摘要：《中國教育現(xiàn)代化2035》提出了“教學(xué)信息化”，《教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》提出將虛擬仿真技術(shù)作為在線實踐教學(xué)的新方式。在此背景下，中職PLC教學(xué)應(yīng)嘗試與虛擬仿真技術(shù)相融合，一方面提升教學(xué)的現(xiàn)代化與智能化水平，另一方面借助虛擬仿真技術(shù)解決教學(xué)資源不足、教學(xué)條件不理想等現(xiàn)實問題，進一步提高中職PLC教學(xué)質(zhì)量。本文首先分析PLC教學(xué)現(xiàn)狀與虛擬仿真技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢，其次探討了基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)模式與具體實踐策略，最后提出虛擬仿真技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用解決了哪些問題及今后應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；PLC教學(xué)；研究與實踐

可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，主要用于工業(yè)環(huán)境，具有可靠性高、靈活性強、易于擴展、通用性強、使用方便等優(yōu)勢。隨著PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，機電一體化專業(yè)學(xué)生需要掌握扎實的PLC知識以及積累豐富的PLC操作經(jīng)驗。因此，實踐教學(xué)是PLC課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，但隨著實踐教學(xué)的開展，教師發(fā)現(xiàn)有限的教學(xué)資源難以支持學(xué)生實現(xiàn)高效學(xué)習(xí)，為解決這一現(xiàn)狀，PLC課程開啟了線上教學(xué)探索，發(fā)現(xiàn)國家虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享平臺、國家智慧教育公共服務(wù)平臺、泛雅平臺等能夠為PLC課程教學(xué)提供良好的支撐，切實提高PLC課程教學(xué)的實效性。

一、PLC教學(xué)現(xiàn)狀

PLC教學(xué)一般采用教師講授、學(xué)生聽課的傳統(tǒng)方式，對此教學(xué)模式進行分析發(fā)現(xiàn)，其在保證課堂秩序、完成教學(xué)任務(wù)方面有著明顯優(yōu)勢，但同時其也有著較為顯著的不足。以教師講授、學(xué)生聽課為主的教學(xué)方式難以取得理想的教學(xué)效果，其普遍存在三大弊端，一是學(xué)生普遍會在兩周后出現(xiàn)明顯的知識遺忘現(xiàn)象；二是學(xué)生在課堂上的參與感與體驗感較差，學(xué)習(xí)積極性與主動性不強；三是忽視了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實踐能力。而PLC教學(xué)對學(xué)生自學(xué)能力、思維能力、實踐能力、創(chuàng)造能力要求較高，由此可見，傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法滿足PLC教學(xué)要求。為打破傳統(tǒng)教學(xué)模式給PLC教學(xué)帶來的桎梏，有效提高PLC教學(xué)效率與質(zhì)量。將虛擬仿真技術(shù)融入教學(xué)中，倡導(dǎo)利用虛擬仿真技術(shù)使學(xué)生能夠模擬PLC程序設(shè)計、調(diào)試和運行，切實提高學(xué)生的實際操作能力和解決問題能力［1］。

二、虛擬仿6e2ed7258df351058939ca1b723d867d9ba4b959b84b8951679d5a447a029eb0真技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

傳統(tǒng)的“PLC控制技術(shù)”課程教學(xué)模式主要是教師在為學(xué)生講授理論知識后，指導(dǎo)學(xué)生在實訓(xùn)臺上利用所學(xué)知識來開展驗證性實驗，其目的是加強學(xué)生對所學(xué)知識的掌握深度，同時鍛煉學(xué)生的實操能力。但這種教學(xué)模式也存在較為明顯的不足，如學(xué)生在已知結(jié)果下開展實驗操作會使其思維受到桎梏，同時缺失學(xué)習(xí)興趣與積極性等。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指出學(xué)生不應(yīng)該是知識的被動接受者，而是學(xué)習(xí)的主人，強調(diào)知識的建構(gòu)來源于學(xué)生的個人體驗。針對此，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于PLC教學(xué)中，建構(gòu)基于虛擬仿真技術(shù)的多元化實訓(xùn)教學(xué)模式，滿足學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)需求。為充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用價值，教師與學(xué)生需要掌握不同虛擬仿真技術(shù)獨有的優(yōu)勢，以便根據(jù)教學(xué)需求選擇最恰當(dāng)?shù)奶摂M仿真技術(shù)。仿真動畫技術(shù)、電工技能與實訓(xùn)仿真教學(xué)系統(tǒng)、CADe_SIMU電氣線路繪制仿真軟件、FXTRNBEGC仿真系統(tǒng)、GXworks軟件的鮮明特點分別為可視化與動態(tài)化、元素豐富且操作簡單、可操作性強且可用于繪制電氣原理圖、可模擬豐富的現(xiàn)代化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、支持實際工程項目與現(xiàn)場調(diào)試。獨特優(yōu)勢在于可將抽象化的電器元件原理結(jié)構(gòu)變得直觀化簡單化，可幫助學(xué)生建立完整的知識體系，可支持單步模擬，具有很好的可操作性，可支持學(xué)生在軟件中進行PLC編程、設(shè)備安裝、接線、調(diào)試、運行、故障排除等多方面的專業(yè)技術(shù)能力訓(xùn)練，可以實現(xiàn)程序的虛擬仿真與調(diào)試，因為其有簡單工程和結(jié)構(gòu)工程兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、SFC、ST、結(jié)構(gòu)化梯形圖等編程語言［2］。

