高職院校可編程序控制器課程的教學(xué)設(shè)計

馮美英 付 偉 史美娟

【摘要】本文針對高職教育的特點和培養(yǎng)目標(biāo),充分運用柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院所在的地域優(yōu)越性,利用地方企業(yè)及學(xué)院擁有的資源,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)方法等方面,對可編程序控制器課程的進行了大膽的設(shè)計與創(chuàng)新。在整個設(shè)計過程中,不僅突出學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力與自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),而且注重學(xué)生與企業(yè)零距離對接,全面提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】 可編程序控制器高職教育教學(xué)設(shè)計程序設(shè)計

一、 課程的定位

可編程序控制器課程是柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動化、供用電技術(shù)、電子信息工程、計算機控制技術(shù)、機電一體化技術(shù)等專業(yè)的主干課程。一般在二年級時候開課,前修課程主要有:模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電工基礎(chǔ)、電力電子變流技術(shù)、電工初級操作證考證、機床電氣控制技術(shù)等專業(yè)課程,后續(xù)課程主要有:變頻調(diào)速技術(shù)、總線控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)以及一些相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等。相當(dāng)多的同學(xué)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容是以可編程序控制器為核心。在學(xué)生就業(yè)方面,很大一部分學(xué)生從事可編程應(yīng)用技術(shù)方面的崗位工作。

該門課程是柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院五個專業(yè)的主干課程,學(xué)生對這門課程掌握程度如何,將直接影響他們的就業(yè)情況。因此,該院對這門課程的建設(shè)相當(dāng)重視。由此也可以看出加強該門課程的教育技術(shù)教學(xué)建設(shè)顯得尤為重要。

可編程序控制器課程是廣西區(qū)級精品課程,自從批準(zhǔn)為廣西區(qū)級精品課程以來,柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院做了以下工作:一是加強了主講教師和實驗實訓(xùn)指導(dǎo)教師隊伍的建設(shè),目前已經(jīng)形成一支年齡、學(xué)歷、職稱、雙師素質(zhì)相對合理的師資隊伍;二是加強了教學(xué)改革的力度,為了使這一門課程的教學(xué)更加貼近工業(yè)企業(yè)的現(xiàn)場,該院進行了大量的社會調(diào)研,對課程的前修課程、后續(xù)課程以及課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等作了充分調(diào)整,進一步明確課程的作用和地位;三是加大了設(shè)備的投入,建立了工業(yè)控制技術(shù)實訓(xùn)分室,里面有可編程序控制器45套、計算機48臺,透明仿真教學(xué)電梯、電機調(diào)速實驗裝置、恒壓供水系統(tǒng)各1臺,完全能滿足可編程序控制器課程的實踐課程和理論課程的教學(xué)。

二、 課程的性質(zhì)和任務(wù)

(一) 課程性質(zhì)

就課程性質(zhì)而言,可編程序控制器課程是自動化技術(shù)專業(yè)(如電氣工程自動化技術(shù)、工業(yè)自動化技術(shù)、生產(chǎn)過程自動化技術(shù)、工業(yè)自動化儀表及應(yīng)用專業(yè))的一門專業(yè)核心課程。

(二) 課程任務(wù)

通過可編程序控制器課程的學(xué)習(xí),能達(dá)到對PLC的常見控制系統(tǒng)進行安裝、調(diào)試以及運行和維護。課程結(jié)束后,要求學(xué)生交出3個完整的PLC系統(tǒng)設(shè)計方案。

三、 教學(xué)對象的分析

教學(xué)對象為電氣自動化、供用電技術(shù)、電子信息工程、計算機控制技術(shù)、機電一體化技術(shù)等專業(yè)的二年級學(xué)生,學(xué)生的主要特點有:第一,經(jīng)具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)課理論知識,并且具有一定的電工操作能力;第二,于課程對學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和就業(yè)的作用,學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性很高;第三,從歷屆學(xué)生的學(xué)習(xí)效果來看,都能掌握本課程的基本理論和典型應(yīng)用。部分學(xué)生從基本理論到實際動手能力能夠達(dá)到較高的水平,能夠參加到企業(yè)的項目改革工作中去。

四、 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

(一) 課程特點

可編程序控制器課程是一門理論與實踐緊密結(jié)合,實踐性很強的學(xué)科主干課程,因此,在教學(xué)中必須有效地把課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、實訓(xùn)教學(xué)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等結(jié)合起來,采用集視、聽、做一體的教學(xué)模式來提高教學(xué)效果,提高學(xué)生的工程實踐能力。

