課程中基本原理和概念的理解，提高學(xué)生分析、解決問題的能力。

2 實(shí)踐教學(xué)改革

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革

在以往傳統(tǒng)的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本都是先從熟悉軟件的使用方法和簡單的基本指令練習(xí)開始的，然后再做幾個(gè)較復(fù)雜的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照教師給定的程序和要求進(jìn)行硬件接線，然后再把已給定的程序輸入PLC中進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，最后寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，就算完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。但是這些實(shí)驗(yàn)過程只是讓學(xué)生對PLC的程序設(shè)計(jì)方法有了初步了解，并不能讓學(xué)生完全熟練掌握PLC的編程方法，更不可能將其靈活運(yùn)用到工程實(shí)踐中，無法充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在整個(gè)課程教學(xué)中的真正作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是PLC學(xué)習(xí)中很重要的環(huán)節(jié)，所以我們要不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革創(chuàng)新。

2.1.1 合理增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在制訂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)可選擇一些典型的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后在此基礎(chǔ)上增加適量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可根據(jù)不同的教學(xué)要求和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備條件進(jìn)行[4]。例如：可以在前面所做過的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行加大難度的改進(jìn)或在實(shí)現(xiàn)不同的功能要求上進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者根據(jù)教學(xué)任務(wù)要求進(jìn)行全新的內(nèi)容設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生根據(jù)指定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)條件自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生要掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件考慮實(shí)驗(yàn)的合理性和可操作性。

設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生在不斷地探索學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力、程序設(shè)計(jì)能力和自學(xué)能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)成就感[5]。

2.1.2 系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力

PLC是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要想真正學(xué)好PLC這門課程，就要從基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行扎實(shí)學(xué)習(xí)，進(jìn)行大量的程序設(shè)計(jì)練習(xí)，通過多思、多問、多練，不斷積累編程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過嚴(yán)格的系統(tǒng)性訓(xùn)練才能有效提高編程水平[6]。

第一階段：首先從基本指令編程練習(xí)開始學(xué)習(xí)，熟悉PLC實(shí)驗(yàn)裝置，熟練掌握編寫“與、或、非”“置位/復(fù)位”、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及其擴(kuò)展、基本編程方法等基本指令的應(yīng)用。例如：“置位/復(fù)位”的經(jīng)典組合應(yīng)用、“定時(shí)指令”構(gòu)成信號(hào)閃爍控制程序等基礎(chǔ)程序段一定要熟練掌握。然后再尋找包含基本指令的經(jīng)典的小程序分析其每個(gè)程序段的功能及編程特點(diǎn)，輸入到PLC中進(jìn)行運(yùn)行驗(yàn)證并觀察執(zhí)行過程，觀察運(yùn)行結(jié)果，通過監(jiān)視情況逐句分析，直到完全理解整個(gè)程序執(zhí)行過程和設(shè)計(jì)方法為止，并記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的問題，對這些問題進(jìn)行整理、分析，總結(jié)重要知識(shí)點(diǎn)和方法。用上述方法對大量的經(jīng)典程序進(jìn)行學(xué)習(xí)，練就扎實(shí)的基本功。

第二階段：經(jīng)過第一階段的訓(xùn)練之后，再要求學(xué)生對一些經(jīng)典的、難度適中的PLC程序進(jìn)行“填空式”改編。將稍大程序根據(jù)功能和應(yīng)用的指令方法不同拆分成塊，給出程序的一部分內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求，讓學(xué)生用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行“填空”補(bǔ)全程序，運(yùn)用所學(xué)基本指令知識(shí)逐個(gè)修改條件，觀察運(yùn)行結(jié)果，通過觀察監(jiān)控情況發(fā)現(xiàn)程序中的問題，再反過來重新修改。例如：先給出三層電梯控制程序的部分程序，把一些重點(diǎn)、難點(diǎn)程序段空出來，讓學(xué)生填入程序，完成整個(gè)程序的功能要求。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對程序進(jìn)行了3～5次以上的反復(fù)修改與調(diào)試，并對修改的數(shù)據(jù)結(jié)果做下記錄，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到要求為止。多選取一些經(jīng)典實(shí)用程序利用上述方法讓學(xué)生進(jìn)行大量練習(xí)，使學(xué)生能親身體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的成就感并掌握程序設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

第三階段：經(jīng)過第一、二階段的學(xué)習(xí)訓(xùn)練之后，學(xué)生已經(jīng)能熟練使用基本指令進(jìn)行基本編程設(shè)計(jì)了。然后利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備資源讓學(xué)生自己獨(dú)立設(shè)計(jì)稍有難度的程序，學(xué)生不僅要自編程序完成不同的功能，還要寫出調(diào)試程序過程中的問題及分析解決方法。例如：前兩個(gè)階段已將三層電梯控制程序熟練掌握，然后讓學(xué)生自編四層或五層電梯的控制程序或者是一些常用的較復(fù)雜的程序。通過一步步大量的自編程序練習(xí)，學(xué)生具備了一定經(jīng)驗(yàn)，接著應(yīng)該考慮復(fù)雜指令的應(yīng)用以及程序的優(yōu)化等。

2.2 開展多樣化的課外創(chuàng)新科技活動(dòng)

課外科技活動(dòng)是鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)科學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)、技術(shù)改造的學(xué)習(xí)過程[7]。一般是由參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的學(xué)生自主完成整個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。它能培養(yǎng)學(xué)生分析解決工程實(shí)際問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和進(jìn)行設(shè)計(jì)、技術(shù)改造的能力。在校園內(nèi)形成創(chuàng)新教育氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參加各種創(chuàng)新活動(dòng)，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。例如：自?dòng)化、電氣專業(yè)的學(xué)生這幾年在西門子杯PLC設(shè)計(jì)大賽、學(xué)校自己組織的各種PLC比賽及技術(shù)項(xiàng)目中取得了優(yōu)異的成績。這些課外活動(dòng)讓學(xué)生更加喜愛學(xué)習(xí)PLC這門課，也使學(xué)生的編程水平和技巧得到了提升。

3 結(jié)語

PLC在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用越來越廣泛，它是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的重要支柱，同時(shí)它也是工科院校一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。要不斷地改進(jìn)PLC課程教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，創(chuàng)新教學(xué)理念，利用現(xiàn)有的各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和資源開展多樣化的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生能扎實(shí)掌握這門課的理論基礎(chǔ)知識(shí)，有效提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、程序設(shè)計(jì)能力和自學(xué)能力，熟練、靈活地將這些理論知識(shí)應(yīng)用到各個(gè)工程實(shí)踐中[8]。