《可編程控制器原理》課程信息化教學設計

趙亞琴

（南京林業大學 機械電子工程學院，江蘇 南京 210037）

《可編程控制器原理》課程信息化教學設計

趙亞琴

（南京林業大學 機械電子工程學院，江蘇 南京 210037）

可編程控制器原理（PLC）是一門應用非常廣泛且實踐性很強的課程，針對該課程內容抽象以及目前教學中存在的問題，文章提出將信息技術應用到PLC課程的教學中，介紹了該課程教學改革模式的設計方法。詳細闡述了PLC仿真軟件、多媒體課件、微課視頻以及網絡教學資源共享等多種信息化教學手段在PLC教學中的設計思路和改革創新方法，教學實踐應用表明信息化教學實現了教學手段的多樣化，能將眼、耳、口、手、腦多種感官同時調動，有機結合，有利于激發學生的學習興趣，提高學生的自主學習能力和實踐創新能力。

PLC；信息化教學；仿真軟件；多媒體課件；微課視頻

一、可編程控制器原理課程改革的重要性

可編程控制器原理是自動化、機電一體化等專業的一門實踐性很強的主干課程之一，具有知識覆蓋范圍廣、實踐性非常強和更新發展快的特點，同時，該課程比較抽象、理論性較強，因此，需要學生有很好的邏輯思維能力和實踐應用能力［1］。

傳統的教學方法以教師、課堂、教材為中心，學生被動地接受知識，從而缺乏目標與動力，對知識理解不透徹，導致教學效果不理想。首先，“一支粉筆一本書”的板書授課方式信息量小，灌輸給學生的全部是理論性的知識，既不生動又不形象，內容講解常常是“空”而“虛”，很難激發學生的學習熱情［2］。其次，雖然多媒體直觀、有較強的視覺效果，能吸引學生的注意力，但是很多多媒體課件都是把教學課本的知識完全復制到多媒體中，過大的信息量使學生有深刻記憶的東西太少，抓不住重點，難以達到很好的教學效果。最后，PLC是一門實踐性很強的課程，傳統的教學大多側重于理論教學，而忽視了實際應用，導致學生沒有實際動手能力，完全紙上談兵，無益于以后的工作［3，4］。

面對傳統教學的弊端，如何才能喚起學生自主學習的欲望，激發學生的學習興趣，提高實踐應用能力，是提高課程教學質量的關鍵，也是課程教學改革的重中之重。

二、實踐信息化教學的可行性與優勢

信息化教育是指全面深入地運用以計算機為主的現代教學媒體來促進教育改革和教育發展的一種全新的教育形態［5］。與傳統教學模式相比，信息化教學模式表現形式多樣，能將眼、耳、口、手、腦多種感官同時調動，有機結合，有利于增強學生注意力，激發學習興趣。在PLC的教學實踐中發現，采用信息化教學模式有很多優勢，能夠激發學生的學習動力，培養學生的實踐能力及創新能力，取得很好的教學效果［6］。主要體現在以下幾個方面：

（1）信息化教學能夠將抽象的教學內容如PLC的工作原理、軟元件與繼電器的區別等，用信息技術手段生動直觀地表現出來，完成知識的意義建構；（2）通過多媒體課件、網絡資源、仿真教學軟件、數字影像技術等多種形式提供更加豐富的教學資源，學生從多個渠道獲取豐富的學習資源；（3）在信息化教學模式下，能夠實現由“滿堂灌”到“以學生為主體”的教學方式的根本改變，在教學活動中，教師扮演著引導者與支持者的角色，與學生思想經驗交互碰撞，師生共同探索知識；（4）信息化教學通過教育網、校園網等給學生創造自主學習的環境，學生在學習過程中可以相互交流、分享學習經驗，提高了學生的自主創新及解決問題的能力。

三、信息化教學在PLC教學實踐中的應用

1．組態仿真軟件

組態軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，以靈活的組態方式，給用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具［7］。

（1）仿真軟件在課堂教學中的應用

課堂上如果全部是教師在講課，那么學生只是被動的被灌輸了知識，而沒有思考的過程。所以課堂上教師要多與學生進行互動、溝通，深入了解學生“想知道什么、應該知道什么”，鼓勵學生發現問題、提出問題、解決問題，讓學生帶著問題來學習，變“被動學習”為“主動學習”。不僅使課堂變得輕松、愉悅，而且學生能更深入、更扎實地理解并掌握課程知識。

