虚拟仿真技术在PLC应用技术教学中的研究

陈洁

摘要：在我国新型工业化的战略指导下，虚拟仿真技术的应用越来越普遍。虚拟仿真技术进入课堂也愈发成为趋势。本文以虚拟仿真技术在PLC技术教学中的应用为研究对象，从虚拟仿真技术的具体实施、需要注意的关键点以及运用虚拟仿真教学的优势和意义几个角度作出探讨，旨在对高校PLC教学的改进有所帮助。

关键词：虚拟仿真技术;可编程控制器;教学改进

引言：可编程序控制器控制技术是一种极具应用性、实践性的技术。在机电类课程中，PLC的学习有着重要意义。而在PLC的具体教学和学习中，实验是对学习效果有着重大影响的。受制于实验设备、场地，许多中职院校实验效果效率都难以达到预计目标。在PLC教学中引入虚拟仿真技术，对于传统的教学模式中过于重视编程和理论而忽视应用实践的倾向有很好的纠正效果。下文先简单概述运用虚擬仿真技术教学方法，再从具体实施和使用该方法的优势意义这几个角度来展开。

一、虚拟仿真技术教学法的概述

虚拟仿真技术是随着计算机和信息技术的发展而诞生的一种新的实验技术，它通过建立一个虚拟的环境来模拟真实的运行环境。通过模拟真实的环境，现实中PLC存在的种种环节和过程真实而形象地展现出来。由于模拟出的虚拟环境能让学生不受限制的自由操作，即具有高度的交互性，因而虚拟仿真技术能给予学生更深度的学习体验，全方位的、更具体真实的学习并运用所学习的专业知识。由此能将理论和实践更深刻地联系在一起，不仅有利于学生记忆所学，更能避免学生只通理论不懂应用的断层现象的出现。对教学来说，运用虚拟仿真技术能打破时间和空间的限制，很大的缓解了教学资源有限造成的教学效率低下，学生也能不受限制的利用自己的设备进行练习操作。总的来说，虚拟仿真技术应用在PLC教学中，能丰富教学的形式，提升教学效率;增进学生的兴趣与学习的深度。从最长远的角度来看，还有利于学生创新能力的培育。

二、虚拟仿真技术在教学应用中的实施

（一）重新组织教学内容，设计适合虚拟仿真技术的教学过程

为了使虚拟仿真技术能有效的得到使用，就需要改变传统的教学形式，将教学内容重新整合，以便虚拟仿真实验能恰当地被嵌入教学中。具体来说，可以将工程项目作为教学中心，围绕着某一项目，拆分研究可编程控制从业人员设计、安装、调试、维护等各个工作环节，设置以下学习情境：电动机长动PLC控制;电动正反转PLC控制;机械手控制系统设计;运料小车不同运行方式控制;十字路口交通灯的PLC控制;步进电动机控制系统设计与安装;霓虹灯光广告牌的程序设计;用一个按钮控制五台电机;停车场数码显示编程;两台电动机多种工作方式控制;并联链接的组建与编程;N：N网络通信的实现与编程。

（二）强调随堂编写程序的重要性

从PLC课程标准中得知，学习使用PLC的目的主要是解决实际生活中的生产性问题。因而在这样的大的目标导向下，我们可以知道，PLC使用的弱点与难点就是如何利用好这一工具来解决生产性问题。这也是理论与应用难以联系起来的主要原因之一。所以，教学过程不能完全依照教材来设计讲课过程，围绕着工程项目来设计课堂才是比较科学的教学方法。通过分析工程项目的过程步骤，拆分工程项目的各个要点，让学生逐步理解实际生活中PLC是如何帮助解决问题的。虚拟仿真技术在这一过程中起到的作用是：仿真技术能让学生在课堂上编写实现所思考的解决办法，并能实时看到结果的正确与否，学生从而能依据结果调整程序，最终符合项目的要求。

（三）注重培育学生的创新能力

在日常教学过程中，除了讲解并演示知识要点，更要对学生提出自主学习探索、自主进行编程的要求。因为最终教学的目的是能让学生创新性的给出实际生活比教学更复杂更特殊的问题的解决方案。具体来说，教学中给出一个学习情境后，就要要求学生开始设计编写完成情境要求的程序，充分尊重学生的主体地位。再通过虚拟仿真技术，让学生演示所设计的控制程序，教师在该过程中予以适时干预。在完成演示后，要要求学生给出设计程序的思路，通过展现学生的设计思路，来发现学生分析问题和设计程序的盲点和瓶颈，从而予以针对性指导。同时要注意鼓励学生给出的创造性方案，对学生给出的独特性方案进行全面的分析评价，通过这样的教学来巩固学生对PLC的掌握，同时拔高学生的创新水平。

