基于PLC 实训项目的职业学校教学仪器自制与应用

顾加亭

无锡机电高等职业技术学校 江苏省无锡市 214000

1 自制教学仪器的背景

在科学技术的快速发展下，现代教学仪器的种类发生了翻天覆地的变化，但有时却因其复杂的功能而丧失了每个任务之间进行设备改造的可能性与灵活性。基于此，教师为了在教学时对课程设计进行进一步的补充和完善，往往需要通过自行研制教学仪器或者设备。总之，在对教学仪器进行自制时，“双师型”教师需要将自己实际的教学需求与发挥主观创造性相结合，以达到教学需求、教师能力以及学生能力三方面的均衡发展。

对于刚开始接触可编程序控制器（Programmable Logic Controller， 简 称PLC）的中职学生而言，不可避免的会接触到一些具体的PLC 应用问题，比如彩灯控制系统、PLC 控制电动机实现正反转的功能和三相交流异步电动机Y-Δ 降压启动控制系统等。而在后期深入的学习过程中，这类学生将要面临电工职业资格的中高级鉴定，不可避免的会接触到一些较复杂的应用问题，例如十字路口红绿灯问题和运料小车自动往返控制系统的设计问题。以上问题是学习PLC 的学生所要面对的实训项目。教师需要将以上较为复杂和抽象的实际问题，通过某种具体的演示过程，促使学生对某些抽象问题进行形象化。

职业教育是与普通教育有所差别的一种类型教育，在职业教育的过程当中，要始终坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，多措并举打造“双师型”教师队伍。教师的发展即师资队伍建设不仅是提高教育质量的核心力量，并且是职校发展的重要战略内容。目前，职业教育大多数教师具有较高的思想政治素质、优良的职业道德、扎实的理论知识和较强的专业实践能力，可以将思想政治工作有效融入专业课教学，激发学生学习兴趣。因此，为了进一步提升职业学校教师的综合能力，需要同时将思想政治工作、理论知识与专业技能这三个方面进行有机结合。职业院校的“双师型”教师需要带领学生在理论学习的基础上，针对实训项目进行实际操作以巩固理论知识和提高学生的学习兴趣。在此情况下，不仅能够达到更好的教学效果，而且可以提升“双师型”教师的专业技能与学生的动手能力。

2 自制教学仪器的意义

本研究不局限于服务教学和科研，而是为社会培养所紧缺的应用型人才。在自制教学仪器的过程当中可以充分发挥实验室的实训设备使用率，进一步提高“双师型”教师的工作积极性，同时还能改善实训仪器设备维修保养的困难和节约实训室的建设成本，都具有较为深远的经济影响和社会效益。自制教学仪器设备主要有以下意义。

（1）改变实验室完全依靠购买外来实训设备的现状，自制具有教学特色的仪器设备，打造教学特色实训室。在自制仪器设备的过程中，培养了学生爱劳动，爱惜教学设备的行为习惯，对实训室仪器设备的维修保养情况具有较为重要的作用，可以进一步形成更加完整与规范的仪器设备保养维修体系，为实训教学效率的提高和仪器维修费用的节约具有深远的影响。

（2）创新教师队伍，自制仪器设备可以调动实验教师的工作积极性、提升技术水平并且稳定实验室队伍，最终可以促进“双师型”教师的在思政，理论知识和专业技能这三个方面的全面发展。

（3）改善传统以教师为主的教学方式，有利于树立以学生为主体的实验教学模式，自制仪器设备根据实验结果倒推出实验过程，让学生深刻思考如何完成实训设备的设计，需要用什么设备去完成相对应的任务，甚至能不能设计更为简单合理的实验设备完成实验。如此模式有利于消除学生对实验的神秘感，激发参与实验的兴趣，有利于培养学生的动手能力。

3 自制教学仪器运用于实训教学的方式和途径

教学设备制作完成不仅仅是作为简单的展示或者普通的教学设备，而是在自制教学设备时，需要特别注意将其运用于实践教学的教学模式。该模式应以学生为中心，教师为辅的教学模式，此方式不仅可以充分发挥职业学校学生的主观能动性，将专业理论知识与实践进一步相结合，以培养学生学习电气自动化专业的兴趣，而且可以共同提高“双师型”教师实践能力与职校学生的动手能力。如何将自制设备更好地运用在实训教学，主要有以下几个方面。

3.1 构建合理的实训教学课程体系

在职校的实训教学体系当中一般包含基础性实训和专业性的实训，而将专业性的实验的课程课时比例应当高于60%及以上总的实训学时是相对较为合理的安排。而专业性实验的要求是相对较高，在此过程中学生的理论知识与动手能力都是极为重要的。在此基础上，需要学生组建自己的团队对任务提出问题、设计任务方案、分析任务和解决问题等一系列步骤。任务失败有时是不可避免的问题，所以目前传统的实训教学方法已不能适应如此较高的要求。针对以上问题，可以采取具体的方法如下：

（1）针对在动手能力与理论知识学习能力资质一般的学生，在进行专业性实训时，指定特定的指导教师，根据教师在现有的仪器设备特定的情况下，学生完成专业性实训的任务；

（2）对于动手能力较强能够专业技能大赛项目的学生来说，在完成其专业性实训的指导教师一般由该项目的指导教师担任，而学生将对应项目结题的必要条件就是需要完成该时间段内的实训任务并且至少亲自制作完成一件相应的仪器设备。

