可编程控制器技术(PLC)课程改革实践
发布时间：2011-12-08 信息来源: 中国职业技术教育网 作者：曹冬梅 张琦
摘要: 可编程控制器技术( PLC) 是一门实践性和应用性较强的专业课。本文以高等职业教育为对象, 结合其课程的特点和教学实践, 从教学内容、教学方法、实践教学和考核方式四个方面进行了实践探讨。
关键词: PLC; 教学改革; 教学实践
关键词: PLC; 教学改革; 教学实践
随着电气控制设备, 尤其是电子计算机的迅猛发展, 工业生产自动化技术发生了巨大的变化。目前, 无论是从国外引进的自动化生产线, 还是自行设计的自动控制系统, 普遍把可编程序控制器作为控制系统的核心器件。由于可编程序控制器在取代传统电气控制方面有着不可比拟的优点, 在自动化领域已经形成了一种工业控制趋势。因此, 可编程序控制器技术( 以下简称PLC) 课程已成为高职高专电器工程类、机电一体化类及自动化类专业的一门实践性、综合性很强的专业课程。本文结合其课程特点和教学实践, 试图从教学内容、教学方法、实践教学和考核方式四个方面进行探讨。
一、PLC 课程结构
PLC 课程具有实践性、应用性强、与生产实际紧密联系、运用知识的覆盖面较宽等特点, 是强电与弱电的结合、电气学与计算机技术的结合和与生产工艺过程紧密配合的一门专业课。
PLC 课程具有实践性、应用性强、与生产实际紧密联系、运用知识的覆盖面较宽等特点, 是强电与弱电的结合、电气学与计算机技术的结合和与生产工艺过程紧密配合的一门专业课。
二、教学内容的整合
1.课程体系的衔接
在教学计划安排的课程体系中, 一般PLC 作为专业课程实施。因此在教学中, 需要处理好与选修课程的衔接。通常, PLC 的选修课程及其教学内容如图2 所示, 主要有电子技术、计算机控制技术和自动控制技术等, 所涉及的内容有微机原理、计算机基础、数字电路、低压电器与电气控制等。由于高职高专学生的基础相对比较薄弱, 对这些选修课程的知识点未必能完全掌握。为此, 在教学过程中, 可对与先修课程联系紧密的纯理论性的内容进行淡化处理。例如: 开关量、模拟量的采集与控制方法; PLC 编程与通信等。这样既能回避学生基础薄弱这一客观教学现实, 又能集中课时用于PLC 实践性教学, 突出课程的“实践性”和“应用性”。
1.课程体系的衔接
在教学计划安排的课程体系中, 一般PLC 作为专业课程实施。因此在教学中, 需要处理好与选修课程的衔接。通常, PLC 的选修课程及其教学内容如图2 所示, 主要有电子技术、计算机控制技术和自动控制技术等, 所涉及的内容有微机原理、计算机基础、数字电路、低压电器与电气控制等。由于高职高专学生的基础相对比较薄弱, 对这些选修课程的知识点未必能完全掌握。为此, 在教学过程中, 可对与先修课程联系紧密的纯理论性的内容进行淡化处理。例如: 开关量、模拟量的采集与控制方法; PLC 编程与通信等。这样既能回避学生基础薄弱这一客观教学现实, 又能集中课时用于PLC 实践性教学, 突出课程的“实践性”和“应用性”。
但对于选修课程中与本课程实践教学联系紧密的教学内容要进行复习与强化。例如: 低压电器、继电器控制系统等。在讲授新课前先让学生复习相关知识点, 然后在学生掌握的基础上再讲授新的教学内容。这样学生就能很容易掌握将电气控制原理图转化为PLC 梯形图的程序设计方法, 掌握有关PLC 外围电路设计知识以及安装接线等方面的操作技能。从而培养学生运用PLC 改造传统继电器控制系统的技能, 并为学生今后从事现代生产流水线控制技术的应用与开发打下良好的基础。
2.突出教学内容的应用性与先进性
