《電氣控制與PLC》課程培養學生問題解決能力的研究

王茜

（廣州市機電高級技工學校 廣東 廣州 510435）

《電氣控制與PLC》課程培養學生問題解決能力的研究

王茜

（廣州市機電高級技工學校 廣東 廣州 510435）

《電氣控制與PLC》是一門實踐性很強的課程，強調在機電、自動化專業的靈活應用。學生學知識是為了用知識，即用所學的知識來解決各種各樣的問題。本文通過問題及問題解決性質的闡述，說明了問題解決的一般模式，提出了在《電氣控制與PLC》課程中培養學生問題解決能力的一般方法。

電氣控制與PLC；問題解決；心理定勢，功能固著

《電氣控制與PLC》是一門實踐性很強的課程，強調在機電、自動化專業的靈活應用。學生學知識是為了用知識，即用所學的知識來解決各種各樣的問題。企業普遍認為職業學校學生不缺乏吃苦耐勞的精神，最缺乏的是問題解決的能力，即綜合職業能力中的關鍵能力。因此，在職業院校教學和學習活動中，培養學生解決問題的能力更應占重要地位，盡管在所有的解決問題的過程中都會運用知識，但并不是所有運用知識的過程都是在解決問題，這就涉及教師對問題性質和問題解決方法的把握。

問題解決的性質

什么是問題？問題即情境，是個體想做某件事，但不能馬上知道所需采用的一系列行為。我們已有的知識和經驗完全能夠直接解答的問題不是真正的問題，真正的問題沒有現成的答案和解法。這就需要教師在教學環節中提出真正的問題。

什么是問題解決？即在問題情境中超越過去所學原理簡單運用而產生一個解決方案。當常規或自動化的反應不適應當前的情境時，問題解決就發生了。它需要把簡單原理（包括概念）重新組合，以適用于當前情境。

比如常見的幾種控制電路改錯訓練：

圖1 控制電路改錯訓練圖

（a）圖考查自鎖控制；（b）圖考查電動機正反轉控制；（c）圖考查電氣互鎖控制；（d）考查點動與連續轉換控制。

以上都是通過練習鞏固學習新知識。

若給出設計情境：第1臺電動機啟動5s后第2臺自行啟動，第2臺運行5s后第1臺停止，同時第3臺啟動運轉，第3臺運轉5s后電動機全部停止。學生也只應用順序控制與時間繼電器的知識就能設計電路。

設計金屬與非金屬分撿控制電路：已學過電動機正反轉控制電路和接近開關的用途，未學過電感式接近開關的具體結構、原理、接線圖，這就是一個問題，它的解決過程不能利用已知條件直接完成，必須把接近開關和其他一些已學過的機械、電氣知識綜合運用才能完成。

由此可見問題解決的過程具有的特征：親自獨立地解決新問題，所遇到問題是初次遇到。如果一個問題已經解答過許多遍，就只能算練習、復習或操練；必須將以前的知識重新組織才能完成，僅是照學過的原理就能解答，則只是一個原理和概念的具體化過程，不算問題解決；問題一旦解決，學生的能力將有所變化，能獲得新的高級規則，且在以后的問題解決或學習中可直接加以運用。因此，問題解決是一種高級形式的學習。

問題解決的過程與模式

問題解決的學習能使學生獲得知識及關于知識的信念，能形成邏輯的、科學的、創造性的思維，認識到教材上知識的實踐價值。學生在問題解決過程中可形成探索性地研究問題的心向，并獲得探索經驗。教師可通過一定的訓練幫助學生建立問題解決的模式，培養其綜合職業能力。問題解決的一般過程如圖2所示：

圖2 問題解決的一般過程圖

理解并表征問題 并不是當前面臨的所有信息和已知條件對解決問題都是必不可少的或是有用的，有些甚至起干擾和迷惑作用。要整理所有有用的信息，完成對問題情境的正確理解，在理解的基礎上對問題形成最有效的表征。對一個問題情境，可有多種表征方式，有些可能會妨礙問題的順序解決，或使問題情境復雜化。例如，用PLC、變頻器設計7段速度的恒壓供水系統：2臺水泵，用水高峰時，1臺工頻全壓運行，1臺變頻運行；用水低谷時，只1臺變頻運行。電動機的轉速由變頻器的7段調速來控制，7段速度與變頻器的控制端子有相應的對應關系。在這個問題中，變頻器控制端子STF、STR及PID設定是無關條件，不涉及電機正、反轉，也不是真正意義的恒壓，而是分段恒壓，必須加以識別。在理解問題時，學生常把變頻器中RL、RM、RH理解為低、中、高速，因此陷入復雜的其余4個速度怎么獲得的困境中。而實際上能理解變頻器7段調速是由變頻器控制端子來選擇，而怎樣選擇？把7段速度進行二進制編碼（23），選擇控制端子的信號通過PLC的輸出繼電器Y1、Y2、Y3來控制變頻器RL、RM、RH的通斷，這樣問題變得十分簡單。學生走錯方向，主要受閱讀問題時自然發生形象表征的影響。在實際問題解決中，學生常一看問題就很快明白問題，這主要是因為他們頭腦中已有的相應圖式被迅速激活，自然會聯想出一個頓悟的解決方案，直接進入嘗試解答的階段，如果沒有現成的圖式可循，就需進入尋求解答的階段。