PLC理論知識比較抽象，難以理解，因此在課堂上可以邊講課邊讓學生用PLC仿真軟件進行仿真，這樣有助于學生對PLC工作過程的全面認識和了解。學生按照實際的控制要求進行仿真運行和調試，反復修改，優化程序，運行結果。例如：交通信號燈控制、正反轉控制、分揀和分配線控制、升降機控制等，每一個場景都惟妙惟肖，圖文并茂。這種生動、形象、高效的仿真，有利于激發學生的學習興趣并調動學生的學習積極性，從而提高了課堂教學的質量與效率。

（2）仿真軟件在實驗教學中的應用

PLC是一門技術性很強的課程，雖然有些學生能夠較好地理解書本知識，理論考試成績較高，但是缺乏實際動手能力。所以加強學生的實踐能力，提高其實際的設計能力和創新思維的教學任務非常重要。實驗中，學生將理論知識學以致用，運用到實踐中，提高了學生的動手能力，培養了學生的創新性思維。

組態軟件是針對工控而開發的一種工具軟件，可通過上位機串口對下位機（PLC）進行監控，實現數據的交換。在PLC實驗中，將PLC與組態軟件相結合進行實驗教學。其中PLC作為下位機，執行軟邏輯程序，實現控制功能；組態軟件安裝在PC機中，學生運行程序，并用鼠標控制屏幕上所畫的設備開關和傳感器，從而實現控制過程的模擬仿真及監控［7，8］。在運用組態軟件的過程中，可以先從貼近生活的例子入手，如“交通燈”、“搶答器”等。在學生慢慢熟悉并掌握組態軟件后，引入較復雜的項目，如“全自動洗衣機”、“電梯”等。使用組態軟件，使實驗變得形象生動，讓學生對工業控制有初步的感性認識，調動了學生的積極性，培養了學生的自主創新能力。

2．多媒體教學

多媒體能將聲音、圖形、文本、動畫、影像等信息融于一體傳遞給學生，調動學生的手、眼、耳等多種感官，使學生注意力更加集中，加深學生對知識的理解與記憶。在PLC課程教學中，利用課件直觀生動的表現力和良好的交互性來輔助教學，激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，圓滿地完成教學任務。主要體現在：①提高教學效率，減輕教師負擔。可編程控制器的授課過程中會涉及到大量的邏輯電路分析，指令用法舉例、梯形圖程序講解等。如果利用傳統的板書方式，不僅會占用大量的課堂時間，導致經常出現拖堂和壓縮課堂內容的現象，而且增加了教師的備課和板書負擔。而利用多媒體課件，則可以在相同的時間內更具體、更全面的展示知識，輕松省時，大大提高了課堂效率。②通過課堂板書和課件演示相結合，使學生掌握可編程控制器原理的工作原理、編程方法，并具有解決工程實際問題的能力。提高教學的生動性，激發學生的學習興趣。③多媒體課件還有利于學生上課時只需記課堂的框架及重點、難點，避免學生上課一味的記筆記而影響了對某些知識點的理解，課后利用多媒體再對筆記不完整的地方進行補充，使學生更詳細、更全面、更有效的掌握知識。④可編程控制器的工作原理、生產工藝過程以及某些元件的工作原理僅僅依靠課堂板書，很難講解的清楚明白。通過圖片、動畫和視頻等素材生動形象地描述抽象的、難以理解的教學內容，利用課件良好的交互性，可以很方便地在新知識和舊知識之間跳轉，對教學難點和重點重復講解，突破教學難點，突出教學重點。圖1所示為PLC課程多媒體課件中的一個界面。

