基于在线虚拟仿真实训平台的PLC在线实训教学探究

孟佳

摘 要：如何进行在线实训教学是线上教学中需要解决的难点之一。各类在线虚拟仿真教学平台的逐步上线、虚拟仿真教学资源的开发与建设无疑为这一问题找到了很好的解决方案。文章以PLC课程为例，介绍了利用在线实训平台进行虚拟仿真实训教学的实施过程，在一定程度上解决了当前在线实训教学中存在的问题，最后给出在线虚拟仿真实训教学的实施建议。

关键词：PLC课程；在线虚拟仿真实训教学；在线实训教学平台

Research on PLC Online Training based on online virtual simulation platform

Meng Jia

（Mechanical Engineering Department，Baotou Vocational & Technical College，Baotou，Inner Mongolia 014030）

Abstract：How to carry out online practical training has become one of problems that need to be solved in online teaching.The gradual launching of various online virtual simulation teaching platforms and the development and construction of virtual simulation teaching resources，can undoubtedly provide a good solution to this problem.Taking the PLC course as an example，this paper briefly introduces the implementation process of online virtual simulation practical training by using a online training platform.To a certain extent，it solves the problems existing in the current online teaching and gives some suggestions for the implement of online virtual simulation practical training.

Key words：PLC course;online virtual simulation practical training;online practical teaching platform

PLC课程是机电一体化专业中的核心课程之一，主要解决机电设备智能控制的问题，并且对学生的动手实践技能要求较高，因此实验教学是PLC课程教学中的重要环节。

随着计算机软件技术、信息技术的发展，PLC课程的线下实训教学大多用虚拟仿真实验教学软件为载体开展。例如王晓燕运用某机电控制仿真软件对PLC进行了仿真研究，［1］朱红娟基于Factory IO软件对PLC虚拟仿真控制系统进行了研究。［2］然而，新冠疫情打破了線下实验教学的惯常秩序，PLC课程也开启了线上教学探索，例如赵洋、胡亚伟借助TIA Portal软件和某公司推出的PLCSIM仿真软件实现并完成了PLC线上实验教学。［3］

在近几年的线上教学实践与探索中，我们发现：如何有效开展在线实训（实验）教学成为目前理实一体化课程线上教学急需突破的难点，PLC课程也不例外。为解决此难点，一些在线实训互动平台应运而生，例如国家虚拟仿真实验教学课程共享平台、国家智慧教育公共服务平台等官方平台，以及诸多工程类、教育类软件公司开发的针对目标行业及领域的在线教育平台。本文选用了上海某软件公司的在线虚拟仿真实训平台进行PLC课程的线上交互式实训教学。

一、教学实施

以PLC课程基础案例——三相异步电动机点动控制项目为例，介绍基于虚拟仿真教学平台的教学实施过程，包括理论教学、电路接线与安装、PLC程序编写、在线考核评价等四个方面，详见流程图（如图1）。

1.点动控制的理论教学

学生可通过软件平台进入“在线课程”模块自主学习，在线完成同步测试，平台自动打分，作为理论考核成绩。平台的理论考核内容已将工程思维融入同步测试的题目中，比如成本和可选元器件在实际工程中很大程度上决定了工程方案的选择与实施，因此，在同步测试中，较以往的“仿真实操”和“知识小测”，又增加了“实物测量”“成本测算”两类问题，引导学生要注重工程应用中的元件选型和成本问题。

2.电气控制线路的接线与安装

以三相异步电动机点动电气控制线路为例，包含四项在线仿真免安装实验项目，分别为：试运行实训项目和实验报告、现场接线、电气接线图绘制、点动控制综合实验等。该软件平台电气控制部分的实训构建了从选取电气元器件、进行电气图设计到线路连接、检测、运行的全过程实训项目，弥补了线下实训资源和场地的不足，做到了“人手一套虚拟实训设备”。

3.PLC程序编写

PLC程序编写实训任务中，通过“任务要求”“技术资料”“仿真操作”“填写报告”四部分将电气控制场景与PLC程序运行结果关联，帮助学生参考“技术资料”中的PLC接线地址进行编程，将编写好的程序下载到虚拟PLC中，对电机进行“仿真操作”，验证程序设计是否满足“任务要求”。该过程与线下实训步骤和实训效果相同。

