《PLC控制技術》課程教學改革研究與應用

摘 要：本文在分析傳統《PLC控制技術》課程教學存在問題的基礎上，提出通過引入競賽機制及項目教學的方式對《PLC控制技術》課程的教學內容、實踐教學場所、課程教學模式、教學評價體系、教學方法手段等進行研究，并將研究成果應用于《PLC控制技術》實踐教學中。通過實踐證明，改革后的課程教學效果良好，在對學生學習興趣的提高、動手能力的鍛煉、團隊合作精神的培養、學生基本素養的養成等方面起到了積極的促進作用。

關鍵詞：PLC控制技術；課程教學；教學內容；教學模式；教學評價

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2020）07-0118-03

基金項目：安徽省教育廳2017年高等學校省級質量工程項目“競賽機制下機電專業課程教學改革”階段性成果（2017jyxm0644）；安徽省教育廳2018年高等學校省級質量工程項目“西門子控制實習實訓中心”階段性成果（2018sxzx03）

可編程控制器（PLC）具有工作可靠、環境適用性好等優勢，目前得到了廣泛的應用。PLC控制技術的應用現狀作為關鍵性指標，在一定程度上能夠衡量一個國家工業的先進性程度[1]。作為與現代工業企業對接的高等職業教育，其學生在校期間學習《PLC控制技術》課程的實際情況在很大程度上決定著學生后續對工業企業的適應性。作為機電類專業核心課程，《PLC控制技術》具有實踐性強、實踐操作性高和實際應用性廣泛等特點[2]。在專業課程設置中，它即是前修課程《機床電氣控制》《傳感器檢測技術與應用》的實際應用，又是后續課程《自動線安裝與調試》等課程的基礎支柱，在專業課程中占有著核心地位。

一、傳統《PLC控制技術》課程教學中存在的問題

（一）教學內容陳舊

傳統的《PLC控制技術》課程教學內容一般包括：第一，PLC的由來、功能、特點；第二，PLC的硬件性能及軟件使用；第三，PLC的指令等[3]。這些教學內容較為陳舊，其在教學時也主要以學生記憶式的學習為主。課堂上大部分的時間，學生都在理解消化相關的指令內容，然后再按照教師規定的教學實訓內容進行實踐應用。實踐操作時間較少，不能讓學生更好地運用指令來完成與實際生產生活相關的控制任務。這種教學內容的設置存在以下三點不足，其一主要靠記憶為主，吸引不了學生學習的目光，無法提高學生的學習興趣；其二內容設置較為簡單，學生完成后沒有成就感；其三內容設置與實際生產生活聯系較少，無法滿足企業實際生產需求。

（二）實踐場所落后

傳統《PLC控制技術》課程教學的實踐場所主要是實驗室，實驗室內主要是將成套的實驗設備即PLC固定于一個模塊上，所有實踐教學內容均以模塊板進行呈現。實際操作時以模擬式、插孔式接線為主，在實驗模塊上進行基礎性接線和功能性驗證實驗[4]。這種實驗室設備的主要優點是使用起來方便、可重復度高、使用時不易損壞設備，缺點是學生無法看到實際的PLC，特別是輸入輸出端子的接線，無法了解電源型號是直流還是交流、各型號PLC的差別等。而在實際企業生產中，PLC設備都是實物并非學校實驗室內連接好的模塊，這種實踐場所的落后使得實驗設備和企業實際使用的設備脫鉤，不能滿足企業的需要，更無法提高學生對企業的適應性。

除了固定于模塊上的PLC與企業實際使用設備不一致使得實踐場所落后以外，實踐場所落后還體現在實驗設備的更新緩慢不能滿足企業的要求，如目前學校PLC實驗室的西門子，PLC通常使用的是S7-200系列的PLC，但企業的PLC已經更新至西門子200SMART、1200/1500、有的甚至更新至S7-300/400PLC。

（三）教學模式無效

以實踐課為主的《PLC控制技術》課程教學主要采用以培養學生動手能力為目標的教學做一體化模式[5]。但在實際執行時，主要存在以下幾個問題：第一，教學內容比較簡單，通常是基本指令的驗證練習，無法調動學生學習的積極性；第二，突出以記憶為主的課程教學內容，使得學生大多數時間都用在記憶并驗證使用基本指令，無法真正在課堂上進行較多深層次的實踐內容學習和操作；第三，實踐操作中也較多存在教師手把手操作實踐演練的情況，學生不能真正做到自主學習。因此，實際執行的教學模式是無效的，達不到預設的教學目標。