三、基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)模式構(gòu)建

（一）教學(xué)目標

為了更好地實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，助力學(xué)生職業(yè)發(fā)展，構(gòu)建了基于正確價值觀引領(lǐng)的專業(yè)知識和專業(yè)技能培養(yǎng)體系，并最終實現(xiàn)崗位適任的教學(xué)總目標。具體教學(xué)目標主要從專業(yè)知識、專業(yè)技能、崗位要求和課程思政四個方面展開，通過理論與仿真技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)，使學(xué)生了解PLC的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、發(fā)展趨勢和應(yīng)用領(lǐng)域；了解PLC的主要性能指標、工作方式、安裝布線等技術(shù)要求；熟練掌握典型PLC的編程指令，使用編程軟件編制與修改一般PLC控制程序。通過仿真與實踐操作，使學(xué)生初步具備分析實際PLC控制系統(tǒng)的能力，能合作完成簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、編程和調(diào)試工作。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備PLC開發(fā)所必需的基本知識與技能。培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范意識、質(zhì)量意識、創(chuàng)造意識，使學(xué)生初步具備工藝員、技術(shù)員和設(shè)計員等應(yīng)用崗位所需的職業(yè)道德，提升職業(yè)素養(yǎng)，為最終成為一個具有家國情懷的技術(shù)技能型人才奠定基礎(chǔ)。

結(jié)合崗位能力需求，基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)要尊重學(xué)生的主體地位，指導(dǎo)學(xué)生充分利用仿真動畫技術(shù)、電工技能與實訓(xùn)仿真教學(xué)系統(tǒng)、CADeSIMU電氣線路繪制仿真軟件、FXTRNBEGC仿真系統(tǒng)、GXworks軟件開展深層次的自主思考、合作探究、實操練習(xí)，實現(xiàn)理論知識與實操技能提升［3］。

（二）課程內(nèi)容

傳統(tǒng)PLC課程的銜接不夠理想且存在知識點分散、細碎等問題，為提高基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)化的知識體系，為學(xué)生今后遷移應(yīng)用PLC知識奠定良好基礎(chǔ)，需要對課程內(nèi)容進行重構(gòu)。

基于綜合化、模塊化和項目化的設(shè)計思路，以實踐活動為主線，將理論知識和技能訓(xùn)練有機結(jié)合，對PLC課程內(nèi)容進行梳理整合后確定了三大模塊、六個項目。三大模塊為基本邏輯指令模塊、步進指令模塊和功能指令模塊，項目具體為三相交流異步電動機的控制、電動門運行控制、物料分揀控制系統(tǒng)、交通信號燈的控制、小車多工位運料控制、霓虹燈系統(tǒng)控制。六個項目分別為24課時、8課時、8課時、4課時、8課時、8課時，共計60課時。采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，將每個項目又拆分為若干個小任務(wù)，在每個任務(wù)中融入了PLC的基礎(chǔ)知識、程序設(shè)計、電氣連接等方面的專業(yè)知識和技能。通過系統(tǒng)化的課程教學(xué)，學(xué)生可熟練掌握各種基本命令、熟練繪制系統(tǒng)線路圖與安裝線路、了解FX系列編程器等其他軟件轉(zhuǎn)換接口、掌握梯形圖與指令表等編程方式［4］。