PLC编程需要建立编程逻辑思维，并掌握编程方法，对于目前高职学生来讲有一定难度。在线实训项目案例将动作细化、分解为单独的工作任务，如自动卷帘门控制案例包括三个工作任务：开门程序、关门程序、完整的开关门控制程序。极大程度上将学习内容分步、分块，学习难度降低，符合学生认知和学习习惯，有助于提高学生的学习获得感，并从中获得自我激励。

使用在线教学仿真实训平台为学生提供了更加开放的自主学习机会。学生可随时随地用电脑或手机登录平台，进行在线学习；且平台资源丰富，包括与实训教学配套的理论资源、实训过程的人机交互实时反馈、实训环节的示教视频等，方便学生进行课前预习、课中跟学、课后测验和复习。学生通过自主探索、实训操作，大幅提高了学习兴趣和学习积极性，课程的教学效果也随之有明显提升。

4.在线考核评价

针对在线实训项目，如何进行全面、客观的考核并由系统自动生成考核成绩，是考核评价的重点。该平台对每个项目设置了分阶段任务和总任务，例如自动卷帘门程序控制项目中，分别设置了开门程序、关门程序、总程序三个任务，学生需要逐一完成仿真操作、实验报告填写等。平台可通过对学生的实训操作过程和完成情况进行自动考核评分，评分结果可直接用作虚拟仿真实训模块的成绩，再结合线上理论测试成绩、线下实训操作的考评成绩及“理、虚、实”各模块所占的权重比，即可对学生本门课程的学习效果进行综合评价。

二、目前在线实训教学平台已解决的问题

以往在虚拟仿真实训教学中，大多采用在电脑上安装虚拟仿真软件的方法，老师在课堂上在线示教（屏幕共享）软件的下载、安装、使用、编程、仿真、监控调试等实训步骤。一旦学生注意力不集中或出现网络故障，部分操作环节则可能被遗漏。另外，如果教师示教的实训环节操作步骤较多或较复杂，也不便于学生课上记忆。虽然在线课程通常可以录制并回放，但实质上，回放对于教学效果的补充与提高收效甚微。现在运用在线实训教学平台进行在线实训教学，能够解决以往存在的四个问题：

1.解决了在线实训教学受限于软硬件的问题

对于很多自然科学类课程的实训教学，电脑等基础硬件都是必要的。而在很多经济欠发达地区，全班学生的电脑人均拥有量低于50%，比如我校平均每班有电脑的同学不超过20%——但使用手机的同学几乎是100%。这就造成了在线教学期间，大部分学生只能用手机观看老师操作，而无法参与实训互动，导致课程的在线实训教学效果不佳。而很多在线实训教学平台用手机即可登录，且操作方法和呈现效果均与电脑端相同，方便所有学生在手机端边听边练。很多实训软件安装流程较复杂，即便在线下实训教学中，学生通常都无法独立完成安装，需要老师现场指导。线上教学环境下，老师对此的指导更是难以开展。大部分在线实训教学平台已将实训软件内嵌到平台内，无需单独安装，学生点击登录后即可直接打开，为线上实训教学节省了很多时间。

为解决以上问题，可考虑由教育供给方（学校、老师、教育平台等）提供的技术支持保障多一点，对学生的客观条件要求少一点。只有学校与软件企业联手，打破教育技术壁垒、降低课程教学的硬件条件门槛，才能从开课第一步化解学生对课程学习的无力感，给予所有学生公平学习的机会。

2.解决了在线实训教学受限于平台可用的问题

相较于线上理论教学成熟的网络平台和技术手段，要想实现线上实训教学，在线交互式实训平台必不可少。教育类软件公司瞄准这一教育转型需求，已根据各自的行业领域或优势特色，开发出行业定位明确的虚拟仿真实训项目或建设在线虚拟仿真实训平台。截至2022年9月初，国家职业教育智慧教育平台虚拟仿真实训中心共建有704条虚拟仿真类素材，国家虚拟仿真实验教学课程共享平台共建有3257个实验中心。

