PLC实验课程改革的几点建议

肖原彬

（江苏理工学院，江苏 常州 213001）

目前，PLC课程的理论教学环节主要突出PLC工作原理，程序指令讲解、编程思路分析等内容。学生对理论课程的基本内容掌握较好，但要做到熟练运用，仍需提高自身对一些复杂功能指令和操作技巧的理解，而PLC实验课程不仅能够提供理论知识应用于实践的途径，达到促使学生更好掌握知识，提升动手能力，熟悉PLC相关设备使用方法，强化逻辑编程思路的效果，而且通过该实验课程的训练也可以培养学生独立解决实际工程问题的能力，同时，为后期学生走向自动化工作岗位奠定了扎实的基础。本文主要叙述了目前PLC实验教学中出现的问题，并针对相关问题提出了几点建议，希望以此提高教学效率，推进学科稳步前进。

1 目前教学中出现的问题

（1）教学方式固定，未做到因材施教。现行的PLC实验课程教学方式过于程序化，通常采用固定的教学流程：“学生课前预习——教师案例示范——学生分组实验——小组分析实验现象——撰写实验报告”。采用这种教学方式难免会让部分学生产生走过场的惯性思维，认为上实验课只是简单机械地重现教师演示的实验步骤，不需要过多思考实验本身，学生为了实验而实验，而学生被动参与教学容易造成以下现象：学生对课前预习不重视、不积极、不主动；上课期间学生注意力不集中，导致教学案例演示效果不佳；分组实验时，常会出现每组只有一两位学生在努力接线、编程、调试完成相关实验，其他组员处于观摩状态参与程度低，或者极端地会出现直接拷贝其他实验组程序，以应付教师检查；后期部分学生撰写实验报告的雷同程度高。久而久之，学生在整个PLC实验教学过程中容易流于形式，对相关PLC实验现象不进行深入思考而浮于表面，对遇到的科学问题不去刨根问底，最终，学生独立思考，处理工程问题的能力没有得到很好培养；另一方面，这种程序化的教学方式也极大降低了教师的上课效率，通常由于教师对授课班级学生课业情况难以做到充分了解，且面临PLC实验设备数量短缺、课时数有限、班级上课人数众多等情况，导致教师在引用教学案例时，一般会采用难度较为适中的案例，这种一刀切的案例会导致部分优异的班级在较短时间内就完成相关实验，剩余时间较多，进而课堂整体时间使用效率不高。

（2）教学过程对PLC硬件设备本身知识讲解不够透彻。由于采购的PLC教学设备是一体装配的，不可拆卸，且数量有限，所以在实验设备讲解环节，教师大多采用口头讲解方式表述其内部结构及不同厂家设备之间的差异，造成部分学生对PLC设备是看得见却看不透，很难理解各型号PLC设备之间的差异，俗话说“磨刀不误砍柴工”，如果学生对PLC硬件构造没有充分的认识，便直接进行接线编程等实验操作，一方面，会造成学生盲目接线导致PLC设备损坏，严重地造成人员受伤；另一方面，会不利学生对于部分重要功能指令的熟练使用，如为什么高速脉冲指令(PLSY)只能选用三菱FX3u系列的晶体管输出类型（MT），而不能使用继电器输出类型(MR)？针对上述问题，如果直接将两种设备输出单元的内部构造展示给学生，便能让学生对两者的差异留下深刻印象，从而更好地选用正确型号的设备完成指令功能训练。

（3）学生忽视实验操作规程，造成时间浪费。PLC实验课程包含线路设计、设备接线、程序撰写、功能调试、程序优化等诸多教学内容，所以实验的各项注意点多且细，而教师为了在有限的教学时间和教学设备下完成相应的教学内容，一般在使用PLC设备前，会将标准的设备操作规程和使用注意点进行详细讲解，并配合实物进行演示进行强调，但对于初次接触PLC设备且动手能相对薄弱的学生而言，诸多注意事项或多或少会感觉枯燥，很难做到印象深刻，这就导致部分学生容易出现在实验操作过程中忽视操作规程，引起重复性错误，造成不必要的时间浪费，例如，设备接线作为整个PLC实验过程的基础工作，由于接线数量多，接线点复杂，通常耗时也较多，当学生操作过程中未按色号规定随意混颜色接线，在后期调试阶段，如发现是接线部位出现问题，实验故障排查起来将费时费力，导致后期程序调试时间被压缩，此时，学生能够按时完成实验的可能性很小，进而导致部分学生继续参与实验的积极性降低。

