高职教学中提升PLC实践教学水平的改革探索——以浙江国际海运职业技术学院为例

陈再发

（ 浙江国际海运职业技术学院,浙江 舟山 316021）

一、引言

可编程控制器(Programmable Logic Control，PLC)作为一种通用的工业控制器可应用于所有的工业领域，并取得了相当可观的技术经济效益。各高等院校中所开设的PLC课程主要面向电气自动化类、工业控制类、机械工程等应用型工科专业学生，是其专业技术基础必修课。同时，也是一门实践性很强、工业现场应用面极其广泛的核心课程。本课程教学大纲要求有一半的实践学时，并设有为期一周的课程设计周，更重要的是，该课程知识可作为高职毕业设计的一个重要选题方向。若能把该课程的实践教学水平和质量提升，那将对学生今后的就业起到一个大的推动作用。浙江国际海运职业技术学院作为高职院校，针对现阶段该课程的教学条件和设备资源，提出本课程的实践教学改革方法，并在教学过程中逐步实施，力争让PLC 课程的实践教学达到较为理想的效果。

二、PLC课程教学模式改革

（一）课堂教学和实验教学相融合

目前，PLC课程的教学方法大多数都是先进行课堂理论课讲解，然后再到实验室进行实验教学，但是PLC中的许多概念和内容比较抽象，需要实践操作才能真正掌握这些知识点，如果只进行理论讲解，不但使学生对所学知识理解掌握比较困难，而且会很容易忘记所学的知识内容，在实验过程中还会引发许多安全问题。

将课堂教学和实验教学相互融合设计出新的PLC课程教学方法，也就是以现有的实验平台为基础，按照实验设备的数量将学生分组、分类划分，根据教学要求将理论课中需要进行实践验证的内容进行分类选出，然后再将选出的内容结合实验设备放在实验室进行理论讲授，同时进行PLC实践操作。将课堂内容放在实验室的理论讲座，同时进行实践操作验证和创新，再将实践过程中的问题反馈到课堂中进行讲解学习。采用新的方法可以将实验中PLC的硬件认识学习、软件使用练习过程、基本指令练习、简单的验证性等实验教学内容放在平时的授课中。通过课堂教学和实验教学相融合的教学方式可以给实验环节节省出许多时间，后面就可以开展更多更好的实验内容，给学生提供更多的实践训练时间让他们去学习程序设计，能更有效地提高课堂效率和学生的动手实践能力。

（二）进行启发式、研讨式教学

因材施教，根据教学目的和内容在课堂中引入以“问”“思”“答”为中心的“启发、研讨”教学方式代替过去单一的课堂灌输式的教学模式。新的教学模式增加了大量的课堂互动环节，让教师和学生有了更多的交流机会，使教师对学生的学习情况更加了解，并及时对教学中的问题进行处理和改进。

做好课前预习，教师可以在课前根据将要讲述的课堂内容难点、特点给学生提出一些相关的知识点和问题让他们进行课前预习，然后在课堂中进行抽查提问，例如：在位逻辑指令这一节课程内容中，可以让学生先预习“逻辑运算指令中嵌套式表达和先‘与’后‘或’的内容，CPU在执行程序时的逻辑顺序是什么？PLC中梯形图使用的标准触点和继电器控制的特点是什么？本章节内容学习的难易程度和问题？”等问题。让学生带着问题上课，学习状态和思维就会更加活跃，学习积极性就能被分调动起来。

教师根据学生的预习情况总结学生在此次课程中易出现的问题，然后寻找教学内容中的重点、难点着重讲述。在课堂中选取基于某个与课程有关的典型案例让学生进行分析、交流和讨论，在讨论过程中让学生相互提问、讨论，最后教师答疑，高效完成教学内容和教学目标。教师将学生的预习情况、课堂中完成效果等情况记录下来，在以后的学习考试中作为考评依据，给学生一些“压力”和“动力”，能充分调动学生的学习积极性。通过相互讨论、学习、钻研进而加深学生对课程中基本原理和概念的理解，提高学生分析、解决问题的能力。

三、实践教学改革

（一）教学模式改革

在以往传统的PLC实验教学模式中，实验内容基本都是先从熟悉软件的使用方法和简单的基本指令练习开始的，然后再做几个较复杂的验证性实验，学生按照教师给定的程序和要求进行硬件接线，然后再把已给定的程序输入PLC中进行结果验证，最后写一份实验报告，就算完成了整个实验过程。但是这些实验过程只是让学生对PLC的程序设计方法有了初步了解,并不能让学生完全熟练掌握PLC的编程方法，更不可能将其灵活运用到工程实践中，无法充分发挥实验在整个课程教学中的真正作用。实验教学是PLC学习中很重要的环节，所以我们要不断加强实验教学的改革创新。