（三）思政元素

為了實現(xiàn)產(chǎn)教融合、德技并修的育人目標，深入挖掘基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)中的思政元素，在教學(xué)各個環(huán)節(jié)融入課程思政點。在課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)，可以通過大國工匠、技能大師教學(xué)案例，將民族精神、科技力量、制造強國、國家擔(dān)當(dāng)?shù)人颊c融入教學(xué)過程。在課程實施環(huán)節(jié)，例如程序設(shè)計部分，利用仿真技術(shù)，訓(xùn)練科學(xué)思維方法，培育學(xué)生勇于探索的精神。

同時整個教學(xué)環(huán)節(jié)將規(guī)范意識、責(zé)任意識、精益求精的工匠精神潛移默化地傳遞給學(xué)生，旨在將職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、愛國情懷、工匠精神等元素融入課程教學(xué)內(nèi)容中，做到德育為先，人文立課。

（四）仿真系統(tǒng)的選擇

上文已經(jīng)梳理總結(jié)了不同虛擬仿真技術(shù)獨有的優(yōu)勢，教師在實際教學(xué)過程中需要結(jié)合每個模塊的內(nèi)容特點和學(xué)生表現(xiàn)，對比各個仿真軟件的優(yōu)勢，采用最合適的虛擬仿真技術(shù)，以加強虛擬仿真技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用價值，切實提高PLC教學(xué)的實效性。

四、基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)實踐

（一）課前預(yù)習(xí)

教師在課前通過信息化平臺推送與任務(wù)相關(guān)的視頻資源，讓學(xué)生初步對需要學(xué)習(xí)的知識點有一定的了解，并完成相關(guān)的練習(xí)。例如，教師在基本指令模塊教學(xué)時為學(xué)生布置理論知識自學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)其利用泛雅平臺上的在線課程開展學(xué)習(xí)并要求學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束后完成平臺上的小測試。

（二）課堂教學(xué)

課堂教學(xué)強調(diào)操作規(guī)范，培養(yǎng)工匠精神，可分解成以下幾步來完成學(xué)習(xí)目標。

1.任務(wù)引入與分析

任務(wù)的引入可以采用創(chuàng)設(shè)情境的方式，將學(xué)生帶入一個具體的場景中，引導(dǎo)學(xué)生思考并發(fā)現(xiàn)需bf619569e253099767b9828f8eda5f85b96923825f4fc4e45d1728b58dc37fda要學(xué)習(xí)的知識和技能；也可以提出一個或多個問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望，促進他們的主動學(xué)習(xí)和思考；還可以通過具體的案例，讓學(xué)生分析和討論案例中的問題和解決方案，進而引出教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)。

2.知識儲備與問題探究

以步進指令模塊的教學(xué)實踐為例，教師利用網(wǎng)絡(luò)平臺和FXTRNBEGC仿真系統(tǒng)為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源。學(xué)生在課前利用教學(xué)視頻、課件、文獻資料等了解狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的概念、狀態(tài)編程法以及電動門操作系統(tǒng)的運行原理等基礎(chǔ)知識。

分析課前預(yù)習(xí)的檢測結(jié)果，在課堂上對學(xué)生自學(xué)有困難或較難理解的知識點進行重點講解，如SFC編程中STL與RET的使用、SFC與梯形圖的轉(zhuǎn)換。同時引導(dǎo)學(xué)生思考步進順控程序應(yīng)用場合，探究自動門任務(wù)中的控制要求和解決方法。

3.總結(jié)與評價

總結(jié)梳理任務(wù)中的知識點、重點難點以及遇到的問題和解決方法，鍛煉學(xué)生溝通交流的能力。同時也可以在總結(jié)過程中融入思政元素，進一步進行課程思政。

采用多元化評價方法，課前預(yù)習(xí)情況、課中任務(wù)實踐、課后作業(yè)拓展，學(xué)習(xí)平臺自我評價、組內(nèi)互評、組間互評、教師評價相結(jié)合。實施過程式評價，評價學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的具體表現(xiàn)，在實訓(xùn)過程中對知識的運用情況，考查學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力。

（三）課后拓展

課后拓展采用線上討論、線下作業(yè)相結(jié)合的方式進行，達到夯實基礎(chǔ)、拓展技能的目標。以順序功能圖的應(yīng)用教學(xué)實踐為例，先要求學(xué)生在線上結(jié)合所學(xué)知識與“匠心制造智慧車庫，合力共創(chuàng)文明城市”相關(guān)新聞，討論“智慧車庫與城市發(fā)展的關(guān)系？智慧車庫是如何實現(xiàn)的”等問題，要求學(xué)生嘗試用仿真軟件設(shè)計完成智慧車庫程序，幫助學(xué)生進一步鞏固課堂所學(xué)，鍛煉學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

