《PLC編程及應用》課程項目化教學模式探索＊

北京科技大學天津學院 王麗娜 班嵐 張衛 劉俊培 張洪峰 王建亮

依據在智能制造背景下企業對自動化專業技術型人才的要求，針對自動化學生的工程應用能力培養問題，結合PLC編程及應用課程教學現狀，堅持以學生為主體，教師為主導的教學理念，采用行動導向教學法與項目化教學相結合的教學方式，從教學目標、教學策略、教學實施、考核方式四個方面，展開PLC編程及應用課程的項目化教學模式的研究與探索。

我國向高端制造業轉型過程中，大量先進的智能化設備裝備進入企業，為適應現代化工業發展的需要，企業對自動化專業技術人才提出了新的要求。希望培養和造就既有扎實的專業理論基礎又有較強的專業實操技能，同時負有國家情懷的高素質、復合型、實用型、現代型的自動化應用型人才。

而可編程控制器（簡稱PLC）是一種具有極高可靠性的通用工業自動化控制裝置，是當今及今后工業控制的主要手段和重要的自動化控制設備[1]。且PLC是將繼電器技術、微型計算機技術、自動控制技術、網絡通信技術融于一體的綜合性、應用型課程[2]?；诖苏归_了PLC編程及應用課程的項目化教學模式的研究與探索。

PLC編程及應用課程充分利用PLC實訓室，將理論內容融入具體項目中，采用行動導向教學法與項目化教學相結合建立系統的教學計劃，以任務導向作為驅動，開展啟發式、討論式、參與式教學，來激發學生的學習興趣，增強學生的團隊精神，提升學生的創新意識和團隊協作能力。教師要堅持以德立身、以德立學、以德施教的原則，將立德樹人貫穿到整個PLC課程教學中，通過本課程的訓練與學習，使學生具備PLC的基本知識與基本技能，掌握S7-200PLC的工程應用[3]，具備使用PLC進行控制系統的設計、安裝與調試等方面的工程實踐能力，培養學生的愛國主義情懷，精益求精的工匠精神及職業精神。同時鼓勵帶動學生參加競賽與創新創業項目，以激發學生創新活力、培養創新精神，進一步鞏固提升學生走向崗位所需的職業行為能力。教學目標如圖1所示。

圖1 教學目標Fig.1 Teaching objectives

1 PLC項目化教學策略探索

傳統的教師灌輸學生被動接受、重教輕學的理論課堂教學模式，存在學生學習積極性不高，工程應用能力差的問題，達不到應用的教學效果，而實踐教學雖能增強學生的動手實踐及工程應用能力，但與理論脫節，因此探究項目化教學方式。將理論課程知識融入到項目實踐中，以學生為主體，以項目導向進行驅動，教師對教學項目進行編制，項目任務內容由淺入深，先從簡單的項目實踐內容入手，使學生熟悉PLC組成與基本工作原理，熟悉實驗設備的使用方法和PLC的基本編程、接線、調試過程。然后通過完成整體項目設計如交通燈信號燈的PLC控制、四層電梯的控制系統設計等，培養學生可編程控制器系統設計、方案論證、軟件編程、現場調試等方面的能力。在教師編制好的每個教學項目的引導下使學生有組織、有目的地進行學習。提升學生的積極性與自主性。使學生成為課堂的主體，通過一系列的模塊劃分以及實施執行，完成項目各環節的基本要求和實踐技能，提升學生的理論知識和動手操作能力。

PLC項目化教學的課程實訓裝置采用的是德國西門子公司的S7-200系列的PLC，采用STEP7-Micro/WIN4編輯軟件來實現程序的編輯、編譯、調試和系統組態。教師對德國西門子S7-200系列的PLC進行介紹時，對國內外PLC市場及國產PLC現狀進行分析，指出我國還未進入可編程控制器強國行列，激發學生的民族責任感以及緊迫感，從而引導學生樹立技能報國理想、為國爭光、為國奮斗的決心，培養家國情懷[4]。

以項目任務設計為主線的PLC課程的項目化教學設計如表1所示。將PLC教學課程分成兩大部分：PLC基礎應用模塊（項目1-5）和PLC專項應用模塊（項目6-13）。將要求掌握的理論內容均融入到各個項目的任務中。每個項目包含多個子任務，任務的設計由易到難，層層遞進。PLC基礎應用模塊包含5個項目，主要使學生掌握PLC的硬件與工作原理，熟悉實驗設備的使用方法和PLC的基本編程、接線、調試過程。

PLC專項應用模塊包含8個項目。結合典型的工業案列進行展開，充分利用實訓室資源并與生產實際相結合，使學生進一步了解和掌握PLC應用設計的方法與步驟，培養學生可編程控制器系統設計、方案論證、軟件編程、現場調試等諸多方面的能力，加強對自動化專業知識的應用能力，培養學生刻苦鉆研，認真敬業的職業思想，提升職業能力，往技能型人才培養的目標邁進。