1. 合理增加设计性实验内容

在制订实验内容时可选择一些典型的验证型实验作为基础实验内容，然后在此基础上增加适量的设计性实验。设计性实验可根据不同的教学要求和实验仪器设备条件进行。例如：可以在前面所做过的基础验证性实验上进行加大难度的改进或在实现不同的功能要求上进行设计，或者根据教学任务要求进行全新的内容设计。设计型实验是由学生根据指定的实验目的要求和实验条件自行设计实验方案并加以实现的实验。学生要掌握实验的基本原理，结合实验目的和实验条件考虑实验的合理性和可操作性。设计过程是一个复杂的学习过程，学生在不断地探索学习，加强学生动手能力、程序设计能力和自学能力，调动了学生的主观能动性，增强了学习成就感。

2. 系统培养学生的程序设计能力

PLC是一门实践性很强的课程，要想真正学好PLC这门课程，就要从基础知识进行扎实学习，进行大量的程序设计练习，通过多思、多问、多练，不断积累编程设计经验，经过严格的系统性训练才能有效提高编程水平。

第一阶段：首先从基本指令编程练习开始学习，熟悉PLC实验装置，熟练掌握编写“与、或、非”“置位/复位”、定时器、计数器及其扩展、基本编程方法等基本指令的应用。例如：“置位/复位”的经典组合应用、“定时指令”构成信号闪烁控制程序等基础程序段一定要熟练掌握。然后再寻找包含基本指令的经典的小程序分析其每个程序段的功能及编程特点，输入到PLC中进行运行验证并观察执行过程，观察运行结果，通过监视情况逐句分析，直到完全理解整个程序执行过程和设计方法为止，并记录整个实验过程中的问题，对这些问题进行整理、分析，总结重要知识点和方法。用上述方法对大量的经典程序进行学习，练就扎实的基本功。

第二阶段：经过第一阶段的训练之后，再要求学生对一些经典的、难度适中的PLC程序进行“填空式”改编。将稍大程序根据功能和应用的指令方法不同拆分成块，给出程序的一部分内容和实验要求，让学生用所学知识进行“填空”补全程序，运用所学基本指令知识逐个修改条件，观察运行结果，通过观察监控情况发现程序中的问题，再反过来重新修改。例如：先给出三层电梯控制程序的部分程序，把一些重点、难点程序段空出来，让学生填入程序，完成整个程序的功能要求。学生在实验中对程序进行了3～5次以上的反复修改与调试，并对修改的数据结果做下记录，直到实验结果达到要求为止。多选取一些经典实用程序利用上述方法让学生进行大量练习，使学生能亲身体验到学习的成就感并掌握程序设计方法和实验内容。

第三阶段：经过第一、二阶段的学习训练之后，学生已经能熟练使用基本指令进行基本编程设计了。然后利用现有实验仪器设备资源让学生自己独立设计稍有难度的程序，学生不仅要自编程序完成不同的功能，还要写出调试程序过程中的问题及分析解决方法。例如：前两个阶段已将三层电梯控制程序熟练掌握，然后让学生自编四层或五层电梯的控制程序或者是一些常用的较复杂的程序。通过一步步大量的自编程序练习，学生具备了一定经验，接着应该考虑复杂指令的应用以及程序的优化等。

（二）实施方法改革

1. 兴趣引导

“兴趣是最好的老师”，这句话在PLC 课程的教学中得到真切的体现，在我带过的每届学生中，成绩最突出的、最终选择与PLC相关的岗位就业的同学在学习过程中都表现出浓厚的学习兴趣，他们学习进度绝对是超前大多数同学的，尤其对功能指令及功能指令对应的内部存储空间变化有更多的兴趣去研究和发掘。毕业后，随着工作的深入，他们的能力都得到了很大的提升。有位去著名工控企业工作的学生就跟我说过：在深入学习的过程中，PLC 的功能让他感觉到震撼。可见，想要学好PLC，老师首先要积极引导，使学生对该课程产生浓厚的学习兴趣。在教学的过程中，怎样去引导学生的学习兴趣呢？首先，阐述PLC作为专业必修课程，在工科类专业课中地位的重要性和学好它的必要性，阐述PLC广泛的应用场合和广阔的就业前景；