五、虛擬仿真技術(shù)在PLC教學(xué)中的優(yōu)勢及應(yīng)用建議

（一）解決了哪些問題

首先，解決了在線實訓(xùn)教學(xué)受限于軟硬件的問題。學(xué)生之間的家庭條件不同、學(xué)校之間的教學(xué)條件不同，部分學(xué)生會因缺失軟硬件設(shè)備而無法開展高效學(xué)習(xí)等情況。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于PLC教學(xué)中能夠讓學(xué)生在虛擬空間進行學(xué)習(xí)，使現(xiàn)實生活中的軟硬件設(shè)備不再是學(xué)習(xí)的必備品，切實化解了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的無力感。其次，解決了在線實訓(xùn)教學(xué)受限于平臺可用的問題?；谠诰€教學(xué)需求不斷增加，越來越多的線上學(xué)習(xí)平臺出現(xiàn)，但這類平臺往往難以滿足在線模擬學(xué)習(xí)等需求。而虛擬仿真技術(shù)的有效應(yīng)用，使學(xué)生真正擁有了可滿足自身學(xué)習(xí)需求的在線交互式實訓(xùn)平臺。最后，解決了在線實訓(xùn)教學(xué)受限于資源使用的問題。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生的主要學(xué)習(xí)陣地是課堂，學(xué)生用于實踐的資源多為現(xiàn)實材料，這就導(dǎo)致學(xué)生被“困”于課堂上，同時也面臨著教學(xué)資源缺失而無法開展實踐的情況，但將虛擬仿真技術(shù)融入PLC課程，學(xué)生能夠隨時隨地進行學(xué)習(xí)，甚至可以根據(jù)自身需求開展個性化學(xué)習(xí)［7］。

（二）應(yīng)用建議

首先，加強校企合作，以開發(fā)更多的典型教學(xué)案例。PLC課程教學(xué)的目的是提高學(xué)生實際應(yīng)用可編程邏輯控制器的能力，而這不僅需要學(xué)生開展實踐操作，也需要學(xué)生接觸到豐富的、多元的真實案例，以幫助學(xué)生積累有用的經(jīng)驗?；诖艘螅新殞W(xué)校需要進一步加強校企合作，借助企業(yè)的力量開發(fā)更多的典型教學(xué)案例，為學(xué)生綜合能力提升提供助力。其次，借助軟件平臺開發(fā)在線互動實訓(xùn)教學(xué)項目。通過校企合作獲取典型教學(xué)案例后，需要將其以虛擬仿真實訓(xùn)項目的形式在教學(xué)平臺上呈現(xiàn)，讓學(xué)生能夠真正通過案例獲取到有效的信息。最后，依托線上教學(xué)資源建設(shè)在線理實一體化課程。數(shù)字圖書館、教學(xué)資源庫、測評系統(tǒng)等均是建設(shè)在線理實一體化課程的重要內(nèi)容，中職學(xué)校需要在今后發(fā)展中對此類內(nèi)容加以重視，以搭建起完善的線上學(xué)習(xí)體系，讓學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)、在線實訓(xùn)、在線測評，不斷實現(xiàn)綜合能力提升［8］。

結(jié)語

綜上所述，開展基于虛擬仿真技術(shù)的PLC教學(xué)研究與實踐研討具有重要作用，基于研究可知傳統(tǒng)教學(xué)模式無法滿足PLC教學(xué)要求，導(dǎo)致PLC教學(xué)效果與預(yù)期不符，而虛擬仿真技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用解決了在線實訓(xùn)教學(xué)受限于軟硬件、受限于平臺可用、受限于資源適用等問題，對提高PLC教學(xué)效率與質(zhì)量有著重要意義。在今后PLC教學(xué)過程中，中職學(xué)校需要充分認識到，在線教育是教育信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物，因此為進一步加強虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用價值，可從加強校企合作、開發(fā)在線互動實訓(xùn)教學(xué)項目以及建設(shè)在線理實一體化課程等角度入手，這也是學(xué)者今后的研究方向。

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作者簡介：顧佳茗（1986—），女，漢族，江蘇靖江人，研究生，講師，研究方向：電子電工。