项目教学法在PLC 应用技术教学中的应用

刘文秀，王杏进，郭伟

（1.韶关学院物理与机电工程学院，韶关512005；2.广东松山职业技术学院电气工程系，韶关512126）

0 引言

作为一种先进的控制器，PLC 工作可靠，能适应非常恶劣的工作环境，广泛的应用于控制领域。另外PLC 控制技术是工业控制三大支柱之一，可以说PLC应用的深度和广度是一个国家工业先进的重要标志之一。在高等教育中，电气自动化、机电类专业的教学中，《PLC 控制技术》是一门重要的专业课。课程涉及的知识广、内容多，并且更新发展快，是一门既强调理论又注重实践应用的课程[1]。从近几年已经毕业的学生从事的工作情况调研分析中可以看出，对于从事电气控制领域相关工作的学生来说，学好PLC 的控制技术有现实的指导意义。为了进一步提高教学质量，课题组教师针对PLC 的控制技术采用项目教学的方法，实现模块化的教学方式，来提升学生的实践操作能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。

1 传统教学模式的不足及项目教学法的优势

目前我校的机制设计制造及其自动化专业的《机电传动控制》课程与自动化专业《电器与可编程序控制器》课程都涉及PLC 应用技术的学习内容，两门课程的教学内容实践性强、紧密联系工程实际。课程要求学生掌握可编程序控制器（PLC）的基本结构、工作原理、指令系统、PLC 的编程方法以及系统设计。其特点为理论与实践相结合，软件与硬件兼施，具有多变性、综合性、典型性、实践性和实用性五大教学特点[2]。而目前PLC 教学教材的内容，大部分都是先介绍PLC 的概述和PLC 的工作原理，然后讲述PLC 控制系统的硬件配置及I/O 接口，软件的使用方法，编程语言的种类，各类功能指令和系统设计等。在这种传统固有的教学模式中，传统的教学方式把过多的时间用到了指令的讲解过程中，枯燥乏味，不容易记忆，学生对课程中的知识点理解不够透彻，同时浪费了大量的时间去记忆理解各种基本指令和功能指令，而忽略了各个指令在具体项目任务中的作用及使用方法。综合以上PLC 控制技术的特点，本门课程的学习需要一个很好的载体，利用项目教学法为主线，以学生为主体，通过项目的方式，把理论知识充分地融入到实践中去。采取任务和项目贯穿在整个的教学过程中，这样可以充分地培养学生独立思考的能力，加强和培养学生的工程实践意识，而且通过团队协作的方式培养学生的团队精神[3]。

2 项目教学法实施的过程

2.1 项目内容的设置

项目教学法的实施关键在于在教学过程中有针对性的针对教学中的理论知识点设计合理的项目内容。因此项目的设置要科学合理，要紧密围绕人才培养方案，统筹安排项目内容[4]。

在项目教学法的实施中，依据我校近年实验室的投入建设，充分利用硬件资源，同时综合考虑实践性、综合性、创新性的要求，因此所设置的项目按照逐次递进、由简单到复杂、不断深入、最后综合的方式展开，以这种科学合理全面的方式进行项目教学，设计了四个难度等级的项目，由易到难，实现阶梯化的实践项目。

（1）基础性项目

基础性项目的设置主要是针对教学中理论知识点和主要的功能指令而设置，通过基础性的项目的实施，让学生了解PLC 的结构、外部接线、编程软件的使用、基本的指令的使用方法。具体项目有编程软件的使用、符号表应用、用编程软件调试程序、位逻辑指令、定时器、计数器、比较指令、位移与循环指令、数据转换指令、时钟、数学运算、逻辑运算指令的应用等。

（2）综合性项目

综合性的项目主要以现实生活中常见的控制展开，用学生较熟悉的场景激发学生的学习兴趣，开展综合性的项目，更加深入理解PLC 课程中的理论知识点，进一步提高学生编写程序的能力及调试程序的方法。具体的项目有喷泉的控制、数码显示的控制、舞台灯光的控制、天塔之光的控制、交通灯的控制、四节传送带、轧钢机、邮件分拣、装配流水线、液体混合、机械手、水塔水位的模拟控制等。在实际的实施过程中教师可以从中选择几个项目让学生开展工作，达到人才培养的目的。

（3）提高性项目

提高性的项目以实验室提供的光机电气一体化实训设备为基础，实现工件的定向出料辨识、分拣和水位的恒压过程控制。项目集成了PLC 编程技术、气动技术、传感器技术、现场总线技术、触摸屏组态技术、电机调速技术、机械传动技术、创新机械设计技术，能真实体现现代企业自动化生产线的运作流程状况。要求学生根据具体的控制任务，实现梯形图程序编写并反复调试程序实现控制任务，从而内化学生的实践技能，激发学生的学习潜力和创造力。

由于系统处理的是射频信号，故需要注意布线时的阻抗问题，本设计采用T-G-G-B(顶层-地-地-底层)的层叠结构，通过调整线宽及层间距达到阻抗匹配。对于高速信号走线，由于趋肤效应造成走线周围具有电磁场，容易造成相邻线材的耦合干扰。为使走线间耦合干扰达到可以忽略，布线时需要满足3W原则(走线中心间隔满足3倍线宽)。