根据高职高专的教育目标, 课程教学内容要围绕知识、能力、素质这三方面来进行, 同时, 教学内容还必须具有基础性、实用性、时效性和新颖性。由于PLC 产品种类繁多, 发展也较快, 因此PLC 课程的教学内容应紧跟可编程控制技术的发展, 将目前生产上应用的新知识、新技术及时传授给学生。在教学过程中, 教师要深入工厂企业, 了解企业PLC的发展及其对PLC 技术人才的需求, 然后再根据企业需求, 参考多本教材, 并结合学校设备的实际情况和所教学生的学习特点, 编写体现高职高专特色PLC 课程教学目标的授课计划、教案和实训指导书。在授课计划上优先保证PLC的指令及应用、编程软件的使用和编程方法、PLC 控制系统的设计与应用等基本教学内容的教学时间( 约占总课时的50%) 。
根据高职高专的教育目标, 课程教学内容要围绕知识、能力、素质这三方面来进行, 同时, 教学内容还必须具有基础性、实用性、时效性和新颖性。由于PLC 产品种类繁多, 发展也较快, 因此PLC 课程的教学内容应紧跟可编程控制技术的发展, 将目前生产上应用的新知识、新技术及时传授给学生。在教学过程中, 教师要深入工厂企业, 了解企业PLC的发展及其对PLC 技术人才的需求, 然后再根据企业需求, 参考多本教材, 并结合学校设备的实际情况和所教学生的学习特点, 编写体现高职高专特色PLC 课程教学目标的授课计划、教案和实训指导书。在授课计划上优先保证PLC的指令及应用、编程软件的使用和编程方法、PLC 控制系统的设计与应用等基本教学内容的教学时间( 约占总课时的50%) 。
3.“理论够用, 重在实践”的教学内容特色
根据高职高专“理论够用, 重在实践”的教育特色, 为了增加学生的实践课时, 加强对学生动手能力的培养, 我们对理论教学内容进行了删减并增。由于理论教学内容主要授予学生基本原理和分析方法, 为实践教学服务。因此, 我们在保证理论知识必须够用的前提下, 对一些与今后工作关系不大的理论性内容进行了删、减、并。如对于数字量输入/ 输出模块, 在教学过程中只要求学生掌握输入/输出模块的类型及应用场合, 而对于各模块的原理图则一带而过。
根据高职高专“理论够用, 重在实践”的教育特色, 为了增加学生的实践课时, 加强对学生动手能力的培养, 我们对理论教学内容进行了删减并增。由于理论教学内容主要授予学生基本原理和分析方法, 为实践教学服务。因此, 我们在保证理论知识必须够用的前提下, 对一些与今后工作关系不大的理论性内容进行了删、减、并。如对于数字量输入/ 输出模块, 在教学过程中只要求学生掌握输入/输出模块的类型及应用场合, 而对于各模块的原理图则一带而过。
反之, 为突出能力培养, 增加实用性和针对性, 教学中的例题都选用实际应用实例, 增设了习题课、实例分析课和小型控制系统的设计与分析等。
三、教学方法的实践
1.密切结合工程实践, 培养学生学习兴趣
如何提高学生对课程的学习兴趣, 对提高教学效果至关重要。因此, 在教学中, 我们始终突出了教学内容的应用性。如开课之初, 即给学生列举PLC 在工业、农业、交通运输业及日常生活中广泛应用的例子, 使他们体会到PLC 的实用性。这些内容包括汽车生产流水线, 学校的机械加工中心、数控机床、机械手的控制、电梯控制, 钢铁集团的高炉上料, 货物的存取、运输、检测, 大型造纸厂中PLC 的应用, 繁华城市的霓虹灯、交通灯, 现代化小区里的人工喷泉, 甚至是机器人的控制等都有PLC 的功劳。通过列举这些与大家日常生活息息相关的例子, 学生对这门课程有了一个初步的了解, 感觉到PLC 就在身边,从而激发了学生的学习兴趣和求知欲。
1.密切结合工程实践, 培养学生学习兴趣