自实施该方法以来，本校的学生不仅对电气自动化专业产生了浓厚的学习兴趣，动手能力还取得了质的提高。

3.2 结合理论教学和实训教学

理论教学和实训教学应是相辅相成的关系，在职业教育课程当中他们关系紧密，互相支撑。而在传统的教学模式里，理论教学一般由纯理论教师承担，而实训教学任务由纯实训指导教师完成，这样就会导致理论与实际操作出现较大的偏差，使学生无法更好的适应未来的工作环境。因此目前培养“双师型”教师是迫在眉睫的事情，即不仅可以讲授理论知识还可以完成实训课程的安排，也就是无论是在理论知识的讲授，还是在实训时间，实训项目，实训器材以及样品的准备都是由“双师型”教师独立完成。采用此种方法的优点是“双师型”教师可以利用课堂教学让学生充分了解实验目的、实训设备的结构、设备的工作原理、实训设备与工业设备的差异运用于实际案例等，同时可以确保课堂教学与实训教学在内容上和时间上的相统一。在此基础上，同时还需要教师不断更新现有知识，与企业最新的技术相结合，以保证职校学生出校门后人人有技能。

3.3 改进实训教学形式

在常规实训教学的基础上，引入自制仪器设备的实践教学模式，并将其纳入实践成绩考核范围。“双师型”教师在教学过程中，鼓励学生参与自制仪器设备的设计与研究，通过查找参考文献、方案设计、方案实施与论证，体会科学研究的全过程。在此过程中，学生的理论知识、思维能力、动手能力与解决复杂工程问题的能力得到了进一步的锻炼。经过自制教学仪器设备的过程，职校学生不仅可以在对电气自动化专业知识的理论加深的基础上激发出学习的热情，同时还可以增强学生对本专业认同感与幸福感，实现学生从理论知识型向科学知识应用技能型的转化。

4 自制彩灯控制系统教学仪器的实施步骤

任务要求：按下启动按钮SB1，指示灯A 和B 亮，1S 后指示灯A 灭并且指示灯B和C 亮，再1S 后指示灯B 灭并且指示灯C和D 亮，依次规律，直到指示灯N 灭并且指示灯A 和B 再次亮，彩灯控制系统进行循环亮灯，任何时候按下停止按钮SB2，彩灯控制系统停止工作。

根据任务要求分析任务要求，绘制I/O地址分配表，画出对应的PLC 接线图，并设计梯形图程序。本文设计的系统输入功能主要有启动按钮SB1 和停止按钮SB2，输出功能有指示灯A-N。如下表1 所示，为该任务的I/O 地址分配表。

表1 彩灯控制系统I/O地址分配表

在绘制完成彩灯控制系统的I/O 地址分配表后，接下来还需要完成PLC 电气原理图的设计，以针对正确的电气原理图对该系统进行实际接线做铺垫。如下图1 所示，为彩灯控制系统的电气原理图。

图1 彩灯控制系统的电气原理图

在完成了彩灯控制系统的I/O 地址分配表和电气原理图的基础上，还需要根据任务要求完成程序设计。

在完成系统的基本设计之后，需要对系统的硬件平台进行搭建。针对在实训教学过程中存在的问题，“双师型”教师提出了自制设计方案，学生根据彩灯控制系统的任务要求设计系统位置图，并进行图纸绘制与反复讨论进行论证，利用现有条件进行仪器设备自制，主要选用了低压断路器，熔断器，24V 开关电源和PLC 型号为三菱的FX3U-32MR 等实训室现有设备。如下图2 所示，为学生设计的彩灯控制系统位置图。

图2 彩灯控制系统位置图

在根据设计好的图纸搭建硬件平台，对于搭建好的平台，经过程序编辑、写入和设备调试等一系列操作，最终完成了彩灯控制系统设备的自制过程。如下图3 所示，为自制的实训设备彩灯控制系统实物图。在自制彩灯控制系统的过程中，不仅可以促进学生进一步掌握所教授的课程，还可以将自制好的仪器设备应用直接应用于实训教学中进行演示教学。在教师传授知识与学生使用自制设备的过程中，当面临一些问题时需要大家进行一起研讨并针对性的去解决问题，最终可以对实训项目进行更新或增加。最终，可以将自制成果进一步转化，并进行应用推广，形成规模，打造教学示范特色。

图3 彩灯控制系统实物图

自制仪器设备研究采用以学生为主与教师为辅的指导方法，在自制过程中，注重教师改进与学生检验以不断改进自制仪器设备中存在的问题，促进教学改革顺利进行。自制仪器设备除用于实训教学，还用于课程设计或者毕业设计。

5 结语

自制仪器设备在实训教学中具有非常重要的意义，通过仪器设备的自制，使学生触及前沿技术和学科最新进展，增强专业自信和兴趣，激发他们自主设计、主动参与创新的热情，从已知中发现未知，拉近了理论教学与实验教学、学习与科研之间的距离，同时也提高了教师的理论知识水平和科技攻关能力，极大地推动了实验教学改革，起到了很好的教学效果。在实训教学环节，职业院校的“双师型”教师需要带领学生在理论学习的基础上，针对实训项目进行实际操作以巩固理论知识和提高学生的学习兴趣。在此情况下，不仅能够达到更好的教学效果，而且可以提升“双师型”教师的专业技能与学生的动手能力。