（四）教學評價單一

傳統《PLC控制技術》課程教學評價方式一般有兩種：第一，期末考試是一張理論試卷決定學生的最終成績；第二，期末考試是一份實操試題，由學生的實操試題成績決定學生的課程成績。這兩種教學評價方式無論哪一種都比較單一[6]。這種單一的教學評價模式要么沒有考慮到這門課程以實踐為主的特色，要么像高考一樣一場定勝負，徹底忽略了學生平時實踐操作的表現，忽視了對學生平時學習的管理與職業素養的養成，甚至出現了部分學生平時上課偷奸耍滑能應付則應付，只要期末時認真背誦要點或者準備教師要求的實操內容就可以取得較好成績的不良現象。

二、課程教學改革研究及應用

針對該課程教學中存在的問題，結合當前技能競賽的大環境，對《PLC控制技術》課程教學改革進行了研究并應用于實踐，主要措施[7]如下。

（一）優化課程教學內容

為解決傳統《PLC控制技術》課程教學存在的不足，對課程教學內容進行了優化，主要是將競賽賽項內容融入課程教學中，根據賽項內容的層次設置由簡單到復雜的具體項目。當前制造類競賽涉及PLC控制技術的項目比較多，這里以融入“現代電氣控制系統安裝與調試”賽項為例來優化課程教學內容。依據該賽項內容，將《PLC控制技術》課程的教學內容分為三種類型：

第一，基礎性項目。主要內容有PLC的硬件及軟件知識、PLC基本指令、三相異步電動機的PLC控制等。

第二，復雜性項目。主要內容有步進電機的運行控制、伺服電機的運動控制等。

第三，綜合性項目。主要內容有PLC和變頻器結合MCGS控制三相異步電動機運行、PLC和變頻器結合MCGS控制步進電機和伺服電機運行等。

經過這種優化后，整個教學內容的層次感比較明顯，能夠充分考慮不同學生的個體差異。學有余力的學生既可以學習更深層次的項目內容，也可以指導其他學生完成較為簡單的項目內容。這樣不僅可以帶給學生完成項目任務的成就感，也對學生動手能力的鍛煉、團隊合作精神的培養、學生基本素養的養成等方面有促進作用。

（二）調整實踐教學場所

為了更好地參與各級各類的技能競賽，學校在原有仿真驗證式實驗設備的基礎上，購置了大量的競賽設備。這些設備前期經過了相關行業企業專家的認證，與行業企業的生產現場一致，能夠滿足企業生產的需求。如：賽項“現代電氣控制系統安裝與調試”使用的是浙江亞龍教育裝備股份有限公司生產的YL-158GA1型設備，該設備使用的西門子PLC有S7-300配2個200SMART和S7-1500配2個1200兩種類型。這兩種類型PLC都比目前實驗室S7-200PLC與企業的適應性強。因此，在課程實踐教學時適當引入競賽設備調整實踐教學場所，將課程部分內容的教學在競賽設備上完成，這樣就可以解決所學內容與企業生產實際脫節的問題。在《PLC控制技術》課程教學具體執行時，基本功能指令等基礎性項目內容的練習可以在模擬實驗設備上完成，復雜性項目和綜合性項目內容的練習則要求學生在競賽設備上完成。這種方式既可以充分合理利用實驗室資源又可以因人而異地完成不同的實踐項目，體現了因材施教和以人為本的思想。另外，在實踐過程中根據教學內容和層次的不同，所有學生都能夠體驗到項目任務的挑戰性和完成任務的成就感。

（三）改革課程教學模式

傳統教學做一體化的教學模式實際上還是比較符合《PLC控制技術》課程教學需要的，但由于教學內容的陳舊導致該教學模式沒有取得預期的教學效果。筆者將競賽機制引入課程教學中，將傳統教學模式改革為將競賽賽項內容融入課程教學的“教學做賽”四位一體的教學模式。在這種教學模式下，學生在學習課程內容的同時還可以進行賽項的練習與實踐，進而參加技能競賽項目，在取得課程成績時還可以獲得技能競賽獎勵，使學生真正做到愿意學、自愿學、想著學。這種教學模式既能夠提高學生學習的主動性，又可以解決部分學生平時學習不認真、應付了事甚至偷奸耍滑的問題。

