基于工作過程系統化的《PLC技術及應用》課程單元教學設計

摘 要：以《PLC技術及應用》課程的一個單元為例，此工作過程為導向進行教學設計，采用引導文法引導學生完成實際項目，總結以工作過程為導向的教學模式在實際應用中需要注意的地方。

關鍵詞：工作過程系統化；PLC；單元教學

中圖分類號：TM571.61-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-01

以工作過程為導向的課程教學，作為高等職業教育新的教學模式，各職業院校都在推廣和實施。打破傳統的學科體系，以工作過程系統化構建新的課程體系和課程內容，是高等職業教育教學改革和課程建設的重要內容。《PLC技術及應用》是電氣自動化專業核心課程，湖南商務職業技術學院從2009年起在該課程試點以工作過程系統化的項目教學，2012年評為院教改示范課程。本文以其中一個單元的教學設計為例，探討以工作過程為導向的教學組織形式。

一、教學單元概述

本教學單元的課題是自動門的控制，在課程整體設計中的位置是第3次，如表1所示。總課時4，采用一體化教學。

二、單元教學目標

（一）能力目標。根據任務控制要求，能進行PLC輸入輸出分配；根據I/O圖，能獨立完成PLC接線圖的繪制；根據任務要求能獨立設計順序功能圖；根據功能圖，應用順序控制指令獨立完成PLC程序的編制。

（二）知識目標。知道自動門系統的組成和要求；了解工作流程、分支、跳轉、選擇、步、激活步、轉移條件等的含義；掌握步轉移的條件和結果；掌握步與輸出的關系；掌握順序功能圖的繪制要求規則；掌握單流程、并聯流程、選擇流程等功能圖的分析。

（三）素質目標。培養學生對具體工作要求分析和歸納能力；培養學生完成工作任務的條理性訓練學生的組織、合作、協調能力；訓練學生表達能力、檢索能力、自學能力、書寫能力。

三、單元教學情境設計

（一）學習情境。某設計部承擔了某建筑前廳自動門控制系統的設計，新手在設計部初期工作，在項目負責人指導下完成自動門控制流程圖和梯形圖改寫編輯、獨立完成接線調試。

當有人由內到外或由外到內通過光電檢測開關時，開門執行機構動作，電動機正轉，到達開門限位開關位置時，電機停止運行。自動門在開門位置停留8s后，自動進入關門過程，關門執行機構被起動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關位置時，電機停止運行。在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。在門打開后的8s等待時間內，若有人員由外至內或由內至外通過光電檢測開關時，重新開始等待8s后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。

（二）子情境。初入職的小劉在項目負責人指導下繪制出自動門控制流程圖，并提出本項目設計的初步方案。任務：用自己的語言描述本項目任務要求；用文字和框圖繪制控制的功能流程；案例學習后，分析、討論和總結功能圖的概念和繪制規則；采用順序控制圖繪圖規則繪制自動門控制功能流程圖。

四、單元教學資源

（一）案例和參考資料。案例1.小車運行工作過程分析。案例2.小車運行功能圖分析繪制。案例3.液壓滑臺功能圖分析繪制。參考資料：童澤《PLC職業技能教程》（工業和信息產業職業教育教學指導委員會十二五規劃教材）北京，電子信息工業出版社，2011。西門子公司，《S7-200PLC系統手冊》。西門子公司，《深入淺出西門子S7-200PLC》，北京航空航天大學出版社。儀器、設備：多媒體投影系統、PLC實訓臺、S7-200編程軟件。

（二）本單元用到的英語詞匯。邏輯控制：Logic Control；順序控制：Sequential Control；梯形圖：Ladder Diagram；語句表（STL）：statement list；狀態圖：State Diagram；步：Step；激活步：Active Step；轉移條件：Jump Condition；分支：Branch；選擇：Select；跳轉：Jump；順控控制繼電器：Sequence control relay。

五、單元教學進度設計

（一）告知（任務要求、目的）。教學目標及教學活動設計。掌握并理解控制要求，歸納描述控制要點；應用已有的知識完成PLC的I/O分配；了解自動門的驅動電機及控制原理；自動門檢測器件的作用。教師發布任務，如圖1所示，組織討論任務和方案，播放自動門視頻，提示門電機和器件的作用。學生分析描述任務，PLC選型，設計PLC的I/O圖。

自動門的示意圖如圖1所示，K1是微波人體檢測開關，SQ3、SQ4是開門限位開關，SQl、SQ2是關門限位開關。開、關門的主電機M，電機高速控制接觸器KM2、KM4和低速控制接觸器KMl、KM3，電機和門運動系統之間有安全離合器。

