淺談《可編程控制器》課程的體驗式課堂教學模式

摘 要：《可編程控制器》課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，而傳統(tǒng)教學采用對逐個指令進行講解為主，先講基本指令，再講功能指令。教學內容比較抽象，學生難以理解，教師雖然用心講授，但效果并不理想。為提高教學質量和實效，我校將體驗式教學法引入《可編程控制器》教學過程中，實施在課堂教學中設置情境，讓學生在教學情境中體驗可編程控制器的應用，在應用中學習相關指令和知識，從而大大提高學生學習主動性，以及獨立思考、獨立操作、技術創(chuàng)新等方面的能力。以《可編程控制器》教學案例為例，論述課堂教學中如何實施體驗式教學，從而實現(xiàn)課堂的高效性。

關鍵詞：情境；體驗；任務；探索；自主；認知

一、引言

可編程控制器簡稱PLC，是在硬接線邏輯控制技術和計算機技術的基礎上發(fā)展起來的，它將傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制技術與計算機技術、通信技術融為一體，具有功能性強大、環(huán)境適應性好、編程簡單、使用方便等優(yōu)點。因此，在工業(yè)控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產業(yè)等方面得到廣泛的應用。為適應當前社會生產技術需求，許多職業(yè)類學校機電、數(shù)控等專業(yè)都開設了本課程。但由于本課程的理論性和實踐性都很強，傳統(tǒng)的教材和教法都從PLC結構、組成、原理開始介紹，再講授系統(tǒng)配置，接下來講述指令系統(tǒng)，最后以少數(shù)個案的分析結束。通過這種逐章講解的方法讓學生學習如此抽象的課程，其效果可想而知。如何更有效地讓學生掌握本課程的理論基礎和技能操作，我校在課程改革中推行體驗式教學，在教學過程中教師設置一個真實或虛擬的、富有啟發(fā)性的課堂情境，通過體驗情境，將教授內容滲透到具體案例中，引導學生在體驗PLC應用的同時，認識和接受教學知識點，化抽象為具體，根據課堂設置的任務，利用實驗實訓，指導學生所學內容應用到實例中，加強學生二次體驗。充分拓展學生學習思路，培養(yǎng)學生學習的自主性，切實獲得知識。

二、體驗式教學法的概述與含義

體驗式教學指在教學過程中為了達到既定的教學目的，從教學需要出發(fā)，引入、創(chuàng)造或創(chuàng)設與教學內容相適應的具體場景或氛圍，以引起學生的情感體驗，幫助學生迅速而正確地理解教學內容，強調學生的主動性，激發(fā)學生情感，讓學生親自去感知、領悟知識，并能在實踐中加以運用，是促進他們的心理機能全面和諧發(fā)展的一種教學方法。體驗式教學同樣適合于中職學校的《可編程控制器》課程教學。

在《可編程控制器》課程教學上，教師若脫離實際空洞地講解PLC的指令系統(tǒng)，要讓學生掌握全部指令基本不可能。比如：OMRON系列PLC微分指令部分，如果只告訴學生DIFU的功能是當邏輯條件從OFF到ON時，產生一個掃描周期的脈沖。DIFD的功能是當邏輯條件從ON到OFF時，產生一個掃描周期的脈沖，學生只能記住表象的理論，遇到實際應用時仍難以分辨。所以，先讓學生體驗微分指令在實際案例中的應用，讓他們感覺和體會指令的特點和用法。然后讓他們總結有幾種微分指令，用法有何不同，不同在哪里等。這樣，不但讓學生有了直觀的認識，而且培養(yǎng)了學生學習的主動性，遇到問題就會自主思考。在這種“體驗、認識、再體驗、再認識”的過程中，通過體驗與認識的交互作用，促成學生行為和認知的統(tǒng)一。

三、《可編程控制器》體驗式課堂教學模式的實施

通常在《可編程控制器》的教材中都有很多經典的設計案例，在課堂中實施體驗式教學時可以以這些案例為基礎，創(chuàng)設情境，引導學生的思維。由于接近生產實際應用，容易引起學生的共鳴，再通過加深和拓展，進一步達到教學中的情感和認知培養(yǎng)目標。