三、应用虚拟仿真技术教学的关键点

（一）同等重视理论与应用

虚拟仿真技术有生动形象、效果立体直观的优点，对教学有很大帮助。但虚拟仿真实验始终无法完全替代学生自己动手进行真实的操作，只使用虚拟实验缺乏交互性，与实际进行真实的操作还是有一定差异的。因而，在虚拟仿真技术运用到教学中时，实际操作要与虚拟实验相结合：强化训练实际的安装调试的训练过程、合理分配实际操作与虚拟实验的课时。教师要让学生明确的是，实际操作始终是学习PLC技术的重点与难点。

（二）教师要更注重提升自己的PLC实际操作能力

采用虚拟仿真技术的课堂通常要求学生能当堂编写程序，这就要求教师要有更高的对教学内容的熟悉程度、更高的编程能力、更快速的找出并排除程序错误的能力以及更灵活的临场反应力。虚拟仿真技术的运用对学生提出要求之前就对教师的能力提出了更高的要求。这对教师的启示是，要不断地向自己提出更具挑战性的目标，不断提升自身的能力，才能更好地服务于教学工作。

四、运用虚拟仿真技术的具体优势和意义

（一）明确学习目标，进行针对性改进

将虚拟仿真技术融入到教学过程中，编写的程序能被演示出来，运行程序的结果也能被直接表现出来。学生能直观地感受到PLC如何使用。通过前文所说的围绕工程项目进行教学的模式，能让学生了解在今后的职业化道路中，需要具备一些什么样的能力，怎样在具体时间中使用PLC这一工具。因而在学习的过程中，学生会明确自己缺少什么、需要什么，继而针对性地对不足作出改进。而不是为了学习而学习，而是以解决问题为导向，这就解决了理论与实践脱节的问题。

（二）提升学习兴趣和动机

虚拟仿真技术将死板而枯燥的学习要求变为可视化的具体操作。学生通过一些仿真软件，实操性的进行分析、设计编写程序、运行程序并调试、发现漏洞并进行修改，改进程序以符合最终要求这样一系列的过程。还主体性于学生的过程中，将死板的变为灵活的，将枯燥抽象的变为具体有趣的。提升学习兴趣和动机对学习效果的提升是显而易见的。

（三）增强编程解决问题的能力

运用虚拟仿真技术让学生在课堂上编写并和教师同学讨论修改程序，改变了传统老师讲授学生听讲的低效模式。更为重要的是，它展现了如何设计一个程序最终服务于问题的解决，将实践与应用有机的结合在一起，除了深化了理论的掌握，更是有效地增强了技能的应用性，为学生的职业化道路减少了障碍。

（四）创新思维与创新能力得到锻炼

运用虚拟仿真技术是一个强调学生独立进行实操的教学模式。灵活性的探索解决问题的编程方案的过程中，熟练地掌握了PLC的应用技术只是最表面的优势之一，面对职业过程中种种复杂的情况也能给出相应的应对方案，创造性进行软件开发，给出多种解决方案都是更隐性也是更深远的积极影响。完成好教学任务实际上对于职业道路来说是远远不够的，只有培养好学生的学习能力和创新能力，才能培养出可持续发展人才。

（五）降低未来职业操作中的安全风险

PLC一般都应用于机电类设备，这类设备对相关人员的安全是有一定挑战的。因此在软件的开发与设计阶段很好地进行优化调试，修正程序是十分重要的。虚拟仿真技术在这一方面对学生的训练能让学生较早的培养起一个合格的开发设计者应用的能力，减少使用过程产生的安全问题，从而较好地从学生这一角色过渡到职业人的角色。

五、结语

综合实践情况和前文的说明，虚拟仿真教学法围绕着工程项目，深化了学生对PLC技术的掌握，结合了理论与应用，并且有利于创新能力的培养和职业化的过渡;也能更好的塑造一群合格中职教师。对于社会所需的高素质、强技能、创新型人才的培养来说是意义重大且深远的。

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