（4）实践性项目

实践性项目以实验室工业机器人视觉仓储实训平台为载体。实践内容是基于PLC 与GMC 控制器下的六轴机器人实现物料的上下料、打磨、冲压、焊接等实际应用系统。项目同样集成了PLC 编程技术、气动技术、传感器技术、现场总线技术、通信技术、触摸屏组态技术等。通过实践环节，可以很好地培养学生的动手能力、创新能力和团队合作的精神。

2.2 项目实施过程

PLC 课程是专业核心课程，对实践性、创新性有较高的要求。在项目教学的过程中，教师先完成基础知识的讲授，让学生更加深入的理解专业知识，然后根据实验设备的实际情况，采用接近实际工程的实践项目，逐步引导学生开展PLC 控制系统的设计[5]。

为了保证实际教学的质量，课题组教师根据学生的实际情况，把学生按照优、良、中，强弱搭配进行分组。当较弱的学生遇到困难时由能力较强的同学帮助引导，这样可以有效地提高学习效率。另外学生的分组情况应该从多方面综合考虑，如：学生的性格、理解能力、团队精神、动手能力，等等。为保证顺利开展各个项目，要求每组学生应该先明确每个人的任务和职责，分配好相应的工作，保证每个学生都参与项目的设计。另外项目由易到难、由简单到复杂的设计也能兼顾到所有学生。

在项目教学的过程中，学生根据具体项目的控制工艺流程给出合理的系统设计方案、元件设备选型、系统硬件接线、绘制系统的顺序功能图、编写梯形图。

最后，要求学生利用实验设备，完成系统硬件接线，并且下载程序，完成程序调试工作，最后总结与交流。在此教学过程中，教师要巡视每个小组的完成情况，实时的掌握学生的动态。当学生遇到问题时，在尊重学生原始设计的基础上，给学生适当的引导和启发，协助学生解决实际遇到的问题，最终实现项目的完成。通过实践平台把专业理论知识与实践操作紧密结合起来。

总之，项目的实施过程中，学生为主，教师为辅，具体过程如图1 所示。

图1 项目实施过程图

在项目教学法的实施过程中，教师的主要作用是协调组织管理工作，以确保项目的顺利开展。因此重点应该以学生为主体，教师在授课的过程中不能占用太多的时间去讲解理论知识，只需要给学生做适当的辅导即可，这样既保证了项目的理论基础，同时学生又通过实践环节得到了锻炼的机会。教师只需要在学生需要帮助的时候给予适当的提示和帮助即可[6]。

3 项目教学法实施的效果

在PLC 的教学过程中，采用传统的教学方法，会导致部分学生对课程的知识体系结构理解不透彻，而且利用所学的知识解决实际问题的能力较弱。而采用项目教学法后，有效地把实践教学和实际工程紧密联系。通过基础性项目、综合性项目、提高性项目、实践性项目的实践教学，有效地把所学的理论知识点相关联，有效地激发了学生的学习兴趣，使学生透彻的理解课程的知识点并达到应用的目的，使其专业能力和综合能力有效的提高。课程教学质量显著提高，学生在专业技能创新能力上显著提高[7]。

采用项目法教学方式，还可以提升学生以下能力：

（1）通过具体项目的设计，培养学生对自动化生产线的检测、监控、执行等部分的硬件设计、硬件装配、硬件检修及硬件维护的能力。

（2）通过具体项目的设计，培养学生学会系统控制方案的设计、设备的选型、程序的编写和调试以及硬件维护维修的能力。

（3）通过具体项目的设计，培养学生网络通信问题的解决能力。随着自动控制设备自动化程度的提高，设备间网络通信数据的处理能力要求也越来越高。

在项目的实施过程中，师生之间亦师亦友，可以通过共同探讨的方式对出现的问题进行有效的解决，让学生更多地参与到实践中去，充分地调动了学生的学生积极性和主动性。通过两届学生的实践表明，项目教学法的实施，对人才的培养发挥了有效的作用。通过项目教学法，学生在学科竞赛、大学生创新创业项目和毕业设计项目的开展中取得了显著的成绩。特别是在第四届、第五届的“欧姆龙杯”自动控制应用设计大赛中，获得了二等奖一项、三等奖三项、最佳创意奖一项的成绩。

4 结语

在PLC 应用技术的教学中，采用项目教学的方法，把具体的知识点以项目的方式呈现在学生的面前，让学生通过实践的方式理解并掌握理论知识，避免了填鸭式的教学方式，使得学生在解决实际问题的过程中掌握知识的实质并应用，实现其专业能力和综合能力的显著提升。以学生为主体，教师适当的引导，充分调动学生的自主性和积极性，通过学生组队完成项目，学生明确了学习理论知识点，同时促进了学生自我实践和团队合作及与人沟通的能力，达到了应用型人才培养的目标。