可編程控制器課程教學改革探索

摘要《可編程控制器原理及應用》是自動化專業一門專業主干課程，針對該課程的技術性與實踐性，在教學活動中從教育觀念、教學內容、教學方法方面進行探討與改革，課程改革提高了學生工程實踐能力和創新技術能力，體現了素質教育的要求。

關鍵詞 PLC 教育觀念 教學內容 教學方法 素質教育

中圖分類號：G420文獻標識碼：A

Subject of Programmable Logic Controller Reform Explore

BO Jingdong， YANG Zhigang， LI Qiping， GONG Ruikun

(College of Electrical Engineering， Hebei Union University， Tangshan， Hebei 063009)

AbstractThe subject of Programmable Logic Controller is a professional and main course. It has been explored on teaching methods that education concepts， teaching content， quality education and teaching methods. A new teaching method has been presented， which can improve the students’ project practice ability and innovation ability. This method is in conformity with the quality education.

Key wordsPLC; education concepts; teaching content; teaching methods; quality education

0 前言

隨著自動化技術日新月異的發展和進步，可編程控制器（簡稱PLC）的應用面幾乎覆蓋所有的工業領域，躍居現代工業自動化三大支柱的主導地位。因而給高校的教學工作提出了更高的要求，針對PLC的教學不能局限于理論講授，必須面向工業應用，提出教學目標，更改教學內容，使用新的教學手段提升學生的工程應用能力與創新能力，滿足社會發展的需求。

1 確立以學生為主體的教育觀念

我國進入工業化大生產階段，不僅需求技能型人才，更需要具有積極進取開拓創新能力的人才。傳統的教學模式，以教師為中心，看中知識的傳授，而學生被動的接受，降低學生的積極性與主觀能動性，不利于培養學生的創新意識。因此，有必要更新教育理念，確立以學生自主學習為主體，教師起到引導、評價、監督的作用，是未來教育的一種教育模式。因此，在教學活動中，在傳授學生知識的同時，還應讓學生掌握探索問題和解決問題的方法和能力，讓其在自主解決問題的過程中，逐漸增強自身的創新意識。PLC課程本身是一門實用技術課程，并且其解決問題的方法具有多樣性。針對本門課程的特點，調整教學內容，引入項目驅動、啟發式教學等教學方法，是非常有必要且是可行的。

2 課堂授課新教學模式的方法

在探索的新教學模式中，堅持“以能力培養為核心，自學為主，教學為輔”的教學思想，將教學內容融入精心設計的一個個PLC項目，讓學生通過已有的知識，自己解決每個項目中所遇到的問題，達到能力培養的要求。

目前，課堂教學采取的教學方式主要有板書教學、多媒體教學，在新教學模式下，在傳統的課堂教學基礎上，引入啟發式教學，采用教師講授基礎知識、提出項目設計要求、學生自主設計、并講述設計思想與設計方法，以學生為主體，教師點評的方式，共同完成教學任務。教學時間安排為教師將講授1/4，學生自主設計與探討1/2，教師講評1/4。這種教學模式要求學生上課帶筆記本，并且上課前，將所需要的軟件安裝在學生的電腦里。PLC課程通常針對大學三年級的學生進行講授，據統計，此時的學生40%以上的購買了筆記本，因此，學生兩到三人為一組，每組一臺筆記本，以組為單位參與互動教學環節。經教學實踐驗證，該教學模式是可行的。我校主要針對西門子公司S7-200系列PLC，因而需要在筆記本上安裝Step7軟件，用于編寫程序；安裝S7-200仿真軟件，用于演示程序的運行狀態。這樣，學生編寫完程序，在自己電腦上就可驗證程序的正確性，便于自我學習與教學互動。

下面給出一些課堂授課的互動環節教例：

在講述PLC掃描周期與掃描方式的內容后，結合基本指令的講解，讓學生學習分析程序的同時，深入領會掃描周期的概念和掃描方式。具體教學過程如下：讓學生將圖1所示程序編寫到Step7軟件，之后導出為AWL格式的仿真文件，打開仿真軟件，導入剛才的仿真文件進行仿真演示，學生在操作仿真輸入點I0.0的時候，能看見運行結果Q0.0為輸入信號的二分頻電路輸出。之后帶領學生用PLC系統掃描的方式去分析程序；在學生掌握一定分析方法后，讓學生將程序的第4個網絡和第3個網絡交換一下位置，再進行仿真。這時，學生驚奇的發現結果和上次完全不同，于是讓學生開始討論：同樣的程序，出現不同現象的原因。學生的好奇心和求知欲一下子被調動起來，開始激烈的討論。在爭論中，學生發現：由于PLC是基于順序掃描方式工作，程序的輸出以最終程序運算結果為準。對調前，程序運行結果是先置1，后清零，程序能輸出0和1，實現分頻功能；對調后，程序先進行復位操作，再進行置1操作，因為置1操作在最后，且每個輸入時都有置1操作，所以輸出一直為1，不能實現分頻功能。通過總結，學生認識到掃描周期概念的重要性，并掌握程序分析方法。學生經過自身發現問題，解決問題，不僅深入掌握了掃描周期的概念與分析方法，同時學生自我的學習能力已得到鍛煉，這是傳統教學方式所不能達到的教學效果。