(二) 本課程目標(biāo)

能力目標(biāo):(1)PLC硬件安裝與接線;(2)PLC程序設(shè)計與調(diào)試;(3)PLC綜合應(yīng)用能力

知識目標(biāo):(1)了解PLC品牌型號結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo);(2)PLC編程軟件安裝、使用;(3)掌握PLC的基本工作原理;(4)掌握常用指令、程序控制類指令的應(yīng)用;(5)掌握PLC程序設(shè)計的基本方法;(6)掌握PLC運行調(diào)試方法;(7)掌握PLC控制系統(tǒng)技術(shù)文檔的撰寫方法。

職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo):(1)用電安全意識;(2)產(chǎn)品質(zhì)量意識;(3)節(jié)能環(huán)保意識(4)團隊合作意識;(5)相互溝通意識;(6)自主學(xué)習(xí)意識。

(三) 本課程教學(xué)內(nèi)容和要求

項目1是運料小車控制系統(tǒng)。其內(nèi)容包括:控制系統(tǒng)軟硬件安裝和接線,PLC程序錄入,PLC指令運用,運料小車控制系統(tǒng)程序設(shè)計,系統(tǒng)調(diào)試方法。要求為:PLC品牌型號識別;PLC系統(tǒng)規(guī)范安裝;PLC系統(tǒng)接線;PLC編程軟件安裝與使用;PLC簡單的程序輸入;程序編寫;仿真調(diào)試;聯(lián)機調(diào)試。

項目2是自動倉儲系統(tǒng)。其內(nèi)容包括:硬件選擇,控制系統(tǒng)軟硬件安裝和接線,PLC程序錄入,PLC順序功能指令運用,自動倉儲控制系統(tǒng)程序設(shè)計,系統(tǒng)調(diào)試方法,倉儲系統(tǒng)調(diào)試與運行維護。要求為:了解自動倉儲系統(tǒng)總體功能設(shè)計目標(biāo)及方案設(shè)計;掌握自動倉儲系統(tǒng)硬件型號選擇;掌握機械部件安裝方法;掌握電動機安裝與接線方法;掌握系統(tǒng)綜合布線工藝;掌握PLC程序編寫流程;掌握順序控制編程方法;掌握PLC控制系統(tǒng)調(diào)試。

項目3是恒壓供水控制系統(tǒng)。其內(nèi)容包括:硬件選擇,控制系統(tǒng)軟硬件安裝和接線,PLC程序設(shè)計,PLC指令的綜合運用,模擬量的應(yīng)用,變頻器的使用,恒壓供水控制系統(tǒng)程序設(shè)計,系統(tǒng)調(diào)試方法,系統(tǒng)運行與維護。要求為:熟悉恒壓供水系統(tǒng)功能,懂得系統(tǒng)各種類硬件型號的選擇,掌握水泵、壓力計、變頻器、PLC的硬件安裝與操作,能夠采用PLC來控制恒壓供水系統(tǒng),進行整體軟硬件系統(tǒng)設(shè)計,編寫完整的控制程序,并完成恒壓供水控制系統(tǒng)的調(diào)試。

項目4是中央空調(diào)控制系統(tǒng)。其內(nèi)容包括:硬件選擇,系統(tǒng)軟硬件安裝,工程繪圖,工程接線,PLC程序設(shè)計,PLC指令的綜合運用,模擬量的應(yīng)用,變頻器的綜合使用,中央空調(diào)控制系統(tǒng)程序設(shè)計,系統(tǒng)調(diào)試與運行維護。要求為:熟悉中央空調(diào)系統(tǒng)功能;懂得中央空調(diào)系統(tǒng)各種類硬件型號的選擇;掌握水泵、壓縮機、變頻器、PLC的硬件安裝與操作;能夠采用PLC來控制中央空調(diào)系統(tǒng),進行整體軟硬件系統(tǒng)設(shè)計;編寫完整的控制程序,并完成中央空調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)試。

項目5是工程實踐。其內(nèi)容包括:資料查找、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計、實際工程的安裝接線、實際工程的編程、工程程序的調(diào)試與試運行、技術(shù)文檔撰寫。要求為:掌握PLC控制系統(tǒng)的功能分析方法;掌握PLC安裝接線圖的繪制能力;懂得PLC硬件選型;熟練掌握PLC I/O表編制方法;掌握PLC安裝接線工藝; 掌握PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計方法;熟練掌握系統(tǒng)運行調(diào)試;具備技術(shù)文檔撰寫能力。