关于仿真资源与平台的对接问题，教育部平台和企业平台的不同点在于：国家级平台是为推动智慧教育而搭建的开放式大平台，主要通过平台接口技术链接到资源所在的具体平台。通常，这些具体平台都需要单独的账号密码才能进入并使用，因此，目前国家级虚拟仿真平台的账户在真正意义上并非“一路畅通”。而企业平台通常为自主开发，不存在与外部资源对接的接口问题，登陆后可以在该平台内 “一通到底”。

3.解决了在线实训教学受限于资源适用的问题

目前，很多课程平台上在线精品开放课的课程资源形式集中在文档、动画、微课、视频等，其中，与实训教学有关的资源大多以文檔形式给出实训教程、任务工单、实训报告和测评题，以ppt、动画、微课、视频等形式呈现实训操作原理，以现场实训示教视频（拍摄录制）为主讲解实操步骤。总体来讲，目前平台上的在线课资源类型仍以教学输出为主，仅能满足学生的自主线上理论学习需求，而无法真正落实到在线交互实训。

要实现在线交互实训或建设线上实训课程，平台上必须有可用的虚拟仿真类型的实训资源。以国家职业教育智慧教育平台的虚拟仿真类素材为例，16.76%为3D实训软件、81%为3D模型、2.4%为3D场景，其中3D模型和3D场景基本上是用于支撑前面3D实训软件的素材，而3D实训软件大部分为VR/MR虚拟仿真实训软件。经了解，国家级平台上大部分VR/MR虚拟仿真实训软件需要VR配套硬件才能呈现。某些实训教学平台虽仅有二维虚拟仿真实训项目，但其仿真项目任务设计合理、内容完整，可满足在线交互式虚拟仿真实训教学这一基本要求；关键是对硬件设备的要求门槛较低，在教学推广性、普适性、实用性上反而更占优势。在资源层面上，目前亟需解决的是“有没有”的问题，后续才能谈“好不好”的问题。

4.解决了在线实训教学受限于考核评价的问题

教学评价一直是教育改革闭环的重点内容，在线实训教学也不例外。现有的在线虚拟仿真实训平台中大部分实训项目均涵盖该模块。

三、在线虚拟仿真实训教学的实施建议

1.校企合作开发典型教学案例

从职业教育发展来看，首先需要加快产教融合、校企合作的步伐，从技术发展和教学规律两个维度，共同开发出既符合行业企业生产技术发展、又符合职业教育规律的典型教学案例。

2.借助软件平台开发在线互动实训教学项目

除了与生产企业合作，还要积极寻找、对接教育服务类企业，充分运用软件技术开发在线实训项目，将典型教学案例以虚拟仿真实训项目的形式在教学平台上呈现，满足学生能够进行在线交互实训、实操过程得到实时反馈的需求。

3.依托线上教学资源建设在线理实一体化课程

针对在线互动虚拟仿真实训项目，还要建设配套的数字图书馆、教学资源库和必要的实操步骤引导、测评系统等互动资源体系，这样，才能建设一门资源完备的、可实现在线学习、在线实训、在线测评的“理实一体化”课程。为学生提供更多的学习资源，鼓励学生进行个性化自主学习。

四、结语

在线教育是教育信息化发展的必然产物，信息化教学水平和教育技术的提升也是诸位老师要面临的时代大考。我们要跟随国家教育改革政策的引导，主动转变传统教学思路和模式，尝试探索新的教育技术、教学平台和实现方式，不断了解信息化教育市场的发展与变化，才能切实找到适合本专业的在线教学解决方案。

参考文献：

［1］王晓燕.基于洗衣机的PLC仿真研究［J］.科学技术创新，2018（35）：77-78.

［2］朱红娟.基于Factory IO的PLC虚拟仿真控制系统研究［J］.信息与电脑（理论版），2020（14）：224-226.

［3］赵洋，胡亚伟.基于工业软件的“PLC原理及应用”线上实验教学实践［J］.实验技术与管理，2021，38（1）：175-178.

（责任编辑 陈润梅）