高職院校可編程序控制器課程的教學設計

馮美英 付 偉 史美娟

【摘要】本文針對高職教育的特點和培養目標,充分運用柳州職業技術學院所在的地域優越性,利用地方企業及學院擁有的資源,從教學內容、教學組織、教學方法等方面,對可編程序控制器課程的進行了大膽的設計與創新。在整個設計過程中,不僅突出學生動手能力、創新能力與自主學習能力的培養,而且注重學生與企業零距離對接,全面提高了該課程的教學質量與教學效果。

【關鍵詞】 可編程序控制器高職教育教學設計程序設計

一、 課程的定位

可編程序控制器課程是柳州職業技術學院電氣自動化、供用電技術、電子信息工程、計算機控制技術、機電一體化技術等專業的主干課程。一般在二年級時候開課,前修課程主要有:模擬電子技術、數字電子技術、電工基礎、電力電子變流技術、電工初級操作證考證、機床電氣控制技術等專業課程,后續課程主要有:變頻調速技術、總線控制技術、計算機控制技術以及一些相關專業的課程設計和畢業設計等。相當多的同學畢業設計內容是以可編程序控制器為核心。在學生就業方面,很大一部分學生從事可編程應用技術方面的崗位工作。

該門課程是柳州職業技術學院五個專業的主干課程,學生對這門課程掌握程度如何,將直接影響他們的就業情況。因此,該院對這門課程的建設相當重視。由此也可以看出加強該門課程的教育技術教學建設顯得尤為重要。

可編程序控制器課程是廣西區級精品課程,自從批準為廣西區級精品課程以來,柳州職業技術學院做了以下工作:一是加強了主講教師和實驗實訓指導教師隊伍的建設,目前已經形成一支年齡、學歷、職稱、雙師素質相對合理的師資隊伍;二是加強了教學改革的力度,為了使這一門課程的教學更加貼近工業企業的現場,該院進行了大量的社會調研,對課程的前修課程、后續課程以及課程設計和畢業設計等作了充分調整,進一步明確課程的作用和地位;三是加大了設備的投入,建立了工業控制技術實訓分室,里面有可編程序控制器45套、計算機48臺,透明仿真教學電梯、電機調速實驗裝置、恒壓供水系統各1臺,完全能滿足可編程序控制器課程的實踐課程和理論課程的教學。

二、 課程的性質和任務

(一) 課程性質

就課程性質而言,可編程序控制器課程是自動化技術專業(如電氣工程自動化技術、工業自動化技術、生產過程自動化技術、工業自動化儀表及應用專業)的一門專業核心課程。

(二) 課程任務

通過可編程序控制器課程的學習,能達到對PLC的常見控制系統進行安裝、調試以及運行和維護。課程結束后,要求學生交出3個完整的PLC系統設計方案。

三、 教學對象的分析

教學對象為電氣自動化、供用電技術、電子信息工程、計算機控制技術、機電一體化技術等專業的二年級學生,學生的主要特點有:第一,經具備一定的專業基礎課理論知識,并且具有一定的電工操作能力;第二,于課程對學生后續課程的學習和就業的作用,學生學習的積極性很高;第三,從歷屆學生的學習效果來看,都能掌握本課程的基本理論和典型應用。部分學生從基本理論到實際動手能力能夠達到較高的水平,能夠參加到企業的項目改革工作中去。

四、 教學目標設計

(一) 課程特點

可編程序控制器課程是一門理論與實踐緊密結合,實踐性很強的學科主干課程,因此,在教學中必須有效地把課堂教學、實驗教學、實訓教學、課程設計、畢業設計等結合起來,采用集視、聽、做一體的教學模式來提高教學效果,提高學生的工程實踐能力。

(二) 本課程目標

能力目標:(1)PLC硬件安裝與接線;(2)PLC程序設計與調試;(3)PLC綜合應用能力

知識目標:(1)了解PLC品牌型號結構、性能指標;(2)PLC編程軟件安裝、使用;(3)掌握PLC的基本工作原理;(4)掌握常用指令、程序控制類指令的應用;(5)掌握PLC程序設計的基本方法;(6)掌握PLC運行調試方法;(7)掌握PLC控制系統技術文檔的撰寫方法。

職業素養目標:(1)用電安全意識;(2)產品質量意識;(3)節能環保意識(4)團隊合作意識;(5)相互溝通意識;(6)自主學習意識。

(三) 本課程教學內容和要求

項目1是運料小車控制系統。其內容包括:控制系統軟硬件安裝和接線,PLC程序錄入,PLC指令運用,運料小車控制系統程序設計,系統調試方法。要求為:PLC品牌型號識別;PLC系統規范安裝;PLC系統接線;PLC編程軟件安裝與使用;PLC簡單的程序輸入;程序編寫;仿真調試;聯機調試。

項目2是自動倉儲系統。其內容包括:硬件選擇,控制系統軟硬件安裝和接線,PLC程序錄入,PLC順序功能指令運用,自動倉儲控制系統程序設計,系統調試方法,倉儲系統調試與運行維護。要求為:了解自動倉儲系統總體功能設計目標及方案設計;掌握自動倉儲系統硬件型號選擇;掌握機械部件安裝方法;掌握電動機安裝與接線方法;掌握系統綜合布線工藝;掌握PLC程序編寫流程;掌握順序控制編程方法;掌握PLC控制系統調試。

