項目教學法在“PLC原理及應用”課程中的應用①

劉昕++廖柏林

摘 要：吉首大學2012年新開設了電氣工程及其自動化專業。“PLC原理及應用”課程作為該專業的重要專業課程之一，被立為學校的新開課程。針對課程本身的特點以及吉首大學辦學的實際，明確了本課程的教學方法采用項目教學法。項目教學法以實際工程項目為單元來設計教學模塊，模塊教學中包含了“PLC原理及應用”課程的絕大多數知識點。在教學過程中，讓學生接觸了工程中真實項目，提高了學生的學習興趣，使他們能夠學以致用。同時項目教學法具有很強的綜合性，能夠鍛煉學生項目設計能力，提高學生的綜合素質。通過實施，學生很好的掌握了PLC應用程序的使用及設計方法，為他們今后從事電氣工程的相關技術工作奠定了扎實的專業基礎。

關鍵詞：PLC 電氣工程 項目教學 教學效果

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0168-02

為了適應湘西地區人才市場的需求，吉首大學2012年新開設了電氣工程及其自動化專業。“PLC原理及應用”課程作為該專業的重要專業課程之一，被立為學校的新開課程。同時，本課程也作為電子信息工程、機械設計制造及其自動化等專業設置的新開選修課程。針對“PLC原理及應用”課程實踐性強的特點，我們探討出此新開課程采用項目教學法，教學活動以項目模塊化進行開展。

項目教學法是以學生的自主性學習、探索性學習為基礎，采用科學研究及實踐的方法，促進學生積極主動學習的一種的教學方法。在教學過程中，任課教師將需要完成的任務或需要解決的問題以項目的形式布置給學生，在任課教師的指導下，學生以小組工作方式完成。小組成員共同制定計劃，共同或分工完成整個項目，要求小組按照實際工作的完整程序。在項目教學中，學習過程是學生的一個創造實踐活動，我們注重的不是最終結果，而是完成項目的整個過程。在項目實踐過程中，要求學生理解和把握課程要求的知識和技能，體驗專業知識在工程中的應用。同時，項目教學法能夠培養學生分析問題和解決問題的能力及團隊合作能力等。

1 項目內容

借鑒許多高校本課程的項目模塊內容，結合一些工程實踐，經過課題組老師多次的教學調研與實踐，我們制定了“PLC原理及應用”課程的教學大綱，確定了“PLC原理及應用”課程采用如表1所示的項目模塊與學時安排。該課程總計36學時。

在項目教學執行過程中，我們結合實際情況，通過圖紙設計、布線、程序調試、檢查和運行，完成每個項目所規定的任務。同時，培養學生的實際操作能力，以適應生產一線工作的需要。要求學生做到能檢查出錯誤，并且能夠熟練的解決問題。

2 項目的實施

該項目教學法，一共分為十個模塊。以多種自動售貨機項目模塊為例，來具體說明項目的實施過程。

2.1 項目目的

在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出項目設計方案，確定任務目標。要求設計完整的售貨機工作控制程序，連接THSMS-1型可編程控制器實驗箱，通過模擬自動售貨機（按鈕控制和二極管指示燈顯示）正常工作，調試并完善PLC程序。

2.2 項目要求

（1）要求用三個復位按鈕表示投入自動售貨機面值，找零按鈕表示貨幣指示，自動售貨機里有汽水（3元每瓶）和咖啡（5元每瓶）兩種飲料。

（2）要求當找零按鈕顯示值大于或等于這兩種飲料的價格時，一排中兩個發光二極管一個或兩個同時點亮，表明可以購買飲料；按下汽水按鈕或咖啡按鈕表明購買飲料，此時另外一排的兩個發光二極管中的一個或兩個同時點亮，出口處的發光二極管會點亮，表明飲料已從售貨機取出。

（3）要求按下找零指示按鈕表示找零，此時找零按鈕清零，延時0.5秒找零出口發光二極管點亮。

2.3 項目任務的確定

在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出項目設計方案，確定任務的目標，以設計出合理的仿真系統。