（四）重置教學評價體系

為了更好地突出課程學習中以學生為主的思想，強調課程實踐教學的重要性，在《PLC控制技術》課程教學中采用了多種考核方式相結合的多元化教學評價方式來重置課程評價體系。具體實施時，將學生課程成績分解為平時課堂出勤、平時實操成績、平時個人素養表現及期末實操成績等四個部分，各部分的考核人員及所占分值比例如表1所示。同時，多元化的課程評價體系還對學生在網絡教學平臺完成任務點數、觀看視頻的時長、參與討論和互動數、作業完成個數及質量等內容實際情況進行評價，評價結果在表1所有成績合成的基礎上進行增加或者減少，最后所得成績為學生課程的最終成績。

另外，為了更好地提高學生參加技能競賽獲得好成績的積極性，課程最終成績也可以通過參加省級技能競賽獲獎的方式取得。具體執行時，按照省級一、二、三等獎進行劃分，獲得相應獎項的學生可以獲得本門課程95分、85分、75分的最終課程成績。

（五）完善教學方法手段

為了讓更多的學生受益，筆者依托學校的網絡教學平臺建設了《PLC控制技術》課程教學資源庫。資源庫中收錄的PPT課件等課程教學資源為采用現代化的教學方法和教學手段提供了條件[8]。具體實施教學時，課前，課程主講教師可以在教學平臺中發布課前預習任務，讓學生課前通過完成問卷調查、觀看視頻等方式完成課前預習任務；課中，通過平臺進行互動隨時了解學生學習狀態；課后，布置作業鞏固所學知識。

除了運用上述教學方法手段外，《PLC控制技術》課程教學中還采用了項目教學法。教師依據優化后的課程教學內容在課程教學時先從簡單的項目任務開始完成，后續根據學生掌握的實際情況逐漸增加項目任務難度，讓學生通過完成不同的項目來滿足個體差異化的需求。

三、結語

經過幾年的教學實踐證明，本次課程教學改革的效果是明顯的，措施是正確有效的。目前，該課程已經根據優化后的課程教學內容依托學校的網絡教學平臺建設了《PLC控制技術》課程教學資源庫，形成了“教學做賽”四位一體的教學模式[9]，使用現代化的教學方法手段，取得了較好的教學效果。實踐證明，改革后的課程教學效果，在對學生學習興趣的提高、動手能力的鍛煉、團隊合作精神的培養、學生基本素養的養成[10]等方面起到了積極的促進作用。另外，該課程教學改革措施已在其他課程教學中得到了發展和應用，為其他專業課程教學改革指明了方向。

參考文獻：

[1]劉文秀，等.項目教學法在PLC應用技術教學中的應用[J].現代計算機，2019（8）：60-62+71.

[2]孫漢卿，等.新工科背景下可編程控制技術課程教學改革與實踐[J].教育現代化，2019（61）：65-67.

[3]楊冰，黃書童.翻轉課堂在PLC控制技術教學中的應用與研究[J].教育教學論壇，2019（24）：167-168.

[4]王勛.基于CDIO的電氣控制與PLC應用技術課程教學改革探索[J].赤峰學院學報（自然科學版），2019（4）：146-147.

[5]程闊.競賽機制導向下的“三位一體”教學實踐探索——以《自動線安裝與調試》課程為例.阜陽職業技術學院學報，2016（3）：37-39.

[6]李梅.“教學做賽”四位一體教學模式的研究與應用——以《電氣控制系統組裝與維修》課程為例[J].貴陽學院學報（自然科學版），2019（3）：48-51.

[7]黃禮萬，潘德龍.機床電氣控制技術課程教學改革與實踐[J].高教學刊，2019（12）：132-134.

[8]于群.電氣控制技術與PLC課程教學改革研究[J].智庫時代，2019（24）：279-281.

[9]馬傳奇.競賽機制下《電氣控制系統組裝與維修》課程改革[J].福建茶葉，2019（8）：132-133.

[10]王蓓.構建“競賽導向”機制切實提升學生的核心競爭力——以江蘇旅游職業學院烹調工藝與營養專業為例[J].河南教育（職成教），2018（8）：34-36.

（責任編輯：林麗華）