尋求解答的階段 即算法式和啟發式。算法就是解答問題所采取的一步步類同的程序。如利用順控程序編程，畫狀態轉移圖，對于每個順序控制，只要清楚找出所有工作狀態，狀態轉移圖就可以順利完成。啟發式中手段目的分析法：將解答目標分成許多子目標，使問題轉化為若干個小問題，通過尋求每個小問題的解答而獲得對問題的最終解決。如分析鏜床控制電路，先分析它有幾種運動形式及相應的控制要求，后分析電氣控制線路，而控制線路中先分析主電路，再分析低/高速正反轉控制、制動、變速，最后是進給變速控制及快速移動電動機的控制。逆向反推法：從問題的目標狀態開始，反過來推到問題的已知條件或初始狀態，如設計控制電路和PLC程序調試就是反向逆推法中的一種。類比法：從與問題情境類似的其他問題的解答辦法中得到啟發，尋求問題的解答，如由彩燈循環點亮順序控制找到十字路口交通燈控制系統的控制思路。

嘗試某種解答的階段 在執行解答方案時，學生常會犯錯誤。學生常有邏輯地或很有規律地犯“聰明的”錯誤。比如利用PLC多路輸出和進/出棧指令時，學生總是把多路輸出與棧指令運用情況混淆。因此，教師對學生在解答中出現的錯誤僅做一般性的提醒，或是把學習習慣與學習動機做歸因，可能是不夠的。

評價結果階段 執行完解答方案之后，還應對解決問題的過程和結果進行檢驗和評價，以確認該辦法是否有效，結論是否可靠。

影響問題解決能力培養的因素

問題情境設置的合理性 教師給出的問題情境刺激與學生知識結構所形成的差異越大，越不利于問題的有效表征，也就越難解決問題。如開始進入PLC學習時，引入正反轉控制電路轉換成PLC指令的問題。若控制電路圖不同，PLC指令就不一樣。（a）和（b）實現的控制是一樣的，但（a）圖編寫指令表時會涉及多路輸出指令，這對剛學習PLC基本指令時有很大難度，（b）圖只需簡單的單觸點串聯即可，較容易實現。

圖3 控制電路圖

心理定勢 學生在過去經驗的影響下，解決問題時具有一定傾向性。職校學生很習慣教師四階段教學法，消極的心理定勢使學生解決問題的方法固定化，一旦教師不采用此方法教學，學生根本無從下手解決問題。

功能固著 即把某功能賦予某種元器件的傾向性。如按鈕用于接通或斷開控制電路，行程開關用于控制運行方向及行程等等。在解決問題時，學生能否改變元器件固有功能適應新問題情境的需要，常成為解決問題的關鍵。如程序調試，因受實訓設備限制，程序運用的接近開關不能提供，學生常會陷入到沒有這種接近開關怎么設計和調試程序的困擾中，其實只需用按鈕模擬接近開關觸點通/斷即可；又如學生能用光電開關檢測流水線上產品“有”的狀態，但對“無”產品經過檢測又不知所措。

知識經驗 問題解決要依據有關的知識才能為問題的解決確定方向、選擇途徑和方法，因而學生知識經驗的積累也尤其重要。

培養學生問題解決能力的方法

培養學生主動質疑和問題解決的內在動機 教師根據教材設置的問題解決任務，基本類型都明確，學生（尤其是差生）把他們看成是無可奈何的任務，增加解決問題的心理阻力，不利于學生獲得學習的樂趣和信心，學習變得被動。成功教學創設的問題情境應來源于生活，且貼合現代新信息、新技術的發展需求。例如十字路口交通燈、機械手、溫度控制程序設計，配上相應的實訓模板，學生非常想嘗試自己設計的程序能達到什么效果。這樣，學生的興趣能較好地得到激發。

幫助學生正確表征問題，且能陳述自己的假設及其步驟 經常訓練學生從不同的角度，用不同的方式來表征問題是有好處的，學生可從中獲得對問題靈活的、有效的表征經驗。畫控制電路圖、列表、編寫梯形圖、寫指令表等都是常用的方式。學生能夠清楚地意識到自己的解題過程，就能自覺地對自己的解題過程和方法加以反思，明白自己理解上的錯誤和偏差，也能理清自己的思路，有利于及時、正確地歸納和總結解題的經驗與方法，進行自我指導和監察。

幫助學生養成分析問題和對問題歸類的習慣 在分析的基礎上對不同的問題進行歸類和組織，有利于獲得各種解決問題的方法。比如何時用步進指令比基本指令簡單，步進指令編程一般方法，溫度控制程序設計用什么方法等都有利于學生解決問題。

指導學生善于從記憶中提取信息 解決問題需要將已有知識、原理、經驗加以重新組織，因此要訓練學生迅速地提取有關信息的能力。但要防止學生養成總是重復過去方法的做法，鼓勵他們從不同的角度、用新方法解決同類的問題。

毋庸置疑，培養學生的問題解決能力，既包括思維或認知的成分，也涉及情緒和動機成分，還有行為成分，這就要求教師更新教育觀念、改進教學方法、鉆研教學技巧。

[1]簡銀蓮.培養學生質疑能力[J].湖南教育，2000，（17）.

[2]張聯朋.提高職業院校學生學習能力的方法研究[J].機械職業教育，2007，（8）.

[3]阮友德.電氣控制與PLC[M].北京：人民郵電出版社，2009.

王茜（1977—），女，廣東廣州人，廣州市機電高級技工學校電氣講師，主要從事電氣自動化和數控電氣維修教學。

（本欄責任編輯：尚傳梅）

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1672-5727（2010）11-0088-02