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PLC教学模式的探索与思考

2019-02-03杜雪飞

现代职业教育·职业培训 2019年12期
关键词:编程语言实训教学法

杜雪飞

[摘           要]  PLC是工业控制的基础,有着广泛的应用,其教学成效直接影响学生的实际工作。结合作者多年来的工程实践和教学经验,探索PLC的教学模式,分析PLC教学条件、教学内容、教学方法和教师要求。经过课程教学实践,学生学习积极性增高,编程设计和实践动手能力有较大提升,取得了较好的效果。

[关    键   词]  PLC;教学模式;教学方法

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603(2019)36-0282-02

随着《中国制造2025》的实施,中国从制造业大国向制造业强国转型,工业控制是制造业转型的关键之一。PLC作为工业控制的基础,是物联网、自动化、智能制造等专业的核心课程。PLC课程已经开设了二三十年,其硬件设备推陈出新、软件系统优化升级、可控对象范围不断扩大。作为一门理论与实践紧密结合的课程,PLC既要求学生有逻辑思维能力、一定的数学基础,又要求学生有较强的实践动手和编程实现能力。随着时代的发展,课程要求专业教师不断思考,提升专业水平,探索教学模式变革,激发学生学习兴趣,提高学习效果,真正实现学以致用。

一、PLC教学模式探索

(一)翻转课堂法

翻转课堂法从美国传入中国,课程教学模式发生了颠覆性改变,从以教师讲解为主的模式,变为以学生提问交流为主的模式,王攀攀、杨冰等在PLC教学中尝试了翻转课堂法[1,2]。课前,教师需要准备并发布教学资源,学生预习书本知识、学习教学视频或PPT、记录学习问题;课中,教师就教学重点难点进行讲解,回答学生问题,引导学生进行交流讨论,开展课堂实验;课后,教师批改实验报告、进行考核评价、总结改进课堂教学,学生总结复习、完成程序、调试验证、编制报告。

翻转课堂有效激发了学生学习主动性,提高了学生获取知识和分析判断能力。翻转课堂需要学生投入课堂学习1倍以上的时间,能力差异导致部分学生很难跟上教学节奏,从而使教学达不到预期效果。因此,翻转课堂更适合小班、同能力水平的学生教学,针对性更强;教师能关注到全体学生,效果更好。

(二)项目化教学

针对高职学生喜欢动手实践的特点,应开展项目化教学。CDIO教学、分段式项目教学都是项目化教学的延伸。

CDIO教学代表构思、设计、实践、运行,强调从产品研发/项目设计到产品运行/项目投运全过程,学生全程参与。冯佩云、王勋等在PLC教学中尝试了CDIO教学模式[3,4]。利用校内实验室和校外实践基地,构建了电机正反转、交通信号灯、机械臂控制等项目,项目再细分为任务,让学生“做中学”,着重强化学生实践动手能力和项目设计能力。秦健基于CDIO模式,把企业、竞赛和教学结合起来,提出了EUC方法[5],强调企业与教学、竞赛与教学的相互促进。刘强在PLC教学中推行了分段式项目教学法[6],设置阶段性目标,评估项目实施过程。

项目化教学促使学生实践中验证理论知识,调动学生学习积极性。但教学项目、任务是统一布置,学生独立发挥可能性不高,项目之间的耦合性不强。

(三)成果导向教育法

成果导向教育(OBE)法强调学习成果与实践结果。徐海英在PLC教学中应用了成果导向法[7]。OBE法强调以学生为中心,要求优化课程目标,结合实际选择项目,提倡個性化教学、多元评价标准。学生通过对预期学习成果的确认,逐步提高,自我认识增强。

(四)游戏教学法

游戏教学法就是以游戏的形式开展教学,让学生在轻松、快乐的气氛中主动学习。张维在PLC教学中尝试了游戏教学法[8]。该教学法把机械、电气、控制三者结合,用PLC控制,通过三维仿真展示游戏。

游戏教学法以游戏来代替真实的环境,学生兴趣高,能够积极投入。但这种方法需要融合多学科知识,开发游戏背景,教学投入大;注意不能陷入游戏,而忽视游戏背后的控制;仿真不能完全替代实物,还是需要真实的实训环境。

二、PLC教学的思考

(一)教学条件

1.选择合适的PLC控制器

首先,PLC种类众多,常用的有西门子、罗克韦尔、ABB、施耐德、GE、Tmeic、欧姆龙及和利时等,高校应根据资金、合作伙伴、发展趋势、现有条件等选择合适的PLC,尽量避免选择淘汰产品(如西门子S7 200)。其次,为降低成本,提高利用率,尽量选择带有仿真功能的PLC。最后,考虑控制成本、培养目标要求,一般选择性能中端的产品,如西门子产品一般以S7 300/1200系列为宜。