如何提高学生对课程的学习兴趣, 对提高教学效果至关重要。因此, 在教学中, 我们始终突出了教学内容的应用性。如开课之初, 即给学生列举PLC 在工业、农业、交通运输业及日常生活中广泛应用的例子, 使他们体会到PLC 的实用性。这些内容包括汽车生产流水线, 学校的机械加工中心、数控机床、机械手的控制、电梯控制, 钢铁集团的高炉上料, 货物的存取、运输、检测, 大型造纸厂中PLC 的应用, 繁华城市的霓虹灯、交通灯, 现代化小区里的人工喷泉, 甚至是机器人的控制等都有PLC 的功劳。通过列举这些与大家日常生活息息相关的例子, 学生对这门课程有了一个初步的了解, 感觉到PLC 就在身边,从而激发了学生的学习兴趣和求知欲。
2.多种教学方法并举, 有效增强教学效果
( 1) 师生互动, 活跃课堂教学氛围。由于理论教学内容较为抽象, 课堂上往往出现“言者津津, 听者昏昏”的教学局面。为了改变这种僵局, 充分调动学生的学习积极性, 我们在教学中采取了互动式教学方法。如在讲解PLC 指令及应用、编程方法等教学内容时, 首先给学生讲解基本知识要点, 然后列举实际应用事例, 要求学生进行讨论和解答。实践证明, 这种互动式教学方法既达到了调动学生学习积极性的目的, 又加强了学生对于该教学内容的理解和掌握, 活跃了课堂教学氛围, 明显提高了教学效果。
( 1) 师生互动, 活跃课堂教学氛围。由于理论教学内容较为抽象, 课堂上往往出现“言者津津, 听者昏昏”的教学局面。为了改变这种僵局, 充分调动学生的学习积极性, 我们在教学中采取了互动式教学方法。如在讲解PLC 指令及应用、编程方法等教学内容时, 首先给学生讲解基本知识要点, 然后列举实际应用事例, 要求学生进行讨论和解答。实践证明, 这种互动式教学方法既达到了调动学生学习积极性的目的, 又加强了学生对于该教学内容的理解和掌握, 活跃了课堂教学氛围, 明显提高了教学效果。
( 2) 实物直观教学, 增强学生感性认识。实践表明, 不是所有的教学内容都适宜采用互动教学法。如PLC 的结构和工作原理教学内容, 则适宜采取直观教学。在讲解这部分内容时, 可以将学生带到实验室观看PLC 实验装置,了解PLC 的外部结构, 这样学生对PLC 的外部结构就有一个感性的认识, 比在黑板上详细地讲解这些理论知识,学生更易接受, 教学效果也会好得多。对PLC 的内部结构, 则适宜结合幻灯讲解, 这样学生对PLC 结构和工作原理就有一个较清晰的印象。这种直观教学不但可以激发学生的学习兴趣, 而且还能培养学生的观察能力, 开阔学生的想象力, 有利于对知识的理解。
( 3) 采用现代教育技术, 实现多媒体教学。随着计算机技术的普及, 通讯技术和传媒手段的迅猛发展, 教学方法、教学手段也随之改变。一张嘴、一本书、一块黑板、一支粉笔的传统教学方法已不适合现代教学的要求, 取而代之的是幻灯片、录像, 特别是多媒体电脑, 以其丰富的信息储备、快速的运行速度、强烈的感染力成为教学中首选的教学手段。
利用多媒体进行PLC 课程教学时, 可以使教学内容形象生动, 提高学生的学习兴趣。过去学生在学习该课程时,普遍感觉这门课枯燥、难学, 现在利用电子教案, 采用多媒体形式组织教学, 不但易懂、易学, 而且实用。例如: 讲解交通信号灯控制程序时, 学生对整个过程较易混淆, 教师可以用MCGS 组态软件和动画捕捉软件制作幻灯片来描述十字路口的交通灯运行情况。利用多媒体进行课程教学, 不但可以提高课堂效率,而且还可以减轻学生的负担。以往传统的教学方式一般教师在上面讲, 学生在下面做笔记, 这样有些学生往往顾了做笔记就顾不上听课, 常常一堂课下来, 笔记做了不少, 但脑子却是一片空白。而采用多媒体授课, 学生上课只需专心听讲, 课后将电子教案拷贝下来就行了, 复习时也非常轻松, 而且电子教案的信息量也非常丰富, 可以将最新的科技动态及成果随时补充进来, 不仅使学生对专业理论知识的学习目的更明确, 而且还可以弥补课时不足的问题。
