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高职院校《PLC原理及应用》课程的探索

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  摘要:《PLC原理及应用》是高等职业院校一门重要的专业课程,结合个人几年来的教学实践摸索,本文主要从PLC课程教学内容的选取、教学的组织设计、教学实践平台的搭建、课程的考核等几个方面对《PLC原理及应用》这门课程的教学过程进行了探讨。
  关键词:PLC;教学组织设计;教学实践平台;教学内容
  中图分类号:G42 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)39-0140-02
  可编程控制器(PLC)是在20世纪60年代末发展起来的一种新型的工业自动化控制装置,它将传统的继电器、接触器控制技术融为一体,利用软件进行过程控制,具有丰富的接口模块。其可靠性高,抗干扰能力强,扩充方便,性价比高,被广泛地应用于工业控制的各个领域,成为当代工业自动化的支柱之一。
  为了更好地培养适应现代工业发展需要的应用型高职高专人才,《PLC原理及应用》课程已经成为高等职业院校工科类的一门重要专业课程。如何在高职院校教好这门课程?结合近几年个人对该门课程教学的不断实践与探索,本文主要探讨对《PLC原理及应用》教学的体会。
  一、课程内容选取
  PLC的生产厂家成百上千,比较知名的有德国的西门子、日本的三菱、美国的AB、法国的施奈德等品牌。生产厂家虽多,但在标准化方面做得较差,PLC的软、硬件体系结构是封闭,而不是开放的;绝大多数PLC使用专用总线、专用通信网络及协议;各种PLC产品的编程语言在表示方式、寻址方式和语法结构上都不一致,使得它们互不兼容。在教学的过程中,究竟以哪种PLC开展教学呢?目前,关于PLC课程的教材也有成百上千种,有以西门子系列PLC为对象的教材,也有以三菱系列PLC为对象的教材。有限的教学时间不可能让学生把每种不同品牌的PLC都进行学习,但作为老师,又应该让学生充分认识到不同PLC产品编程语言的不同与相通性,在未来工作中更好地适应不同的工作对象。因此,在PLC教学中,不应该简单地根据教材以某一种品牌的PLC来进行教学,而应该以一种为主,适当补充另一品牌的PLC的内容。比如,可以以市面上使用最广泛的西门子PLC为主要教学内容,在教学各个环节适当地补充三菱PLC进行对照,让学生既认识到差异,又发现其相通性。这样,学生在未来的工作中遇到不同品牌的PLC时才不至于手足无措。
  二、教学的组织与设计
  《PLC原理及应用》课程的重点在应用,学会接线与编程是学生学习的重要目标,但对于高职高专的学生而言,编程是一件很难的事情,作为老师,如何真正教会学生掌握编程的方法,是重要的教学任务。项目化教学是目前较为推崇的教学方式,关于PLC课程教学的项目化教程也随处可见。经过几年的教学摸索发现,针对《PLC原理与应用》这门课程,面对高职高专学生,倘若一开始就进行项目化教学,无疑会让毫无PLC知识基础的学生苦不堪言,丧失学习的信心。个人认为,虽然高职教育强调应用,强调实践,但有必要先简单介绍PLC的基本结构、工作原理与编程基础知识,在此基础上再开始学习编程。当然,学生学习编程就像学习语言一样,不能一开始就布置具体的编程任务,应该先教会学生读懂简单程序,从模仿开始。在教学的设计上,可以按照基本理论单元、应用实例分析、模拟实验与实际设计几个单元来组织教学。
  首先,介绍清楚PLC的基本结构、工作原理、编程的基本要素与规则。比如,在讲PLC的工作原理时,一定要将继电器的工作原理讲清楚,然后引出PLC的触点、线圈的概念,让学生充分认识到软继电器的含义,利于学生后续理解编程。之后可以开始让学生学习编程,学习编程的时候,可以从读懂简单的程序开始,在对简单程序理解分析的基础上,让学生进行模仿。在教学的过程中,经常有学生感叹道:我每次都听懂了,但要让我自己来编写程序就感觉无从下手。针对这种情况,练习是最好的解决方法。在课堂的教学中,适当地留出时间给学生,针对所讲内容布置简单的编程小练习,在练习中逐步学会编写简单小程序。在教学中发现,要充分调动学生学习的积极性,更重要的是让学生充分认识到学习这门课程的实际意义,体会到学习的乐趣。虽然有最开始对PLC应用领域的总体介绍,但对于学生而言,那是空洞的、抽象的。在简单的编程练习之后,应该引入完整的PLC应用实例,比如常见的交通灯模拟控制、自动门的控制等,从学生容易理解的身边实例开始,再逐步过渡到工业过程控制中PLC的应用。通过实例进行任务分析与编程设计,提升学生学习的兴趣,理解PLC的应用。这一点,我在教学中深有体会。在这部分的教学中,由于学生基本没有生产实践知识,对大多数控制系统的工艺流程及其要求理解不深,导致很多时候无法正确地分析控制的过程。此时,作为老师,可以采取播放相关工业控制视频、与学生一起分析控制任务、到现场参观等多种方式来解决这一难题。