五、 教學(xué)過程策略設(shè)計與教法設(shè)計

可編程序控制器課程的教學(xué)過程以學(xué)生為主體,教師為助手,教師在適當(dāng)?shù)臅r候才進行講解。借助文字教材、西門子系列PLC、課程網(wǎng)站、五個項目等媒體來實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。文字教材是在教和學(xué)中貫穿始終的重要依據(jù),PLC及其相應(yīng)的軟件是學(xué)習(xí)的根本。課程網(wǎng)站中的教學(xué)課件是課堂授課的主要媒體之一,在課程網(wǎng)站上提供的不僅有理論方面的信息內(nèi)容,還有實訓(xùn)方面的內(nèi)容,講究理論實踐一體化,幫助學(xué)生在學(xué)完理論知識時,能運用相應(yīng)的理論知識解決企業(yè)現(xiàn)場可能碰到的問題。同時,課程網(wǎng)站可以幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。假設(shè)學(xué)生在課堂中漏了什么內(nèi)容,則可以到網(wǎng)站上下載該部分內(nèi)容再學(xué)習(xí)。

(一)課堂總體授課設(shè)計

一是教學(xué)主要媒體與設(shè)備。課堂授課的主要教學(xué)媒體與設(shè)備包括電子教案、粉筆+黑板、STEP7-Micro/WIN32(我們目前主要以西門子S7-200機型授課)軟件+PLC+計算機等。(1)電子教案:本課程授課的主要教學(xué)媒體,電子教案以文字、梯形圖程序、指令表、外部接線圖及主電路等生動形象的表達(dá)課程內(nèi)容,突出重點內(nèi)容和難點,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力,加深學(xué)生對知識的理解。(2)粉筆+黑板:把每一次課需要學(xué)生重點記憶的內(nèi)容板書出來,讓學(xué)生知道每一次課的重點是什么。當(dāng)教師講到這一部分時能引起學(xué)生的注意。同時也可以把一些學(xué)生或教師臨時想到的相關(guān)實例寫出來講解。(3)STEP7-Micro/WIN32(我們目前主要以西門子S7-200機型授課)軟件+PLC+計算機:主要是通過現(xiàn)場編程,把計算機上的程序送入到PLC上,能夠直觀的體現(xiàn)程序(或指令)的功能。

二是授課方式。在每一次課中,以上的教學(xué)媒體是不可缺的。在教學(xué)的過程中,對于每一個項目,我們是實行先把相關(guān)的指令講解,然后讓學(xué)生查找相關(guān)資料,進行項目設(shè)計。在整個過程中教師只是輔助作用,學(xué)生才是主體。

每一個項目教學(xué)完畢后,學(xué)生必須交出相應(yīng)的學(xué)習(xí)成果。

(二) 課外輔導(dǎo)設(shè)計

1.自學(xué)。一般會有一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)底子比較好,而對于教學(xué)大綱中要求掌握的內(nèi)容如果他們已經(jīng)掌握了,那么教師就應(yīng)該激勵他們擴展新的知識,往往是適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)他們做一些小設(shè)計,或者讓他們參與企業(yè)的一些項目改造工作,在這一過程中他們就必須要學(xué)會自學(xué)一些知識。這些知識的獲取有兩種方式:一是在教師的課外指導(dǎo)下獲取;二是從我們的網(wǎng)站上獲取。

2. 組織學(xué)生討論。一般是以宿舍為單位組成討論小組,指定舍長負(fù)責(zé)組織,可以就某個內(nèi)容討論,也可以在網(wǎng)站上開展討論,這時負(fù)責(zé)教師可以在線,也可以不在線。

3. 以信息技術(shù)為核心充分利用柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院提供的網(wǎng)絡(luò)和其他教學(xué)資源,如信函、電話答疑、網(wǎng)絡(luò)課堂、電子郵件等。

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【基金項目】 廣西教育廳新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程項目“十一五”立項項目(2009c129)

【作者簡介】 馮美英(1972-),女,廣西柳州人,柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,研究方向:電氣自動化;付偉(1963-),男,廣西柳州人,柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,研究方向:電氣自動化;史美娟(1980-),女,陜西咸陽人,柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教,碩士,研究方向:電力系統(tǒng)及其自動化。

(責(zé)編何田田)