其次，收集查找并播放一些先进且现代化的PLC控制工业过程视频，给学生一种触动，增加学生们想学习并要学好PLC的动力；同时，在第一次上实训课程时，可用一些简短的程序实现对电机或仿真彩灯的控制，让他们深刻感受到如此简洁的程序就能实现想要的控制，并进行程序的简单更改而不用改变硬件接线就可以实现控制的多样性变化。最后，开展班级的PLC程序设计比赛，再开展学院的竞赛，进而开展工科专业的PLC设计竞赛，让学生在学习的每个阶段都处在一种浓浓的学习氛围中，知道自己所处的位置，努力提升自己，达到学习进取的目的。

2. 任务驱动

构建“验证型、设计型、综合型、工程应用型”实践教学内容体系，实现任务驱动的教学方法。课程的任课老师集体自编实训指导书及题库，并且要求每一种题型对应有多少比例的学生掌握，并以此为考核评定依据，具体要求见表1。

表1 实践教学体系表表

所谓“验证型实验”任务驱动教学，是指面向所有授课的学生，在讲授基本知识过程中由教师设计大量的验证实例，让学生在实验的过程中去熟悉并掌握PLC中的各类指令的基本作用和简单应用，故要求95%以上的学生都要掌握。所谓“设计型实验”任务驱动教学，是指所有学生在进一步深入学习的过程中，由教师提出一些设计性的任务，让学生分组或独立的去完成，对于完成效果较好的小组，老师还可以在原任务的基础上进一步的深入拓展，增加设计任务的深度和难度，让学生积极开拓自己的思维，探索编程的方法和技巧，所以要求80%左右的学生都要掌握。“综合型实训”任务驱动教学是针对教学后期，大多数学生已经把常用的指令和编程思路和技巧掌握后，为进一步提升他们学习PLC的能力，由教师收集一些难度系数大，综合应用面广的题型，让学生在课上、课后完成的题型，对这类题型，优秀的学生能自我寻找思路，反复编程验证，最终能出色的地完成任务，但部分同学只能局部的编写一部分程序，或只能看懂或听懂对实例的讲解，所以能有40%左右的学生具有这样的综合能力即认为达到教学目的。“工程应用型实训”任务驱动教学法是针对每个班最突出的学生，由教师收集并选取具有实践工程应用价值的任务，整个任务的程序设计过程均要学生自己完成，该任务中可能会包括一些课内没讲过的内容，在授课教师的引导下，需要学生自学获取相关的知识，由于该类题型难度较大，故只要求少部分同学具有这样的应用能力，有10%左右的学生具有这样的设计能力即认为达到教学效果。

3. 以赛促教、以赛促学

学习的过程需要有竞争和动力，PLC课程的学习也一样。为了给学生们创造一个有竞争、有动力的学习环境，可广泛开展班级间、院系间的PLC实训竞赛，竞赛的主要对象是学过PLC课程的同学，但我们也面临这样的问题：PLC课程一般是在大三下学期开设，而这个阶段的学生总有一部分已经变得懒惰厌学，也会有一部分学生又要着手准备自己工作、升学或外出实习的事项，难免会影响到专业课程的学习效果，部分学生也表现出参赛积极性不高等现状，为了弥补此类不良现象，可采取在大一的新生选修课中提前开设该课程的选修课程，发掘有兴趣学习PLC的好苗子，引导其参加各类PLC的比赛，建立课外、年级外的参赛团队和学生“传、帮、带梯队机制”，形成“大三带大二帮大一”的梯队。教师负责组织、指导、提出参赛课题和督促整个过程，希望能以这样的方式营造共同学习，共同进步的氛围。

四、结语

PLC作为电气类专业学生的一个主要课程，每年都有不少学生选择其作为毕业设计课题方向，针对这一情况，院系可提前成立PLC课题小组，请有企业经验的实训老师和系主任担任题目的审核人，其他小组成员收集整理毕业设计课程相关题目，大家从企业同学或朋友处获取真实的应用项目，给学生列出课程设计参考题目，让学生选择完成。总体而言，通过实践教学突出学生的主体地位，坚持“以学生为主体，以教师为引导”的教学模式，提高学生对专业知识、能力、素质的渴求，使学生真正领会到“钓胜于鱼”的思想，突出学生综合能力的提升，以培养适应社会发展和需要的应用型技术人才。