（4）学生PLC程序不重视仿真调试，直接上机运行设备损坏率高。PLC实验中涉及多种运动电器设备如交直流电机、步进电机、伺服电机等，正确的PLC程序是完成相关实验要求的重要保证，也是PLC实验教学的重点内容；其中，PLC程序调试是学生通过所学指令知识解决实际问题的内在吸收和升华，是PLC实验的重要组成部分。但在实际PLC程序调试过程中，经常出现部分学生在初次完成PLC程序编写后，急于检验自己编写程序的正确性，忽视了软件模拟调试，而选择直接上机运行，显然在有限的时间内，学生由于缺乏相应的编程经验所编写的程序通常存在诸多的逻辑错误，冒然运行很可能导致电器设备损坏，严重的可能造成人员受伤，如三菱PLC控制伺服电机执行定点运行时，在设备执行程序指令时，如程序中缺乏相应的限位保护程序，就经常会出现电机运行超行程，导致撞机、堵转等现象极易造成教学设备的损坏；即使部分学生所编程序直接上机运行无误，但由于没有养成良好的职业习惯，也对学生未来就业安全埋下隐患；同时，也存在部分学生对自己编写的程序没有信心而过于谨慎，害怕程序内存在逻辑漏洞导致实验设备损坏，产生投鼠忌器的心理，即使自己反复检查过编写的程序也不敢上机运行。上述两种情况均达不到有效使用并科学保护实验设备的目的，且学生工程实践、程序调试能力得不到有效提升。

2 PLC实验课程改革建议

（1）引入新教学模式。通过引入线上教学和翻转课堂相结合的教学模式，来解决现有教学方式所面临的问题；比如，教师使用线上教学平台雨课堂，在课前预习阶段，一方面，针对所授课班级做线上PLC课程知识问卷调查，根据调查反馈结果，教师可大致了解班级整体及单个学生的专业知识掌握程度，并依据调查结果，针对班级整体相关薄弱知识点设计难度适中的个性化实验案例；在对学生实验分组时，依据调查结果，将优秀学生与知识底子薄弱学生进行分组，发挥帮扶作用，从而更好地因材施教；另一方面，教师可针对实验中所涉及的重要PLC控制指令、相关实验电器设备内部构造、使用方法和操作规程以及常见错误录制短视频，以此替代枯燥的口头讲解，生动的视频讲解和实物展示可提高学生学习的代入感，使得、知识和各项操作规程更易被学生所吸收，且学生可随时随地反复观看。课堂上，基于良好的课前预习基础，教师也有更多的时间用于学生实验指导，在对学生课前预习情况进行检查后，采用翻转课堂的模式，课堂形成学生自主安排为主，教师辅助指导的局面，由此将大部分课堂时间交给学生，激发他们自身学习的主动性、实验参与积极性。对于PLC教学案例，教师引导分组学生采用“是什么、做什么、怎么做”三步走的方式进行自主实验，如“水塔液位动态平衡实验”，首先小组成员之间相互提问明确实验任务考察重点是PID控制指令和电机、变频器、D/A模块、A/D模块等电器设备，即是什么；其次，为了准确完成水塔液位动态平衡，学生需熟悉PID程序语句的具体含义及以上每一种设备的使用方法，如A/D模块是将当前水位的液压转为数字量即做什么；然后，在学生完成PLC设备和各类电器接线后，对调试PLC程序控制电机实现水箱液位动态平衡，具体操作过程中存在的实验现象和遇到的实验问题发起主动探讨并提出解决方案，引发学生的“头脑风暴”，即怎么做；最终，各小组在完成实验后，可进行现场简短的汇报讲解，学生讲解内容可包含控制编程思路，PID程序调试过程遇到的困难及解决方案；整个教学过程，课堂氛围活跃，潜移默化地增强了学生的学习自信，培养了学生独立解决科学问题的能力，教师专注于实验指导和点评，并保证学生的用电安全，有效提高了课堂教学效率。课后，教师可在线上开辟讨论区作为延伸课堂，进一步解答学生有关实验操作难点，巩固教学成果；学生也可就在实验中出现的现象和问题相互之间做线上交流和沟通，激发学生的学习活力。