四、实践教学的完善
在实践教学中采取了模块化、阶段化教学, 减少了验证性实验, 增加了综合性、设计型实验内容, 从而提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力和创新能力,为今后从事相应的工作奠定了基础。
在实践教学中采取了模块化、阶段化教学, 减少了验证性实验, 增加了综合性、设计型实验内容, 从而提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力和创新能力,为今后从事相应的工作奠定了基础。
1.合理规划学时分配, 强化实践教学时间
PLC 课程的实践教学时数约占总课时的40%, 教学内容主要分成两大块, 一是模块化的实验, 二是阶段化的实训。( 1) 实验与理论课配套。实验分为基础实验和综合实验, 每个难点和重点均配有基础实验, 若干个基础实验后进行一个综合实验。如三层电梯的模拟控制、机械手的模拟控制等, 不同的理论课内容与不同的实验模块相组合,环环相扣, 循序渐进。( 2) 切实做好实践过程的辅导。除配备实验教师外, 主讲教师还直接参与实践指导, 以便随时掌握学生的学习情况, 及时发现和解决实践教学中出现的问题。教师每次都对实训内容做出明确安排, 上课前要求学生对实训目的、任务、内容、流程首先进行预习, 然后进行分组完成, 教师现场指导。( 3) 实验实训结束后, 要求学生写出实验报告。这样既可以避免学生实训的盲目性, 又可大大提高实验装置的利用率, 从而保证了教学质量。实践教学内容按模块化阶段化, 有目的、有秩序地进行, 能更好地满足不同学生的需求, 既提高了学生的综合应用能力, 又培养了学生的团结协作职业素质, 真正实现了学生毕业后在PLC 应用领域“零距离上岗”的教学目标。
PLC 课程的实践教学时数约占总课时的40%, 教学内容主要分成两大块, 一是模块化的实验, 二是阶段化的实训。( 1) 实验与理论课配套。实验分为基础实验和综合实验, 每个难点和重点均配有基础实验, 若干个基础实验后进行一个综合实验。如三层电梯的模拟控制、机械手的模拟控制等, 不同的理论课内容与不同的实验模块相组合,环环相扣, 循序渐进。( 2) 切实做好实践过程的辅导。除配备实验教师外, 主讲教师还直接参与实践指导, 以便随时掌握学生的学习情况, 及时发现和解决实践教学中出现的问题。教师每次都对实训内容做出明确安排, 上课前要求学生对实训目的、任务、内容、流程首先进行预习, 然后进行分组完成, 教师现场指导。( 3) 实验实训结束后, 要求学生写出实验报告。这样既可以避免学生实训的盲目性, 又可大大提高实验装置的利用率, 从而保证了教学质量。实践教学内容按模块化阶段化, 有目的、有秩序地进行, 能更好地满足不同学生的需求, 既提高了学生的综合应用能力, 又培养了学生的团结协作职业素质, 真正实现了学生毕业后在PLC 应用领域“零距离上岗”的教学目标。
2.合理设计实训项目, 提高实践技能
本课程实践环节使用的是天煌教仪THSMS- A 型实验装置, 设计了PLC 的使用及编程软件的操作、PLC 的基本指令及编程实验、三相异步电动机的星/ 三角换接启动控制、水塔水位控制的模拟、喷泉的模拟、五相步进电机的模拟控制、LED 数码显示控制、十字路口交通灯控制的模拟、装配流水线的模拟控制、舞台灯光的模拟、液体混合装置控制的模拟、机械手动作的模拟、三层电梯控制系统的模拟等13 个实训项目, 并据此编写了实验实训指导书。