2.搭建实训平台

除了PLC之外,还需选用温湿度、速度、压力、液位、位移传感器等输入设备以及电机、机械臂、液压装置等输出设备。如条件具备,最好能结合无线通信、变频器、MES/ERP等构建一个从L0至L5的综合性全厂实训平台,可供多专业、多课程的学生实训。

3.选择合适的编程语言

PLC支持多种编程语言,IEC61131-3提到图形编程语言(顺序功能图SFC、梯形图LD、功能块图FBD)、文字编程语言(指令表IL、结构文本ST),部分PLC还支持连续功能图CFC。不同语言功能相通,但各有特点:SFC最好用于顺序控制;LD图形化编程简单易学;FBD允类似数字逻辑门编程,与CFC类似;ST与高级语言C、PASCAL相似;IL与汇编语言的助记符类似。不同行业和设计人员有各自偏好,有时需多种编程语言同时使用,以一个细纱机的施耐德控制程序为例,其同时采用了LD、ST和CFC。教学时,一般多选择LD和ST。

(二)教学内容

PLC教学应使学生掌握基本概念、常用指令、编程语言、编程逻辑、典型控制、硬件接线、系统测试和报告编制。PLC教学容易陷入项目雷同化的陷阱,应根据学校教学条件、时代发展、学生水平、学生兴趣等设计典型项目,可设计多个项目供学生选择,开展差异化、分层次教学。

(三)教学方法

PLC教学不应局限于固定的教学模式,可采用混合教学法。从顶层整体设计课程,针对不同专业、水平(中职直升专科、高职分类专科、专本贯通等)的学生制定不同课程标准,准备教学资源(独自建设,或参考借用慕课中国、学堂在线、中国大学MOOC平台、智慧职教等资源),采用实物实训与虚拟仿真相结合的方式,注重项目化教学的延续性,如学生能完善或补充PLC控制用的三维模型、典型案例、控制算法、控制画面等,就会在脑海中留下印记。

教学要和企业需求相结合,可采用现代学徒制、毕业实习、项目参与、竞赛参与等方式。此外,可通过课前预习、课堂练习、课后作业、实训等对学生进行评价,评价关键在于公平、及时与反馈。

(四)教师要求

现代教学要求很高,教师应多参加教学和技术培训、交流,参与科研项目和社会服务。此外,建议采用模块教学方式,全学院或全校同一课程形成一个大的课程教学小组,既可是紧密型正式小组,也可是松散型兴趣小组,一起推进PLC教学改进,如Stem教育。

三、结语

通过探索各种PLC教学方法,结合多年来的工程实践和教学经验,提出了PLC教学的重点因素。通过课程教学实践,学生积极性高,编程设计和实践动手能力有较大提升。高校以后将进一步加强多专业同一课程的互通和交流,前后续课程的协同设计,不断修订教学资源、调整教学方法,以培养新时代综合性人才。

参考文献:

[1]王攀攀,徐瑞东,邓先明,等.“翻转课堂”教学模式在PLC实验教学中的创新应用[J].煤炭高等教育,2019(1):122-126.

[2]杨冰,黄书童.翻转课堂在PLC控制技术教学中的应用与研究[J].教育教学论坛,2019(24):167-168.

[3]冯佩云.CDIO在应用型大学PLC教学中的应用[J].科技视界,2017(15):51-52.

[4]王勋.基于CDIO的电气控制与PLC应用技术课程教学改革探索[J].赤峰学院学报(自然科学版),2019,35(4):146-147.

[5]秦健,魏春光,李晓明.EUC方法在PLC课改中的应用研究_基于CDIO教学模式[J].辽宁高职学报,2019,21(6):52-55.

[6]刘铁.分段式项目教学法在PLC编程实训中的应用[J].现代职业教育,2019(3):118-119.

[7]徐海英.基于成果导向的PLC技术与应用课程教学优化与實践[J].现代职业教育,2019(21):108-109.

[8]张维,刘凯.游戏教学法在高职PLC实训中运用研究[J].智库时代,2019(32):289-290.

◎编辑 陈鲜艳

Exploring and Thinking of PLC Teaching Mode

DU Xue-fei

Abstract:As the base of industrial control, PLC is used widely. The teaching result of PLC directly influences the work of students. By combining the engineering and teaching experience of the author, this paper explores the teaching mode of PLC, analyses the teaching conditions, and the teaching content, and the teaching method, and the requirement of teachers. By the course teaching, it arouses the students initiative, enhances the programming and praticing abilities. The teaching mode is good.

Keywords:PLC;teaching mode;teaching method

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