首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口。

然后，分別對上、下位機分別進行設計工作。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經調試后完成整個項目的設計。

另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統內部各大部件之間的內在關系。

該項目主要是對自動售貨機中的下位機，也就是對PLC在其中的程序進行設計。

2.4 項目程序設計

這部分內容是整個項目實施的主體部分。所要完成的任務是仿真系統的上位機與下位機的程序設計，即在上述功能分析的基礎上，有針對性地進行設計。

該設計實驗裝置選用的主機型號為S7-200系列主機，下位機程序的編制則是利用西門子PLC專用編程軟件STEP-Micro/WIN完成的。在設計的過程中，并非孤立地分別進行上位機和下位機的設計工作，而是互相配合的。因此在設計過程中，并沒有將上位機與下位機的設計分開來寫，而是相互交替。

我們把程序設計部分分成幾個程序塊：投幣模塊；購買商品模塊；退幣模塊。然后依據相互間關系進行系統組合，完成整個程序部分，實現全部功能。

（1）投幣模塊：在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同樣幣值。先制定投幣端口表，再編寫程序；

（2）購買模塊：在購買過程中，僅設計汽水和咖啡兩種商品，商品選擇為輸入端，由購買按鈕輸入，輸出端分別為6種指示燈顯示；

（3）退幣模塊：本自動售貨機設計不區分退幣幣值，以找零輸出簡化整個退幣過程，找零按鈕輸入退幣信號，輸出端為退幣出口顯示燈，貨幣指示LED余（總）額顯示清零，各定時器、計數器復位，各模塊返回初始狀態。

每個模塊將所編寫的梯形圖轉換為STL程序模式，并且進行仿真。

2.5 項目的總結與思考

完成項目以后，以小組的形式進行總結與探討。撰寫項目實施報告，并找出項目實施中存在的一些問題，以便在今后項目實施中得到解決。在項目實施過程中，教師僅起側面輔導和把關作用，主要注重培養學生的綜合實踐能力與創造思維能力。

3 項目的考核的評定

“PLC原理及應用”課程考核方式要求滿足項目法教學的特點，采取的措施具體體現在考核成績的評定上，課程考核成績由十個項目考核成績來確定，每個項目占課程考核的10%。每個項目的成績評定采用百分制，由以下三部分構成：

第一部分：常規表現，占總成績的20%。常規表現成績由任課教師根據學生的上課和情況和與同學的合作情況打分。依據是學生出勤記錄登記及小組討論記錄本。

第二部分：項目執行成績，占總成績的50%。每個項目完成以后，任課老師會根據學生的項目完成效果、學生的操作能力、解決問題的能力等進行綜合的評定，給出相應的成績。

第三部分：項目實驗報告的撰寫，占總成績的30%。實驗報告要求學生把項目的目的、實施、程序及總結闡述清楚，并能夠提出新的問題。任課教師根據實驗報告的書寫質量給出相應的成績。

同時，我們鼓勵學生進行創新。對于在本課程整個實踐過程中有創新，積極協助教師完成PLC實踐環節、發表PLC相關論文、參加與本課程相關的技能大賽的學生，任課教師在總分不超過100分的情況下，可以給其酌情加分，最多加10分。

4 結語

根據吉首大學新開電氣工程及其自動化專業的專業課程需要，我們設置了“PLC 原理及應用”新開課程，通過專業組老師的認真研究與探討，我們確定該課程采用的項目教學法模式，對本課程的教學方法進行了大膽的嘗試。我們確定了十個項目作為教學的主要內容，并且對每個項目的實施目的、任務進行了規定。同時，我們確定了該課程的考核大綱。通過學習該課程，學生加深了對PLC內容的理解，學會了運用所學的專業知識來分析問題、解決實際問題的方法，為學生的專業學習打下了扎實的基礎，培養了學生的創新實踐能力。

參考文獻

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