圖1 PLC課程多媒體課件

3.微課視頻

“微型視頻課例”簡稱“微課”，它是以教學視頻為主要呈現方式，記錄教師圍繞學科知識點（重點、難點、疑點、考點等）或教學環節（學習活動、主題、實驗、任務等）開展的簡短、完整的教學活動。微課是一種全新的教學方式，很多教師都在嘗試實踐。胡鐵生總結了微課的四大特點［9］：主題突出，指向明確；資源多樣，情境真實；短小精悍，使用方便；半結構化，易于擴充。在PLC教學中運用微課視頻主要有以下優勢：①創設教學情景，激發學生學習興趣。把“簡而全”的微課視頻，甚至把操作過程和實習現場搬到網上供學生觀摩，使學生有身臨其境的感覺，吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。②滿足學生對個性化自主學習的需求。每個學生的求知欲不同，對知識的理解與掌握也不同，微課視頻可以滿足學生的個性化學習、按需選擇學習。如果對課堂上某個知識點不理解，學生可以控制播放，隨時暫停，反復播放，可以邊看微課視頻邊與其他同學交流思考，相互協作解決問題。③幫助學生突破重難點，提高學習效率。微課實現了在線學習、移動學習，學生可以隨時利用微課來進行查缺補漏，強化鞏固知識。對于重難點問題，學生可以利用微課視頻將不懂的知識各個擊破深入消化理解，從而降低了學生的學習難度，避免了重復學習或嚴重過度學習，有效地提高了學習效率［10］［11］。④加強學生思維訓練。微課展現了課堂知識的精華部分，是課堂學習的重要補充和拓展，所以微課每個細節都需要關注，這樣有助于學生進行深入的思考，有助于學生啟迪思想、訓練思維。圖2所示為PLC課程微課教學視頻的一個界面。

圖2 PLC課程微課教學視頻界面

4．教學資源共享

教學資源只有充分實現共享，才能體現資源的價值。所以教師有必要把教學資源發布到網上，作為教學過程的拓展和補充，供學生下載、在線學習、互動交流等。學生可以隨時隨地的學習，在學習過程中還可以與老師互動，與同學交流，提升了協作學習能力。同時，教師在與學生交流過程中，也能夠及時掌握學生的學習進展，以便對教學方法和教學內容進行適當的調整，使教學更有針對性［12］。

PLC課程的教學資源網絡共享設計遵循以學生為中心、教學實用性和交互性設計的原則。主要內容包括課程簡介、教學大綱、授課教案、教學課件、微課教學、試題庫、討論與答疑等。尤其是多媒體課件、微課視頻和試題庫資料，對學生的課程學習起到了很有益的輔助作用。制作的多媒體課件可以直接供學生拷貝，或者發布到教學網站上，供學生下載。這樣有利于學生的課前預習和課后復習；短小精悍的微課視頻作為共享資源上傳到網上，可供學生隨時隨地的學習。微課視頻將視覺效果和聽覺效果結合在一起，可以讓學生在短時間內愉悅地掌握知識的精華，及時復習并掌握課程中的重點、難點。試題庫提供多種題型，學生通過練習試題，更深入掌握和消化課堂內容，有利于對知識的鞏固和靈活應用，圖3所示為試題庫鏈接主界面。

圖3 PLC試題庫鏈接主界面

［1］張忠.《PLC控制技術》課程教學改革與實踐［J］.價值工程，2013，6：204-206.

［2］袁惠娟.PLC課程教學的探討［J］.科技教育創新. 2009，20：268-269.

［3］吳宏岐.電氣控制及PLC課程教學改革與實踐［J］.中國現代教育裝備，2009，17：63-64.

［4］孔超.高校計算機基礎課程的信息化教學設計與實踐研究——以《大學計算機應用基礎》為例［D］.安徽師范大學碩士學位論文，2012.

［5］王璐，信息化教學手段在電力電子技術課程中的應用［J］.遼寧高職學報，2014，2：45-47.

［6］高志軍.“教學媒體的理論與實踐”課程信息化教學設計［J］.課程與教學研究，2008，12：46-50.

［7］劉曉燕.電氣控制與PLC課程多媒體教學中組態軟件的應用分析［J］.信息技術，2013，6：200-201.

［8］王越男.PLC課程實踐教學環節的改革與實踐［J］.常州信息職業技術學院學報，2013，2：49-52.

［9］胡鐵生.“微課”：區域教育信息資源發展的新趨勢［J］.電化教育研究，2011，10：61-65.

［10］楊明，高職教育微課開發綜合討論［J］.職教論壇，2014，6：65-70.

［11］侯恕萍.構建綜合性的可編程控制器實驗教學體系［J］.硅谷，2012，8：143-144.

［12］顧保磊，吳云.高校精品課程網站建設研究［J］.軟件導刊，2014，13（2）：175-177.

（編輯：郭桂真）

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1673-8454（2015）06-0043-03