項目3是恒壓供水控制系統。其內容包括:硬件選擇,控制系統軟硬件安裝和接線,PLC程序設計,PLC指令的綜合運用,模擬量的應用,變頻器的使用,恒壓供水控制系統程序設計,系統調試方法,系統運行與維護。要求為:熟悉恒壓供水系統功能,懂得系統各種類硬件型號的選擇,掌握水泵、壓力計、變頻器、PLC的硬件安裝與操作,能夠采用PLC來控制恒壓供水系統,進行整體軟硬件系統設計,編寫完整的控制程序,并完成恒壓供水控制系統的調試。

項目4是中央空調控制系統。其內容包括:硬件選擇,系統軟硬件安裝,工程繪圖,工程接線,PLC程序設計,PLC指令的綜合運用,模擬量的應用,變頻器的綜合使用,中央空調控制系統程序設計,系統調試與運行維護。要求為:熟悉中央空調系統功能;懂得中央空調系統各種類硬件型號的選擇;掌握水泵、壓縮機、變頻器、PLC的硬件安裝與操作;能夠采用PLC來控制中央空調系統,進行整體軟硬件系統設計;編寫完整的控制程序,并完成中央空調控制系統的調試。

項目5是工程實踐。其內容包括:資料查找、網絡結構設計、實際工程的安裝接線、實際工程的編程、工程程序的調試與試運行、技術文檔撰寫。要求為:掌握PLC控制系統的功能分析方法;掌握PLC安裝接線圖的繪制能力;懂得PLC硬件選型;熟練掌握PLC I/O表編制方法;掌握PLC安裝接線工藝; 掌握PLC控制系統程序設計方法;熟練掌握系統運行調試;具備技術文檔撰寫能力。

五、 教學過程策略設計與教法設計

可編程序控制器課程的教學過程以學生為主體,教師為助手,教師在適當的時候才進行講解。借助文字教材、西門子系列PLC、課程網站、五個項目等媒體來實現教學目標。文字教材是在教和學中貫穿始終的重要依據,PLC及其相應的軟件是學習的根本。課程網站中的教學課件是課堂授課的主要媒體之一,在課程網站上提供的不僅有理論方面的信息內容,還有實訓方面的內容,講究理論實踐一體化,幫助學生在學完理論知識時,能運用相應的理論知識解決企業現場可能碰到的問題。同時,課程網站可以幫助學生預習和復習。假設學生在課堂中漏了什么內容,則可以到網站上下載該部分內容再學習。

(一)課堂總體授課設計

一是教學主要媒體與設備。課堂授課的主要教學媒體與設備包括電子教案、粉筆+黑板、STEP7-Micro/WIN32(我們目前主要以西門子S7-200機型授課)軟件+PLC+計算機等。(1)電子教案:本課程授課的主要教學媒體,電子教案以文字、梯形圖程序、指令表、外部接線圖及主電路等生動形象的表達課程內容,突出重點內容和難點,以提高學生的學習興趣和注意力,加深學生對知識的理解。(2)粉筆+黑板:把每一次課需要學生重點記憶的內容板書出來,讓學生知道每一次課的重點是什么。當教師講到這一部分時能引起學生的注意。同時也可以把一些學生或教師臨時想到的相關實例寫出來講解。(3)STEP7-Micro/WIN32(我們目前主要以西門子S7-200機型授課)軟件+PLC+計算機:主要是通過現場編程,把計算機上的程序送入到PLC上,能夠直觀的體現程序(或指令)的功能。

二是授課方式。在每一次課中,以上的教學媒體是不可缺的。在教學的過程中,對于每一個項目,我們是實行先把相關的指令講解,然后讓學生查找相關資料,進行項目設計。在整個過程中教師只是輔助作用,學生才是主體。

每一個項目教學完畢后,學生必須交出相應的學習成果。

(二) 課外輔導設計

1.自學。一般會有一部分學生的學習底子比較好,而對于教學大綱中要求掌握的內容如果他們已經掌握了,那么教師就應該激勵他們擴展新的知識,往往是適當的引導他們做一些小設計,或者讓他們參與企業的一些項目改造工作,在這一過程中他們就必須要學會自學一些知識。這些知識的獲取有兩種方式:一是在教師的課外指導下獲取;二是從我們的網站上獲取。

2. 組織學生討論。一般是以宿舍為單位組成討論小組,指定舍長負責組織,可以就某個內容討論,也可以在網站上開展討論,這時負責教師可以在線,也可以不在線。

3. 以信息技術為核心充分利用柳州職業技術學院提供的網絡和其他教學資源,如信函、電話答疑、網絡課堂、電子郵件等。

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【基金項目】 廣西教育廳新世紀廣西高等教育教學改革工程項目“十一五”立項項目(2009c129)

【作者簡介】 馮美英(1972-),女,廣西柳州人,柳州職業技術學院副教授,研究方向:電氣自動化;付偉(1963-),男,廣西柳州人,柳州職業技術學院講師,研究方向:電氣自動化;史美娟(1980-),女,陜西咸陽人,柳州職業技術學院助教,碩士,研究方向:電力系統及其自動化。

(責編何田田)