（2）搭建开放PLC实验室。目前高校PLC相关实验设备的使用率并不高，学生仅在教学期间可使用，其余时间处于空置状态，这种现状无疑造成了教学资源的隐形浪费；且受制于有限的实验教学时间，距离熟练使用PLC设备不少学生还存在较大差距，俗话说“曲不离口，拳不离手”，因此，针对上述现象，学院一方面可在确保日常教学任务完成的前提条件下，合理安排PLC实验室定期对外开放，支持学生利用空闲时刻，申请进入实验室，进行实操训练；另一方面，也可以定期举办PLC相关竞赛，并鼓励学生参与其中，借此让学生更多的走进实验室，多实践，多编程，多调试，对设备真正做到了如指掌，且在相互竞技中逐渐积累操作经验，使学生应用PLC设备水平不断提升，同时激发学生对学科的热情，最终培养出社会所需要的应用型人才。

（3）强化相关PLC软件仿真模块使用，全面提升学生程序调试水平。通常，相关PLC软件仿真具有以下特点：硬件要求低，只需一台电脑，任意地点可使用，模拟结果直观展示，发现程序问题迅速，程序调试速度大幅提高。以教案三菱PLC控制直流电机定点取物为例，学生在GX works2软件上完成编程之、后，可在触摸屏软件GT Designer3上以实物涉及到、的元器件如传感器、直流电机、气动阀、限位器，建立对应的元器件工作指示灯，随后依次启动GT Designer3和GX works2软件仿真模块，进行程序仿真，通过更改软件中输入条件的状态，学生可以观察对应元器件的工作执行顺序和状态是否正确，从而直观有效检验程序的正确性；此外，PLC软件仿真的使用也解决了由于实验室设备数量短缺，单人占用设备调试程序时间长，而造成其他部分学生来不及尝试程序调试的难题；另一方面，由于学生编写的程序已经过仿真软件预先调试过，程序中基本的逻辑错误已经得到解决，对学生而言，实验结果有了较清晰的预期，自信心得到相应提升，有效克服了因程序错误损坏设备的心理障碍，学生化被动为主动，再次上机调试会显得从容不迫；而对于PLC实验设备，由于调试的程序错误减少，一方面，单个学生实际上机调试程序的时间大幅压缩，设备使用效率得以提高，另一方面，有效降低了程序错误造成的设备误动作频率，延长了设备的使用寿命。

（4）完善实验考核体系。PLC实验课程一直将培养学生的工程实践能力作为重点，常规考核方式采用实验报告和实验过程考察相结合的模式，虽然已将实验过程纳入考核，但在实际考察环节教师多以让学生演示PLC设备是否正确完成规定顺序动作为评分标准，这样很难动态、客观、准确地反应学生的真实学习效果如实操规程掌握程度、程序调试水平等情况。建议首先进一步提高实验过程考察的评分占比，并以此为基础采用动态考核方式，可将实验课题拆分为多个考核单元，并对分组学生随机考察，比如，临时更改设备输入端口，让学生重新接线调试，这一过程整体操作难度适宜、时间可控，却可以有效考察学生操作是否符合用电安全，是否按规定选线、接线、布线，是否熟悉实验设备，是否掌握程序调试，教师在依据被考察学生整体操作表现进行评分，上述考核体系具有检验效果全面、方式灵活多变等特点，且便于教师动态、客观、准确把握整体和单个学生的学习情况，为以后的教学改革提供依据，且由于考察方式具有随机性，能增加每位学生主动参与实验的积极性，提高学习质量。

3 结语

PLC实验课程作为学生连接PLC理论课程与实际工程问题的重要桥梁，一直在机电专业学生培养中占据着重要位置。首先，通过引入线上教学和翻转课堂相结合的教学模式可促使教师更好地了解学生，真正做到因材施教，并且可将学生转为课堂的主人，自主进行学习实践，是不断提高教学效率的重要途经；注重PLC软件仿真模块的使用是不断提升学生专业编程调试能力的高效抓手；而搭建开放PLC实验室是高校培养经验丰富应用型人才的重要举措；最后，重视过程考核的评价方式是检验教学效果的核心手段。总之，在高校有限教学实验条件下，如何通过有效的改革举措，促使学生熟练使用PLC设备，掌握编程技巧，快速程序调试，综合提高每位学生的专业素养，是每一PLC实验课教师不懈努力的追求。