本课程实践环节使用的是天煌教仪THSMS- A 型实验装置, 设计了PLC 的使用及编程软件的操作、PLC 的基本指令及编程实验、三相异步电动机的星/ 三角换接启动控制、水塔水位控制的模拟、喷泉的模拟、五相步进电机的模拟控制、LED 数码显示控制、十字路口交通灯控制的模拟、装配流水线的模拟控制、舞台灯光的模拟、液体混合装置控制的模拟、机械手动作的模拟、三层电梯控制系统的模拟等13 个实训项目, 并据此编写了实验实训指导书。
五、考试考核方法的改革
通过考试考核, 学生可以对本学期所学课程进行系统的、综合的复习; 同时教师也可以通过考试了解学生的学习情况, 检查自己的教学效果。采用什么样的考试方法, 如何考核, 是十分重要的。好的考试考核方法, 可以调动学生学习的积极性, 培养学生自主学习的能力, 改善学生学习的风气, 促进教学。由于PLC 课程实践性较强, 实践课时在总课时中所占比例较大, 因此我们对考试考核方法进行了改革。学生的综合成绩主要由三部分组成: 笔试( 50%) + 技能考试( 30%) + 平时成绩( 20%) = 总成绩( 100%) 。其中笔试主要考核学生对本课程基本理论知识的掌握情况; 技能考试主要考核学生运用PLC 的基本技能, 通过抽签选题, 由每位学生根据题目要求, 独立在规定时间内完成编程、实际接线和仿真调试;平时成绩主要包括学生在平时实践教学中完成实验实训的情况、实验报告的成绩等。实行考试考核方法的改革, 不仅达到了加强学生动手能力培养的目标, 体现了高职高专的教育特色, 还增强了学生的学习兴趣。
通过考试考核, 学生可以对本学期所学课程进行系统的、综合的复习; 同时教师也可以通过考试了解学生的学习情况, 检查自己的教学效果。采用什么样的考试方法, 如何考核, 是十分重要的。好的考试考核方法, 可以调动学生学习的积极性, 培养学生自主学习的能力, 改善学生学习的风气, 促进教学。由于PLC 课程实践性较强, 实践课时在总课时中所占比例较大, 因此我们对考试考核方法进行了改革。学生的综合成绩主要由三部分组成: 笔试( 50%) + 技能考试( 30%) + 平时成绩( 20%) = 总成绩( 100%) 。其中笔试主要考核学生对本课程基本理论知识的掌握情况; 技能考试主要考核学生运用PLC 的基本技能, 通过抽签选题, 由每位学生根据题目要求, 独立在规定时间内完成编程、实际接线和仿真调试;平时成绩主要包括学生在平时实践教学中完成实验实训的情况、实验报告的成绩等。实行考试考核方法的改革, 不仅达到了加强学生动手能力培养的目标, 体现了高职高专的教育特色, 还增强了学生的学习兴趣。
PLC 是一门理论与实际紧密结合的应用型技能型课程, 在课时压缩的情况下, 我们不但完成了教学内容, 而且提高了学生的操作技能, 取得了较为满意的教学效果。由此可见, 合理安排教学内容, 突出知识和技能的岗位应用性, 缩短教学与岗位要求之间的距离, 强化技能教学, 不仅能充分调动学生的学习主动性, 而且还能使学生获得终身学习的能力, 有效提高学生的社会竞争能力。
参考文献:
[1]罗及红.PLC 原理及应用课程教学问题与对策研究.http:/ /www.pep.com.cn/ 200503/ ca689878. htm.
[2]王建平, 徐萍.高职数控编程课程改革的几点建议.http:/ /www.pep.com.cn/ 200503/ ca689343.htm.
[3]台方主编.可编程序控制器应用教程[M].北京: 中国水利水电出版社, 2001.
[1]罗及红.PLC 原理及应用课程教学问题与对策研究.http:/ /www.pep.com.cn/ 200503/ ca689878. htm.
[2]王建平, 徐萍.高职数控编程课程改革的几点建议.http:/ /www.pep.com.cn/ 200503/ ca689343.htm.
[3]台方主编.可编程序控制器应用教程[M].北京: 中国水利水电出版社, 2001.
