项目驱动教学法在“电气控制与PLC技术”课程中的创新与实践

姚芝凤?徐凤霞?巨勇智

摘要：项目驱动教学法在“电气控制与PLC技术”课程的教学中，通过任务驱动，项目导引，促进职业能力的培养。给出了项目驱动教学方法在课程中的具体实施过程和应用项目驱动教学方法取得良好的教学效果。具体的实施过程包括如何激发学生的学习兴趣、项目的制定、项目的实施和项目的完成等几个方面；通过学生完成项目时的录屏和录像，以及学生完成项目上交的文件等形式给出取得的教学效果。充分体现了项目驱动教学法在“电气控制与PLC技术”课程中起到的积极教学作用和取得的良好教学效果。

关键词：电气控制；PLC；项目驱动教学法；仿真实验

一、前言

2020年1月19日，工信部发布《2019年中国电子信息制造业综合发展指数报告》，该报告指出，5G、工业互联网、智能化升级和数字新型基础设施的快速推进为电子信息制造业带来重要发展机遇。从工业互联网看，PLC（可编程逻辑控制器）、工控计算机、工业用智能模组等工业类电子设备都将出现新兴裂变和迭代升级，获得进一步发展机遇。而大部分学生学习“电气控制与PLC技术“这门课程之后不能真正掌握PLC电气控制方面的软硬件设计、安装与调试，有些学生不具备项目流程的整体设计能力。学生的能力与社会需求之间存在着较大的差距。段春霞在“应用型本科院校“电气控制与PLC技术”课程教学改革探讨”中，提出了应用型本科院校“电气控制与PLC技术”课程应该注重实践性强的特点，进行课程教学内容的调整、教学模式的变革、考核模式的变化，重点培养学生理论知识应用于实际的变通能力和一定的创新能力，以适应社会技术发展的需要[1]。林雪冬、孙建在《基于虚拟仿真技术的电气控制与PLC教学改革实践研究》中提出通过教学改革实践借助虚拟仿真技术使抽象的电气控制原理图“动起来”，生动具体地展现电气控制过程与电气元件的响应情况；同时，探索PLC-电气控制仿真与传统实训相结合的教学方法，达到激发学生学习兴趣，提高学习效果的目的[2]。张冰，赵黎明在《突出工程导向的“电气控制及PLC”课程教改》中提出以突出“工程实践”为导向，对课程教学的内容、方法、手段、考核方式以及实验设置及课程实习实训等方面进行改革研究和实践，达到培养学生工程能力的目的[3]。

项目驱动教学法在实际的教学中已有很多成功的案例，张彦军、刘文怡针对工程技术人才培养同生产和创新实践脱节的现状，提出的基于科研成果驱动式的电子综合实践教改方法，有效提升了学生处理工程问题的能力[4]；徐东升根据几年的探索和实践写了一本《包装设计项目教学》教材[5]；李丽萍将项目驱动教学法应用在计算机软件课程中，提高了学生的实践能力[6]。

二、项目驱动教学法在课程中的意义

项目驱动教学法在“电气控制与PLC技术”课程中应用的目标是培养学生的项目思维，使学生具有解决实际应用问题的能力，能完成程序的编写和调试，培养学生的工程能力。教学达到以下效果：1.理论与实践结合模式的转变：从被动完成老师安排的实验变成学生主动、挑战式地完成选择或设计的项目；2.知识掌握程度的变化：从知识的局部掌握变成知识的全面掌握与应用，培养学生的项目思维能力；3.工程能力的培养：通过具体、实际与工程结合的项目锻炼学生独立地完成电气程序架构设计、方案设计、编写程序、开发以及测试，增强学生的工程意识和工程应用能力；4.团队精神的培养：几名同学共同完成一个项目，可以进一步培养学生的相互沟通能力和团队合作精神，培养学生创新创业的能力。

项目驱动教学法在“电气控制与PLC技术”课程的教学中，通过任务驱动、项目导引促进了对学生职业能力的培养。从全局设计PLC控制系统的一般过程出发，通过指导学生独立完成项目任务，由简单到复杂地培养学生的项目思维；将理论教学、实践操作和综合设计训练有机结合，使学生具有解决实际应用问题的能力，能对具体项目进行I/O分配、画出接线图、完成程序的编写和调试，培养学生的工程能力，满足企业对高校毕业生有关电气控制与PLC技术方向的职位要求，提高自动化专业学生的就业率。

三、项目驱动教学法在课程中的具体实施

“电气控制与PLC技术”课程应用项目驱动教学法。首先通过播放往届学生独立完成具体项目录制的视频，生动具体地让学生感受到本门课程的趣味性、实用性和可学性，从而达到激发学生学习兴趣、提高学习效果的目的；然后布置具体的项目，启发引导学生独立完成并录制视频，锻炼学生的工程思维能力、动脑动手、实践能力，培养学生的工程意识，提高学生的创新能力、实践能力和综合素质。项目驱动教学法的实施过程如图1所示，包括激发学生学习兴趣、项目的制定、项目的实施和项目的考核四个环节。