任務控制要求及過程：微波人體檢測開關檢測到有人，高速開門，高速開門減速開關動作，轉為低速開門，開門到位，停止開門并延時；延時到，高速關門，高速關門減速開關動作，轉為低速關門，關門到位，停止關門；在關門期間，微波人體檢測開關檢測到有人，停止關門，延時1秒，自動轉換為高速開門。任務要求用PLC來實現下圖所示的自動門控制系統的整個控制過程。

（二）引入（新內容）。教學目標及教學活動設計。掌握用經驗法編寫PLC程序；分析體會經驗法的缺點；了解經驗法編程的步驟和規律。教師組織編程設計思路的討論，學生試編程起-保-停電路控制。

（三）演示（模仿掌握初步或基本能力）。教學目標及教學活動設計。掌握用文字圖表表達工作流程；設計簡單的工作流程圖。了解功能圖的組成及特點；功能圖的繪制方法；功能圖變為梯形圖的方法。教師講授案例：小車運行工作過程分析；小車運行功能圖分析繪制；液壓滑臺功能圖分析繪制。學生聽課并且思考和回到老師問題。

（四）練習（加深對基本能力的體會）。教學目標及教學活動設計。掌握熟練繪制分析控制功能圖；能根據功能圖設計符合規則的狀態轉移圖；根據狀態轉移圖編寫控制程序。了解狀態轉移圖的定義和規則；順序控制繼電器指令的作用和用法；狀態轉移圖與梯形圖區別。教師演示功能圖如何變為梯形圖？順控指令講授演示。學生討論和練習電機Y-△控制功能圖怎么繪制？電機三速控制功能圖怎么繪制？

（五）歸納（知識和能力）。教學目標及教學活動設計。總結順序控制編程設計的方法；掌握功能圖的特點，狀態的概念；了解功能圖轉移的條件和結果分析；順控指令的用法和常見問題。教師引導提問：順序控制編程的有什么特點？要求學生自行歸納這種編程方法的步驟、要點。

（六）實施（完成任務）。教學目標及教學活動設計。能夠獨立完成自動化控制功能圖；獨立完成自動門控制狀態轉移圖；獨立完成自動門控制梯形圖程序的初步設計。教師回到項目任務，引導提問：自動門控制功能如何細化，每一階段的任務、轉換條件？完成功能圖和梯形圖程序？學生完成自動門控制系統的功能圖、裝調轉移圖；設計出梯形圖程序。

（七）總結。教學目標及教學活動設計。能夠根據自己的設計，展示、說明自己的設計成果；客觀評價自己和他人的工作，表達自己的建議，掌握公開場合講演答辯的基本禮儀。教師對學生的方案進行展示，充分肯定他的工作，評點方案合理性和創新性；適當指出不足，提出修改的意見。學生思考和總結老師的項目評價，為下一個項目準備。

在本單元學習領域課程教學中，采用的宏觀教學法都是引導文法，即通過書面文本（引導文），引導學生完成實際工作過程固有的六個步驟：資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估。引導文法的具體做法是：教師通過下發的引導文，一步步引導著學生完成工作過程，就像教師拉著學生的手。我們在這里將引導文法進行了擴展，共分為引入-演示-練習-歸納-實施-總結七個步驟，在每一步中，教師與學生所承擔的任務與扮演的角色都有明確設計。

六、結束語

基于工作過程的教學模式在提高教學質量方面有著顯著的優勢，適合現代職業技術教育的特點，正在逐步推廣應用。在運用的過程當中，我們發現有三個方面需要注意。一是以工作過程為導向的教學模式從實際工作出發，設計教學情境，對外部尤其是相關企業依賴較大，需要較好的校企合作背景；二是對師資的要求較高，授課教師不僅要都扎實的理論基礎，還有要豐富的企業實踐經驗，才能更好的駕馭課堂教學。教師扮演的角色不僅僅是老師，還是項目主管、生產主管，要負責整個項目的設計，實施，驗收；三是實施一體化教學，需要準備的教學資源較多，任何一個環節都要準備充分。總之以工作過程為導向的教學模式正在逐步推廣，需要我們不斷學習和探索。

參考文獻：

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[2]崔永華，張旭祥.論職業教育的“跨界”屬性[J].教育發展研究，2010（17）.

[作者簡介]劉丹（1976.07-），男，湖南長沙人，湖南商務職業技術學院電信系，副教授，碩士，研究方向：電氣自動化、智能建筑。

[基金項目]本文系2013年湖南商務職業技術學院課題《基于工作過程系統化的高職課程改革研究與實踐》研究成果（項目編號：1301）