基于一体化的PLC应用技术课程教学设计

彭芳

摘 要：PLC应用技术课程旨在培养学生对PLC电气控制系统的硬件设计与安装能力、软件分析与编制能力以及自动控制系统的运行、调试与维护能力，采用真实的工作任务为载体，将理论知识教学依据工作任务进行解构，并依工作过程进行重构，使理论讲解与实践操作有机融合，形成教、学、做一体化的突出实践技能训练的教学模式。

关键词：项目教学;教学做一体化;实践技能

中图分类号：G712 文献标识码：A 收稿日期：2019-01-22 文章编号：1674-120X（2019）08-0099-02

PLC应用技术是高等职业院校电气自动化控制类专业一门重要的专业课，课程的知识目标是使学生理解PLC的基础概念，掌握控制系统的分析、设计、编程方法，实现基本测量与控制，掌握工程领域中的实际应用方法;在能力目标上，培养学生掌握PLC外围接口元件设备与PLC的硬件连接，具备简单控制系统的调试、维护与排除故障能力，以满足学生从事自动控制设备操作、安装调试、维护维修等岗位的需要。

基于工作过程的课程改革，强调按生产企业的工作过程应用知识，它是一个将学科知识解构而彰显行动体系的重构过程。笔者以工作过程为导向，以培养学生对控制系统分析、创新的能力和解决实际问题的能力为主线，将PLC应用技术教学内容按项目进行了有机整合，并在教学中实施，取得了良好的教学效果。

一、课程项目教学的特点

（一）基于职业岗位确定项目任务

针对本专业学生在一般工业企业从事的工作岗位分析，笔者制订了PLC应用技术课程融入典型工作情景的项目。例如，在三相异步电动机的控制方面有电动机的起动控制、正反转控制、调速控制、制动控制和顺序控制等;在PLC设计方法中运用了经验设计法、时序图设计法和顺序控制设计法。

（二）理论知识以必需、够用为原则，贯穿于项目教学中

课程原有的知识点包括PLC概述、PLC的基本指令、PLC的功能指令、PLC的通信及网络、PLC控制系统设计五个章节。课改后打破了按逻辑顺序的知识体系课程设置模式，将相关理论知识点穿插在相应项目任务中，并得到应用。

（三）采用教、学、做一体的教学模式

将理论课堂搬进实训场地，融理论讲授和实训于一体，教学过程采用“以行动为导向，以工作任务为驱动”，学生在学中做、做中学。学生是主体，教师起引导作用，教师提供一定的决策，并时时对学生的学习过程进行监控，指出问题并作出评价，使学生的职业技能逐步提高。

（四）基于工作过程的项目设计

第一，根据设计任务，进行工艺分析，拟定控制系统设计方案。

第二，确定硬件系统（PLC、低压电器等型号）。

第三，编制 PLC 输入/输出分配表、绘制PLC接线图。

第四，软件程序设计与调试（梯形图和语句表）。

第五，設计安装接线图。

第六，设计资料说明。

（五）项目教学实现过程考核

改变过去只注重理论考核，将一次性考试作为评价学生在课程学习中取得成绩的方法，依据专业能力考核标准从多层面、多种形式实现对学生知识和技能的考核。一是侧重专业技能考核，要求具备运用知识的能力，强调动手能力的训练和掌握;二是侧重学习过程的考核，将考核融入各种日常实践教学活动中，并结合口答、笔试、操作等多种方式来实现，较全面、真实地反映出学生的学习效果。

二、课程项目教学的设计

（一）项目教学进程

课程教学时，将生产一线的PLC应用技术岗位的真实工作任务归纳成典型工作项目，依据认识规律、教学原则将PLC应用技术学习领域设计为基础、应用和综合三个教学模块，由简单到复杂、由单一到综合的十二个工作项目，并以此作为载体，通过实施学习工作项目，引导讲授PLC工作原理、指令系统等理论知识，训练学生对PLC电气控制系统的设计、安装、调试及运行维护能力。PLC应用技术项目教学分为基础模块、应用模块和综合模块三个部分，其中基础模块包括可编程控制器的认识、可编程控制器的语言和基本指令两个项目;应用模块包括电动机基本控制设计、安装与调试，多台电机顺起逆停控制设计、安装与调试，步进电动机控制设计、安装与调试，彩灯循环控制设计、安装与调试，自动门控制设计、安装与调试，机械手控制设计、安装与调试，交通信号灯控制设计、安装与调试，校园打铃控制设计、安装与调试，数码管显示控制设计、安装与调试，共九个项目;综合模块设置了机床电气线路PLC改造项目。

（二） 项目教学的组织与实施

课程的组织形式按照2～3人一组来完成，过程分为情景导入、提出任务、分析任务、解决任务、现场练习、陈述点评、任务拓展、指导答疑与考核评价，共九个步骤，环环相扣，应用适合的教学手段，采用多元的人才评价观设计项目教学情境框架。