在新的教學模式下，可以更好的將理論與實踐結合起來，下面以開關燈的例子講述。在講述基本指令的過程中，先引入一個開關控制一盞燈的例子，開關控制的亮與滅，讓學生進行編程與仿真；接著，引入兩個開關控制一盞燈，要求兩個開關都能控制燈的開與關。由于有點難度，學生開始緊縮雙眉，進行思考。教師此時給與提示：在數字邏輯中曾經學過真值表、卡諾圖化簡最后得出邏輯表達式，可依據邏輯式編寫程序。學生通過分析發現，該項目的輸入組合是邏輯關系中的異或邏輯組合，當學生得到該結果，很快編寫完程序得到仿真結果。之后，引入三個開關控制一盞燈的例子，要求三個開關都能控制這盞燈。學生通過討論發現，這是三個輸入的異或，但是編寫三個輸入的異或關系程序時又遇到問題，這時，教師再給與提示：可以先實現前兩個開關信號的異或，將得到的結果再與第三個開關信號進行異或，在程序中可使用輔助繼電器M0.0來記錄前兩個信號的異或結果，再將M0.0與第3個開關進行異或，運算結果輸出給Q0.0來控制燈。學生發現了輔助繼電器的作用，并且很快學會使用輔助繼電器來記錄信號的中間狀態，編寫完三開關控制燈的程序。當教師提出是否會編寫四個開關控制一盞燈程序的時候，學生們發出會心的笑聲，因為通過講解與自我訓練，學生已經具備舉一反三的能力。在互動教學環節中，學生應用自身所學理論解決實際工作問題，不僅加深對理論知識的認知，而且激發其對理論知識學習的渴望與求知欲。

在新的教學模式下，可通過教學互動培養學生發散性思維與創新意識。在對基本指令、功能指令與程序控制類指令講解完的時候，教師針對單按鈕控制一盞燈的亮與滅問題（按鈕按下3次燈亮，再按下2下燈滅，可循環使用）進行總結討論。學生通過對實現同一功能，但卻編寫不同設計程序的練習發現：在應用基本指令實現該功能的時候，用兩個計數器完成該控制功能；在應用功能指令時，使用1個計數器和比較指令完成該功能；并且可以使用遞增指令代替計數器來實現計數功能；學完子程序和中斷指令后，可將編寫的程序放置在子程序或者中斷程序中，完成所需功能。最后得到結論是，按照設計要求，編寫的程序可以是多種多樣的，沒有唯一的解。學生通過自身學習，自己總結，所得的結論要比教師單方面灌輸的效果要好很多，并且學生的創新思維得到訓練，創新意識得到培養。

3 實踐教學環節的措施與方法

通過課堂的教學互動，學生已經能熟練設計一些簡單程序并進行分析，為開展實踐教學打下很好地基礎。因此，應適當調整實踐教學環節的內容，以滿足學生提高自身水平的需求。

對于實驗環節，減少簡單的基礎性實驗，加大綜合設計實驗的數量，讓學生自主選題，自主設計與調試，撰寫實驗報告。并鼓勵學生選擇不同的綜合設計性實驗，在評分中給與體現。為使學生感受工業現場的情況，在實驗臺的工控機上，用Wincc組態軟件編寫一些常用的工業控制現場界面，使用OPC軟件和PLC連接起來，這樣提供給學生兩套操作平臺：上位機操作和實驗臺手動操作。學生不僅能通過試驗臺上的按鈕開關模擬現場手動控制PLC，并且可通過Wincc組態軟件用上位機控制PLC，讓學生有親臨工業現場的體會。

4 總結

綜上，可編程控制器教學組針對課程改革的一些探索和嘗試，改革效果良好，受到學生的支持與歡迎，并且學生在西門子仿真大賽中屢獲獎項。畢業生無論就業還是升學，均能做出不錯的成績。今后，教學組應加強課程體系的建設，進一步完善課程的建設，探索更好的教學方式，以培養出高素質的人才。

本文受到河北聯合大學校內教改項目資助，項目編號：Y0918-07

參考文獻

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