  PLC基本理论知识的学习、简单编程的练习与模仿、应用实例的分析,有了这些基础,就可以开始进行简单的模拟实验与应用设计了。在应用设计的教学环节中,可以以项目化教学方式进行,简单地讲,可以将学生分成若干个项目小组,按照布置项目任务、任务分析、项目设计、项目实施、项目总结的步骤引导学生完成完整的基于PLC的应用设计。其中,项目任务可以由老师下达,从任务分析到项目总结由每组选派的项目负责人组织进行,在这个过程中,老师作为项目顾问给予帮助和指导。
  由于培养的对象是高职高专学生,培养的人才是高素质技术技能型人才,在PLC课程的教学过程中,除了教会技术,让学生掌握技能,还应该注重素质的培养,对学生工程全局意识的培养也应该贯穿于整个教学活动中。比如,在介绍到PLC的输入输出点数的概念时,不是简单告诉学生PLC输入输出点数就是PLC输入输出的端子数,还应该告诉学生,PLC的点数信息可以从说明书中获得,对实际使用过程中进行PLC选型非常重要,在实际选型过程中需要根据现场的需要确定点数,既不过多浪费也要有冗余。另外,在进行实际控制系统的设计时,除了正确性,还要注意安全性与合理性。可以通过案例的对比分析加强学生对控制系统安全性的重视,培养此种意识。   三、教学实践平台的搭建
  PLC课程是一门实践性很强的课程,好的实践平台的搭建是学习好该门课程的关键。首先,在课程的实践环节的设计上,可以分为三个环节:第一,熟悉编程软件,进行简单程序编写的基本环节;第二,验证性的模拟实验环节;第三,项目式的完整应用设计环节。在实验室的建设中,可以考虑建设一体化教室,以满足教师分析案例、讲解编程思路,学生动手编程调试的教学过程的需要。在选用与购买实验设备时,为了让学生真实感受到从PLC外围接线到编程的与实际现场相同的工作过程,应避免选用常见的输入输出端插头式箱体实验设备,尽量让学生自己体会端子的接线。实验设备的构成单元除了中心控制单元PLC、指示灯之外,还可以适当增加触摸屏等工业常用的PLC外围设备。在实验室规模上,可以根据具体的班级学生人数设置实验设备的台套数,比如,可以以20组设备进行设置,以满足40名学生同时进行实验。在电脑配置上,可以一台设备配置两台电脑,这样,可以让更多的学生进行编程练习与分时调试。同时,又可以让该实验室作为专业机房,进行相组态软件等相关专业软件的学习,以提高实验室的利用率。当然,为了让学生全面地体会从设计、接线到实现控制的全过程,除了进行相关的实验,还可以在学习的后期开展项目的制作。教师可以设计几个简单的项目任务,让学生完成基于PLC的项目设计。项目不必过于复杂,但需要由学生完成任务分析、硬件选型、硬件接线、编程调试的全过程。有了全过程的参与和体验,学生以后才能更好地融入与胜任实际的项目。为了完成这个环节的教学,在建设实验室的时候,有必要在实验室增设一个简单的制作与设计区域,可以根据条件配置几台普通的实验桌,常用的导线与工具即可。在必要的时候,建议专业教师可以与实验室设备厂家共同完成实验设备的开发与设计,以更好地适应教学需要。当然,最后需要教师根据课程实践的三个环节,结合具体的实验单元编写出适合学生的实验指导教程。
  四、课程的考核
  关于课程的考核,我们不能过多地强调哪一张试卷。对于实践性很强的《PLC原理及应用》这门课程,既然重视实践,那么也应该重视实践环节的考核,才能更好地督促与引导学生的学习,不能将实践与理论完全割裂。在教学过程中,尝试将该课程的考核分成三个部分,以配合教学过程的各个环节。第一部分:课堂教学部分成绩,主要针对理论教学的过程,考查学生的出勤,小组讨论、发言的积极性,作业练习完成的情况,约占成绩的30%;第二部分:实践环节成绩,主要针对学生在实验、实训过程中的表现进行考核。该成绩由实验过程表现、实验结果检查、实验报告书写三部分成绩构成。在学生实验、实训中,整个过程是最重要的,教师在指导的过程中要监控学生的实验参与情况并进行记录,同时检查实验的最终结果。由于实验是分小组完成,此部分既考核了个人,又考核了小组的协调配合。约占成绩的30%。第三部分:期末的闭卷卷面考试。在出卷的过程中,可以选取平时强调的知识点进行考核,比如:基本概念性知识、简单的编程设计、编程的注意事项等,宜简不宜难,主要考查学生个人对基本编程知识的掌握情况,起到督促其学习的作用。
  参考文献:
  [1]崔维群.可编程控制器应用技术项目教程[M].北京大学出版社,2013.
  [2]王蕊.PLC原理与应用课程工学结合改革的探索[J].扬州职业大学学报,2009,(12).
  [3]廖常初.PLC基础及应用[M].机械工业出版社,2010.
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