1.創(chuàng)設情境，引入案例

運用體驗式教學法創(chuàng)設教學情境的方法有：

（1）利用多媒體課件、影音資料、動畫模擬真實環(huán)境引導學生從心理上參與“虛擬經歷”從而獲得感性的認識。

（2）直接讓學生動手操作，直觀感受，從行為上直接參與等。

電機正反轉控制線路是實際生產機械運動的典型控制線路，在實際生產中廣泛應用。因其電氣控制電路一般機電專業(yè)學生都已學過，且輸入輸出元器件較少，同時，其程序都由基本指令組成，最適合作為《可編程控制器》課程的入門教學案例。本文選擇機電專業(yè)學生都操作過的6140型普通車床主軸電路的PLC設計為情境案例，引入教學內容：

（1）播放普通車床6140、運料小車往返、貨運電梯等視頻，從學生熟悉的一些認識和經歷入手，讓學生分析這些控制線路的共同點———電機正反轉控制。

（2）分別展示由接觸器—繼電器控制和PLC控制的電機正反轉線路板，并通電演示。讓學生討論分析PLC控制與接觸器—繼電器控制的不同之處，并提出問題：PLC替代了接觸器—繼電器控制的哪一部分。

（3）引出本堂課的教學內容——如何用PLC實現(xiàn)6140車床主軸正反轉。

2.案例引領，任務驅動，體驗探究

（1）案例分析體驗。根據電氣原理圖，如圖1所示，讓學生分組討論，完成6140車床主軸正反轉控制要求（表1）。

（2）教師引導設問，學生自主探索。先將PLC的主要設計步驟要求具體化，包括：輸入、輸出點的分配，PLC外部接線、編程設計、運行調試等環(huán)節(jié)。具體實施步驟如下：

任務一：根據控制電路要求，讓學生完成PLC控制的輸入輸出地址分配表，如表2所示（以OMRON型CPM1A系列PLC為例）。

根據輸入輸出地址分配表可知：PLC的I/O點數(shù)為3/2，共用到5點，本次任務重點讓學生掌握：

①PLC的輸入輸出寄存器通道和地址的概念

②讓學生理解接觸器—繼電器控制電路中的主控元件、執(zhí)行元件與PLC輸入輸出的對應關系。

任務二：學習硬件接線，畫出PLC的I/O口接線圖（如圖2所示）。

學生根據接線圖完成PLC外部接線，在該過程中，學生較難理解的是輸入、輸出元器件與PLC I/O口如何形成回路。為此，講解時要通過PPT等教學軟件展示PLC輸入輸出的等效電路，再通過學生動手完成接線，體驗和理解PLC I/O口的工作原理。

任務三：畫出電動機正反轉控制梯形圖與指令的編寫

教師在講解PLC梯形圖時，先通過PPT等教學軟件展示學生熟悉的電動機正反轉電氣原理圖，再因勢利導，鼓勵指導學生將其一步步轉化為PLC梯形圖（如圖3所示）。

3.總結領會，評價反饋，升華體驗

引導學生講述在本堂課的教學情境中的體驗，總結本堂課的知識點。

（1）PLC基本應用。

（2）PLC設計的步驟，從設計要求分析到PLC的輸入輸出地址分配到I/O口接線再到程序設計。

（3）重點掌握了梯形圖的繪制方法和基本指令

（4）OMRON系列PLC編程軟件的使用。

評價分為兩部分，一是通過自評表（如表3所示），量化考核，讓學生完成自評，二是教師對本堂課學生的學習狀態(tài)和效果進行點評，點評時應當在鼓勵和表揚學生的基礎上提出一些改進的建議。

通過學生的總結，教師可以了解到自己設計的情感和教學目標是否達成，此外，在每一項任務中可以讓學生記下自己不理解的問題，在總結時進行反饋，教師可給出時間讓學生提問，且由能夠理解的學生回答，實在解決不了的問題再由教師指導解決問題的方法，讓學生在課后思考、完成，充分給予學生自主思考和探索的空間，激發(fā)學生的學習熱情。

四、《可編程控制器》體驗式教學課堂中知識的拓展

在《可編程控制器》教學中，很多知識點可以在此情境案例的基礎設計上拓展延伸，只需要教師把握住拓展的知識量、拓展知識的前后聯(lián)系。比如定時器、計數(shù)器等功能指令，知識拓展只要將情境設置的控制要求提高，增加時間和技術控制等。

借助體驗式教學手段，在情境案例中，實現(xiàn)教學目標的達成，教學知識點的滲透，讓學生在PLC實際應用的情境中體驗，在應用中學習探索，不僅有助于教師教授專業(yè)知識，同時也培養(yǎng)了學生自主學習，努力探索的專業(yè)精神。這就是體驗式教學的精髓，也是專業(yè)教學的至高目標。