（一）激发学生的学习兴趣

首先激发学生的学习兴趣，有了学习兴趣才能积极地参与，达到预想的学习效果。如何激发学生的学习兴趣呢？首先是实用性，通过求职网让学生了解社会对PLC方向人才的需求量以及岗位要求；其次是可行性，首先要树立学生的自信心，相信自己可以通过努力完成一个与PLC相关的项目。通过播放往届学生独立完成项目录制的视频，如图2所示，让学生感受到本门课程设定的项目是可以通过自己的努力完成的。

（二）项目的制定

项目的来源主要是通过在知网查询历年与PLC相关的优秀本科生毕业设计；与PLC方向相关的优秀省级、国家级大创项目、PLC方面的大赛；与已毕业且从事PLC相关行业的学生进行交流等多种方式。

项目选定之后，相关教师要对项目进行预做，对项目进行评估。包括项目的难易程度、项目的数量、几名同学完成一个项目、项目完成后的效果，项目对学生各方面的锻炼都是设定项目时值得反复推敲的。

（三）项目的实施

具体的项目选定后，在项目的实施过程中一定要体现学生的独立性，相信学生解决问题、处理问题的能力，加以启发式引导、情感鼓励，加强学生的成就感、获得感，从而使学生更有学习兴趣，形成良性循环。

诸如PLC的基本指令、定时器的运行、PLC的功能指令等这样的小知识点采用课堂授课→软件验证→学生录屏的方式打牢基础知识；具体项目诸如变频器、触摸屏的应用等采用课堂授课→实验教学→项目设计→学生录像的方式实现项目驱动法教学。以实际项目作为教学载体，由易到难、由简到繁、逐层深入、步步递进地展开教学，确保项目驱动教学方法的有效实施。

（四）项目的考核

强化过程考核。项目的实施过程中，阶段性地记录分数，即使最终项目没完成，也会将考核成绩纳入到课程期末总成绩中，提高学生的项目参与度。课程成绩如公式（1）所示。

a=b×50%+c×50%（1）

其中表示课程成绩，表示平时成绩，表示期末考试成绩。平时成绩的构成如公式（2）所示。

b=d×50%+e×50%（2）

其中表示上课状态，表示项目参与情况。的构成如公式（3）所示。

e=f×30%+g×30%+h×40%（3）

其中表示项目的难易程度，表示团队协作情况，?表示项目的完成情况。

四、具体的项目实施案例

以药品灌装机PLC控制设计项目为例，包括PLC电路接线图的设计、PLC程序的编写调试以及组态画面的建立。

（一）PLC的I/O端口分配

该项目用到了PLC的五个输入端口和八个输出端口，PLC的I/O端口分配如表1所示。

（二）药品灌装机系统的主电路和控制电路设计

根据PLC的I/O端口分配以及控制要求，设计系统的主电路和控制电路，分别如图3和图4所示。

（三）药品灌装机控制程序设计

系统的软件流程如图5所示，包括报警部分、运行模式的选择以及程序的正常执行。

（四）药品灌装机控制组态仿真

应用三菱GT Simulator3仿真软件对系统进行仿真，如图6所示。控制页面主要包括系统的启动和停止、自动模式和手动模式的切换、装药数量的选择、指示灯的显示。

五、项目驱动教学法实践效果

通过两年在实际教学中采用项目驱动教学方法，达到了一定的预期效果，学生的参与度显著增加，自动化16级学生总人数117人，参与项目33人，除了考研的3名同学之外，其他同学均已就业；自动化17级学生总人数125人，参与项目87人，除了考研的9名同学，其他同学目前已就业58人（截至2021年1月29日）。近两年毕业设计选择PLC方向的学生明显比之前多，而且毕业设计质量明显提高，学生找与PLC相关的行业的工作也有所增加。

项目驱动教学法也支持线上教学，2019—2020年春季学期的“电气控制与PLC技术”课程采用的是网络教学模式，虽然项目没有硬件部分，但部分学生用电脑进行了项目的仿真实验并录屏。

六、结语

本文给出了项目驱动教学法在“电气控制与PLC技术”课程的教学中的具体实施过程，同时也给出了近两年应用项目驱动教学法取得的良好教学效果：激发了学生的学习兴趣，提高了学生的创新能力、解决实际工程问题的能力，培养学生的团队协作精神。项目驱动教学法不仅使自动化专业学生或开设PLC相关课程的本科学生受益，而且对于在该方向有兴趣的教师也是一个加强综合能力的过程。

参考文献

[1]段春霞.应用型本科院校《电气控制与PLC》课程教学改革探讨[J].办公自动化，2019，024（010）：41-42，57.

[2]林雪冬，孙建.基于虚拟仿真技术的电气控制与PLC教学改革实践研究[J].科技创新导报，2019（17）：236-239.

[3]张冰，赵黎明.突出工程导向的"电气控制及PLC"课程教改[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2018（08）：133-134.

[4]张彦军，刘文怡.科研成果驱动式电子综合实践教改设计与实践[J].高等工程教育研究，2020，181（02）：94-98.

[5]徐东升.项目化任务驱动教学法的实施探究——评《包装设计项目教学》[J].中国教育学刊，2020（2）：118-118.

[6]李丽萍.项目驱动教学法在计算机软件课程中的实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2019，117（01）：127-129.