基于工作過程的“可編程控制器技術(shù)及應用”課程建設研究

【摘要】高職教育的課程應使學生能夠獲得結(jié)構(gòu)完整的工作過程中所涉及到的程序性知識、職業(yè)技能和相關(guān)的職業(yè)體驗，以促進職業(yè)能力的形成為目的?！翱删幊炭刂破骷夹g(shù)及應用”以項目或案例為載體，革新課程組織模式，逐步實現(xiàn)學習領(lǐng)域與工作領(lǐng)域一致、學習過程與工作過程一致、學習任務與工作任務一致，初顯實施成效。

【關(guān)鍵詞】PLC;電機控制;案例教學

Abstract：Higher vocational education curriculum should enable the students to obtain work process involved in the complete procedural knowledge，occupation skill and related occupation experience，in order to promote the formation of occupation ability as purpose."The programmable controller technology and application" is carried by the project or the case，innovates ?the organization mode of the curriculum，gradually realizes the learning areas and work are as consistent，the learning process and work process consistent，the learning task and work task consistent，Initial implementation.

Key words：PLC;Motor control;Case teaching

1.引言

高等職業(yè)教育肩負著向特定的行業(yè)和崗位培養(yǎng)合格的生產(chǎn)或服務第一線的高素質(zhì)技能型專門人才的使命，如何提高學生的技能水平和綜合素質(zhì)，是高等職業(yè)院校一直在探索的一個具有現(xiàn)實意義的課題。本文以《可編程控制器技術(shù)及應用》課程教學改革為例。該課程是理論性與實踐性均很強的課程，且PLC可應用的指令較多，傳統(tǒng)教學采用逐個指令的使用講解為主，先介紹基本指令、再講授高級指令，很難從根本上提高學生學習質(zhì)量和實效性。為加強高職學生就業(yè)競爭力，我們改革教學方法，實施了將實際案例引入到教學過程中，采用了項目教學法教學，充分調(diào)動了學生的學習興趣，引導和激勵了學生們學習新的知識，大大地提高學生的各種技能，包括獨立思考、獨立操作、創(chuàng)新等方面，取得了明顯的教學效果。

2.課程設計

本課程設計打破以知識傳授為主要特征的學科課程模式，從“工作任務與職業(yè)能力”分析出發(fā)，設定職業(yè)能力培養(yǎng)目標，變書本知識的傳授為動手能力的培養(yǎng)，開發(fā)基于工作過程的項目課程，以工作任務為中心組織課程內(nèi)容，讓學生在完成具體項目的過程中來構(gòu)建相關(guān)理論知識，并發(fā)展職業(yè)能力。本課程以電氣自動化崗位能力需求為主線，培養(yǎng)學生PLC基本編程能力、PLC控制系統(tǒng)調(diào)試能力、PLC控制系統(tǒng)維護管理能力;以交通燈設計、PLC控制傳送帶和氣動機械手、現(xiàn)場PLC模塊故障診斷排除等工作任務為中心，組織課程內(nèi)容，融合高級維修電工對PLC技術(shù)知識、技能的要求，實現(xiàn)理論與實踐一體化教學。課程內(nèi)容突出對學生職業(yè)能力的訓練，理論知識的選取緊緊圍繞工作任務完成的需要來進行，同時又充分考慮了高等職業(yè)教育對理論知識學習的需要，并融合了相關(guān)職業(yè)資格證書對知識、技能和態(tài)度的要求。本課程按照上述設計原則，設計了三大學習領(lǐng)域，課程內(nèi)容根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的典型控制設計，采用12個項目加一周校外實訓進行教學。各個項目包含的學習內(nèi)容不同，采用循序漸進、由簡單到復雜的順序進行設置。其中項目一到項目八選用教學中相對較簡單的完整工作過程作為教學案例進行情境設計，包含了電機控制、交通燈系統(tǒng)設計、多種液體混合系統(tǒng)設計等項目，通過該部分項目的練習，達到對學生PLC系統(tǒng)基本編程能力的培養(yǎng)。項目九到項目十一設置了較復雜系統(tǒng)的設計，包含MPS系統(tǒng)、鍋爐液位系統(tǒng)及電梯系統(tǒng)的控制，通過該部分項目的訓練，達到對學生PLC控制系統(tǒng)調(diào)試能力的培養(yǎng)。一周校外實訓可以滿足對學生控制系統(tǒng)維護管理能力的培養(yǎng)。

3.項目實施

在運用案例教學法時，《可編程控制器技術(shù)及應用》課程可引入的案例有很多，教師要善于設置案例，引導學生思維，適時地進行案例討論，并通過相類似案例的練習，從而不斷提高學生的理論知識與操作能力。貨物升降機上升、下降的控制線路是實際生產(chǎn)機械運動的典型控制線路，在實際生產(chǎn)中廣泛應用。下面就以“小型貨物升降機的PLC控制”項目為案例說明。

3.1 案例描述

某貨物升降機由交流電動機M控制，由電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)貨物升降機的上升和下降運行。以該貨物升降機的繼電-接觸器控制為載體，用PLC實現(xiàn)升降機的上升和下降運行。其基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。SQ1～SQ4 可以是行程開關(guān)，也可以是接近開關(guān)，用于位置檢測，起限位作用?？刂埔螅菏謩訉崿F(xiàn)上升和下降的切換。按下上升按鈕，貨物升降機上升并連續(xù)運行，按下下降按鈕，貨物升降機下降并連續(xù)運行。按下停止按鈕，升降機停止運行。