2 PLC項目化教學實施方案

項目化教學實施以團隊協作和組間競賽比拼的形式進行展開，由學生自行分組，每組2～3人。小組投票選定組長并實行組長負責制。完成一個項目后在下個項目開始前根據組內評價重新競選組長，實現組內的角色互換，以此來提高所有學生學習的能動性，并培養學生在小組工作中同學相處、合作、交流與協調的能力。項目化教學實施過程包含以下三個環節：

2.1 課前

教師根據課程目標和項目內容，在相關網絡課程平臺發布項目任務及相關課件，要求學生查閱項目相關資料，完成課前測驗，教師通過網絡課程平臺查閱學生課前測驗結果，調整教學設計[3]。

2.2 課中

教師向學生闡明本次課程的教學目標和項目任務。并對各組學生的整個學習實踐過程通過量化的形式記錄下來，為多元考核方式提供依據。

（1）教師對項目中涉及的知識點進行講解、示范操作步驟，對操作中的要點及危險點進行詳細介紹，以電動機正反轉運行控制為例，接線中，要和學生強調斷電操作，按順序接線，系統調試時分步操作，培養學生的規范意識與工匠精神，加強學生的安全防范意識。

（2）組內采用自由討論式按照控制要求對項目進行方案論證，組長在教師指導下完成對組員的任務劃分。小組完成項目后由指導教師進行驗收，教師對各組的程序設計思路、綜合調試、實現效果及完成時間進行記錄并評定，并及時給予反饋，對編程中的創新思維提出表揚、以此增強學生的自信心，培養學生的創新精神。小組內部成員之間根據在項目中的具體分工和表現情況進行組內互評。

（3）所有組完成一個項目后教師根據教學時間安排選擇若干小組進行匯報，由各組組長闡述此項目的設計思路及調試過程中遇到的問題及解決方案，其他小組根據評價標準進行互評，從而提升學生的再學習能力，實現有效學習。最后教師對此項目進行必要的講解，對學生的匯報進行評價，對各組遇到的問題進行歸納總結，并對學生給予鼓勵、贊揚，充分調動學生的學習熱情，并評選出最佳小組。

2.3 課后

教師通過在線平臺布置作業及發布下個項目的任務及課件，學生對所做的項目進行總結回顧，完成課后作業并提交項目報告，學生利用課程平臺進行互評，教師利用教學平臺進行評閱、答疑、提高時效性。對部分學有余力的學生，可以繼續深入學習，鼓勵學生積極申報大學生創新創業項目、參加學科競賽。

3 考核方式探索

傳統的理論課程考核多采取平時考核與理論知識考核的形式進行，考試形式單一、無法全面考查學生的知識應用能力，而實踐考核多采用課程實踐報告與答辯的考核形式，這種考核形式會忽略小組內部不同成員的表現情況，不能反映學生的真實水平?；诖耍剿鞫嘣目己朔绞絒5]即平時考核+分項目實踐考核+理論知識考核，如圖2所示。平時考核中的德育考核，使學生樹立努力學習、嚴格自律、誠信做人的觀念。分項目實踐考核的實際操作考核加入口試環節，保證教師真實的掌握學生的技能水平。多元化的考核方式，堅持學生以學習的主導，既能充分調動學生學習的能動性，同時較好地實現了課程教學目標，又在一定程度上保證了評價的客觀性和公正性[6]。

4 結語

理論與實踐項目的結合，能使學生更好的理解抽象的知識點，讓學生直觀認識PLC的實際用途，掌握PLC控制系統的設計方法。以任務導向作為驅動的項目化教學，充分發揮學生在課堂的主體地位，教師通過下發項目任務，使學生的學習目的更加明確，提升學生學習的廣度與深度及研究、動手和實踐的能力，通過競賽式的學習比拼，充分調動學生的積極性和主觀能動性。同時思政元素的融入，增強教師立德樹人的使命感和責任感，促進教學相長。使學生堅定理想信念、厚植愛國主義情懷，培養學生的嚴謹認真的工作態度、精益求精的工匠精神，培養學生良好的職業素養。

引用

[1] 趙亞范.電氣控制實驗室管理模式研究與實踐[J].實驗室科學, 2013,16(01):140-142.

[2] 童旺宇,涂軍,蔡浩.PLC基礎教程[M].北京:機械工業出版社, 2017.

[3] 廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2014.

[4] 李娜,許評,吳燕.高職院?！禤LC原理及應用》課程思政改革路徑探索[J]. 文化創新比較研究,2020,4(36):95-97.

[5] 韓磊,沈青,楊晨,等.高職電力類課程項目化教學探索與實踐——以“電氣設備及運行”課程為例[J].廣東水利電力職業技術學院學報,2022,20(2):39-41+64.

[6] 張靜,李成虎,盛海龍,等.地方院?！峨姎饪刂婆cPLC》課程實驗教學改革實踐——以河西學院為例[J].河西學院學報,2022,38(2): 111-115.