（三）项目教学过程标准

首先是教师准备：熟悉课程标准和教学内容，完成每个项目的教学设计，准备项目任务书、PPT课件、视频资料、记分册。

其次，以项目驱动的方式，采用教、学、做一体的教学模式，以学生为主体，教师为主导。

再次，保证项目教、学、做时间，完成知识点和技能点训练。

最后，通过项目任务书布置作业题，明确项目考核标准。

（四）项目教学考核方式与评价

考核方式：操作考试+笔试。

成绩评定由平时成绩（出勤、作业情况等）、项目考核（技能方面）和期末考核（理论方面）三个方面组成，各占总成绩的20%、50%、30%。

三、课程项目教学的实施案例

下面以交通灯信号控制项目为例，说明PLC应用技术项目教学的实施流程，本次项目教学内容是在并行性分支的顺序功能图程序设计基础上，拓展到以转换为中心的顺序控制程序设计。

首先是教师所需的准备资料。它包括项目任务书、项目教学设计、视频资料、PPT课件等。项目任务书包含了该项目目标、项目教学要求、项目描述、项目问答、项目计划与实施、项目检查等方面的内容;项目教学设计对项目实施过程做精心的安排，它要求在该项目中体现理论知识点，强调如何运用理论解决实际问题，通过案例教学、启发式与讨论式教学、网络技术应用、虚拟仿真等教学方法来实现项目教学的有序开展。

其次是情景导入。通过播放视频资料提出工作任务——按钮式人行横道交通灯控制的要求。充分利用信息化教学资源，让学生置身于一个交通路口的实际场景中，把课堂从教室延伸到实际的环境中。针对问题进行任务分析，学生围绕问题展开学习、讨论与练习。

一学：由时序图确定工作状态步的方法;顺序功能图的绘制：初始状态、状态步之间的转换、并行性分支的合并处理。

二做：绘制人行横道交通灯时序图;确定PLC输入、输出I/O分配表，并完成硬件接线图。

在梯形图程序设计中，教师教：掌握顺序功能图转为梯形图的方法，置位、复位指令的使用和程序的结构。

学生学：在顺序功能图转换为梯形图程序时，利用置位指令和复位指令的方法，即在上一步为活动步且转换条件满足时，用置位指令置位下一个工作步，用复位指令对上一步进行复位，这样就实现了步与步的转换。在输出信号的程序设计中要避免双线圈输出形式，如何实现灯的闪烁？并行分支如何合并？

学生做：利用触点的并联解决双线圈输出;最简单的办法是用SM0.5实现;将各分支的最后活动状态步与转移条件组合构成分支合并到下一状态步的逻辑条件。

通过以上过程，学生能确定被控制对象状态步;由状态步画顺序功能图;应用置位和复位指令来实现以转换为中心的顺序控制设计结构。在教师的示范教学中，引领学生进行程序编制，在编制过程中，让学生积极参与解决任务，对于顺序功能图如何转換成梯形图、并行分支如何合并、如何实现灯的闪烁以及如何避免双线圈输出等问题需一一解决。在现场练习阶段，指导学生练习程序输入，学会调试程序，并由学生陈述问题的结果，教师归纳点评。

最后是项目的任务拓展。要求学生进行十字路口灯控制的自行设计，讨论相关知识点并运用。例如，停止方案的选择：即按即停止方式，或按下停止，等待当前工作周期结束再停止。教师负责指导答疑，若停止方式为即按即停，学生可利用停止信号，对所有步复位，置位初始步可实现即按即停止方式;若选择按下停止，须等待当前工作周期结束再停止的模式，则设计程序时要考虑两个条件：一是在按下停止按钮时，将停止信号锁住;二是等待当前工作周期结束选择回到初始步才能停止。进行考核评价时，一方面进行程序运行和控制功能实现的检查，另一方面上交项目任务书作业，针对共性的错误点评，上述两个方面的考核作为一个项目的学习总成绩。

通过实施项目化教学，学生学习PLC应用技术课程的积极性有了很大的提高。因为分组学习，在学习中遇到问题时，小组学生之间就有了交流的环境。所谓学问就是在学习过程中不断地发现问题、讨论问题，才有对知识和技能的逐步理解和掌握。运用知识解决实际问题不仅巩固理论，职业操作技能也会有明显的提升，在教、学、做一体的环境下，培养学生的工作方法、能力和团队合作等职业综合素质。在传统教学模式中，教师是主体，学生被动地学习。课堂上教师通常是以灌输的方式进行教学，虽然有提问、练习环节，但学生在学习上缺乏主动性，参与学习的积极性也不高，教学效果不尽如人意。教师采取教、学、做一体化形式，在教中学、学中做，学生带着问题展开学习，除了师生互动，生生互动也带来了良好的教学效果。

参考文献：

[1]童山东.职业教育中职业核心能力培养的理论与实践[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[2]胡庆芳.优化课堂教学：方法与实践[M].北京：中国人民大学出版社，2014.