圖1 升降機結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 案例實施

（1）實施環(huán)境

該項目在PLC實訓室進行。該實訓室現(xiàn)有西門子S7-200PLC裝置13套，學生分組進行，3人一組進行項目的實施進展。

（2）實施方法

采用“做中學、做中教”的方法教學。教師先啟發(fā)學生了解一些夠用的基本指令，結(jié)合實際進行適時的講解，再將PLC的主要設計步驟要求具體化，包括輸入、輸出點的分配，PLC型號的選擇、外部接線、編程設計、運行等環(huán)節(jié)。

（3）實施步驟

①提出任務，引入新知識;

本次課要求學生完成小型貨物升降機的PLC控制系統(tǒng)設計。要求設計硬件接線圖、原程序并調(diào)試成功。教師簡單介紹系統(tǒng)控制要求及工藝結(jié)構(gòu)。

②介紹授課目標、學習方法和考核要求;

授課目標：了解PLC基本原理;掌握PLC基本指令;了解PLC內(nèi)部元件;掌握繼電接觸器控制如何改造為PLC控制;熟悉編程軟件的使用。學習方法：小組討論設計系統(tǒng)控制方案并上機調(diào)試?？己艘螅悍中〗M考核，每小組向每個人提問，打出個人成績。

③講練過程;

第一階段：學生分組設計該系統(tǒng)的電氣控制線路，教師解答學生設計過程中遇到的問題。第二階段：介紹將繼電接觸器控制線路改造為PLC程序控制的基本方法，以點動控制及連續(xù)運行控制為例講解轉(zhuǎn)換過程。介紹PLC基本工作原理;講解PLC基本指令，包括常開、常閉觸點及線圈的使用方法;介紹梯形圖編制的基本規(guī)則;介紹內(nèi)部元件輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。第三階段：介紹PLC編程的基本步驟。根據(jù)控制要求列出PLC控制的輸入輸出分配表見表1。第四階段：學生分組討論，設計系統(tǒng)梯形圖程序。教師解答學生設計過程中遇到的問題。第五階段：教師講解PLC硬件接線圖的設計。學生根據(jù)接線圖完成接線。系統(tǒng)硬件接線圖如圖2所示。第六階段：學生分組調(diào)試已設計的程序，并觀察結(jié)果。教師解答學生調(diào)試過程中遇到的問題。參考程序如圖3所示。

表1 ?輸入輸出分配表

輸入分配表 輸出分配表

輸入電器 輸入地址 輸出電器 輸出地址

正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2 I0.1 正轉(zhuǎn)接觸器KM2 Q0.0

反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3 I0.3 反轉(zhuǎn)接觸器KM1 Q0.1

停止按鈕SB1 I0.2

過載保護繼電器FR I0.0

圖2 輸入輸出配置及外部接線圖

圖3 系統(tǒng)梯形圖程序

④學生休息;

⑤各組對本次內(nèi)容進行總結(jié)陳述，教師最終總結(jié);

⑥根據(jù)課程能力訓練項目設計要求布置相關(guān)課后項目作業(yè)，請同學們課后認真完成。

（4）案例反饋

通過該案例，讓學生從實際例子中學會選擇PLC型號、掌握接線知識，理解PLC的基本應用，重點是常開、常閉及線圈等基本指令的使用。同時掌握西門子編程軟件的使用。在具有基本設計的基礎(chǔ)上，進行知識點的拓展，此時就需要教師在教學中的創(chuàng)新應用，包括知識如何拓展，拓展的知識量，拓展知識的前后聯(lián)系。結(jié)合實際，可參考下面的案例設計。案例拓展控制要求：在上例的基礎(chǔ)上，將題目要求適當增加，增加SQ1～SQ4行程開關(guān)的控制，按上例步驟組織教學，讓學生參與設計。

4.教學效果

（1）加強了學生團隊合作的能力。

項目進行過程中，要求學生以小組的形式，進行軟硬件設計、系統(tǒng)調(diào)試，并寫出總結(jié)及心得。通過項目訓練及考核測試，重在給學生傳遞一個信息：注重團隊合作能力的培養(yǎng)，而且從學生寫的實訓日記、總結(jié)及心得體會中均能看出學生深刻體會到了團隊間相互合作的重要性。

（2）提高了學生學習的積極性。

以前該課程教學模式主要以講授為主，該模式效率低下，學生積極性不高。改革后的教學模式，完全跳出了舊有教學模式，使知識能夠最快速、最大限度地讓學生吸收，并能夠大大提高學生學習的積極性，教學效果也顯著提高。

5.結(jié)束語

本文以《可編程控制器技術(shù)及應用》課程建設為切入點，對高職教育中的項目教學模式進行了探索與實踐。著重在教學設計、教學方法方面進行實踐和探索，提出一些具體措施，從而激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的職業(yè)能力，實施教師指導下的學生自主性學習，在教學實踐中取得良好的效果。

參考文獻

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[3]徐良雄.《可編程控制器》課程“教學做一體化”的實踐探索[J].武漢交通職業(yè)學院學報，2011（1）.

作者簡介：張芬（1980—），女，陜西渭南人，碩士，西安航空職業(yè)技術(shù)學院教師，主要研究方向：PLC控制技術(shù)、組態(tài)控制技術(shù)。