“可編程控制器應用技術”教學與企業需求接軌的路徑研究

卞博鈞 王文娟 徐黎峰 王森強

（桐鄉技師學院 浙江 嘉興 314500）

一、研究的緣由

（一）緣于應用技術飛速發展下的新職業情境

可編程控制器（簡稱PLC，以下統稱PLC）應用技術于上世紀90年代前后在自動化控制領域中尚屬前沿技術，隨著制造技術、電子技術的快速發展，PLC應用技術也飛速發展，經過短短的十年左右時間，PLC應用技術已經成為21世紀工業自動化技術的主要支柱之一。PLC應用技術廣泛應用在自動化程度較高的加工設備和生產制造系統中，是維修電工、電氣技術類維護人員的維護和設計的核心技術，從而也成為各職業院校電類相關專業的核心專業課程。

（二）緣于學習情境滯后于技術發展的教學現狀

盡管PLC應用技術迅速地從前沿技術變成了核心技術，但在中等職業學校電類專業的PLC教學中，從理念上仍舊未能讓其從“選修”地位向“必修”地位轉變，未能讓其引領機電專業主導發展，教學方法仍以學科主導體系為主，實訓手段仍以實驗演示為主，導致學生難以在企業較快地適應崗位工作。課題組專程調研了我校自2011年開設的校企合作機電專業的2屆、4組、223名頂崗實習學生，發現學生在PLC相關設備維護、保全和檢修過程中集中反映出來的問題，如表1所示。

表1 學生頂崗實習一年后面臨問題調查表

學生在頂崗實習中出現上手較慢的問題，多是因為沒有在學習的主要場地盡最大可能地構建最具普遍意義的準職業情境，從而導致學習情境和學習內容與企業職業情境相去甚遠，企業所需和學校所學未能做到最佳接軌，從專業教學總體現狀來看，“病因”可以歸納如下頁表2所示。

表2 專業教學現狀表

（三）基于學習情境與實際職業情境接軌的教學構想

根據上述情況，中等職業學校學生未能有效地掌握運用PLC控制典型工業控制對象及維護典型系統的能力，甚至可能學習過程一直徘徊在“入門”或“了解”層次。本課題意在充分考慮學生認知規律及職業教育教學職業性突出的特點，從教學理念、操作方法入手，在教學內容和實訓平臺上做文章，實踐、總結出一條有效途徑，即在遵循入門訓練的基礎上，在校內盡最大可能地營造專業技能學習情境，開拓接軌企業的教學思路，借此使學生在學校中所學的專業知識、所訓練的專業技能能夠與企業運用的技能平臺接軌，提高專業教學成效，使學生畢業后能快速趕上專業技術迅速發展的潮流。

二、問題的理性思考和解決對策

（一）分析產生問題的原因

根據職業院校行動體系教學理論，構建“以情境為中心”的教學，主要建立在“建構優先”的教育哲學基礎之上，在現行職業教育背景下，大多數職業學校受普通學科體系教學的影響，情境模擬較少或者較薄弱，實訓實習訓練環節構建在“實驗型”、“演示型”的層次上，學習情境與實際職業情境有較大差距，對于一門具體的專業技能課，缺少與企業實際職業情境接軌的項目化實訓方案以及能仿真項目的“接軌型”實訓平臺。職業學校是企業準技工培養的主要場所，但是學校無法一一對應配備與企業同樣數量、同樣職業環境的“工廠”或實驗室，但是，不同的專業根據企業相對應的崗位需要的不同，盡最大努力以較少的投資模擬實訓環境，或通過校企合作開發適用于對應崗位的職業技能訓練平臺，仍不失為突破傳統教學“瓶頸”的有效途徑。

（二）研究解決問題的措施

為解決專業教學過于理論化、傳統化、實驗化的問題，有效接軌企業與專業教學課堂，結合現有教學條件并充分考慮現在的具體學情，本課題從廣泛調研、查找原因、因材施教、試驗反饋等途徑展開研究，試圖借此打破傳統專業教學格局，解決職業學校專業課教學的困惑，其具體操作內容和做法如圖1所示。

圖1 解決問題的總體思路圖

1.問問學生缺什么，看看企業用什么

根據課題組在調查中發現的問題（如表1所示），我們集中對學生進行了調查了解，發現其在實際頂崗過程中的開始3～6個月內，對企業中以可編程控制器為核心的工業控制系統感到陌生，通過幾個教師組走訪，學生集中反映有以下困惑：控制系統整體陌生；PLC工作過程陌生，控制柜中被控器件陌生；檢修思路陌生。從上世紀90年代開始，國內生產制造企業對單臺設備控制、多機群控及自動化流水線均開始采用PLC應用技術，在工業控制方面形成了以PLC為核心的多種技術體系和分支，企業要求工人能對這些大類控制系統進行安裝、檢修、維護和保全工作。

2.明確“接軌型”技術主要方向——可編程控制器典型工業應用模型

從上世紀90年代末開始，很多控制領域均在用可編程技術改造傳統控制系統。企業在工業控制技術應用中碰到的各類具體需求項目，并不是樣樣均能適用于我們的學生和教學現場，企業的控制終端也不可能照搬到學校來，只能通過適當選擇企業的小型項目，如以PLC技術改造普通機床，或調研中所見的將大型控制系統中某一典型控制單元的功能改進、改造、觸摸屏技術運用等作為可編程技術教學的案例，這些項目均是以可編程控制器應用技術為核心的典型應用。有些技術項目根本無法在現有條件下完整構建學習和實訓模型，如過程控制和數據處理以及模擬量控制三大個方向，涉及比較復雜、大型的系統，其數據處理、過程控制等方面的內容也不適合中等職業學校學生學習和實踐。而開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、部分通信及聯網的領域均為PLC應用最基本、最廣泛的領域，經過學校和教師較為深入的了解、篩選、歸類，可確定為能適合學生和學校條件的、教學深度和廣度上能夠接軌企業的方向和內容，從而形成“PLC應用技術”課程技能教學的主要內容，為接軌企業應用的必要技能，有效地實現專業教學的有的放矢。

3.更新可編程控制器的“接軌型”工業控制對象——典型化、標準化

配備典型的外圍器件，指的是可編程控制器的控制對象，有執行元件，如電磁閥驅動的氣缸等控制對象，在學校現有實訓項目中多為發光二極管組成的實驗模型，僅限于PLC程序邏輯上正確與否的演示，甚至連接觸器也很少成為控制對象。傳統型的可編程控制器實訓平臺控制對象單一化存在以下弊端，如表3所示。

表3 傳統型可編程控制器實訓平臺控制對象單一化弊端表

在可編程控制器的典型工業控制中，類似發光二極管的控制是很少使用的，而接觸器、繼電器、驅動器等已經從很少使用到廣泛使用，已經成為控制系統中典型的外圍器件。這些器件價格不高，只相當于繼電接觸課程中涉及的時間繼電器、接觸器的價格，相比昂貴的教學儀器，學校完全有能力配備，也有必要配備。這樣，學生通過歸類、建立課程教學所需的工業控制模型，對應用技術的掌握和運用具備了完整性，也使技能教學更具有針對性、時代性。

4.建立“接軌型”實訓項目——選擇十大類企業項目

在企業所用項目中，學校經過調查分析，可選擇性地學習一些企業小型項目，一方面，可以讓學生掌握工控技改中一些操作流程和技術規范，同時也能在簡單項目的學習中體會PLC應用技術的實踐性與應用性，提高學習興趣和動力；另一方面，選取PLC應用技術在工業控制中的典型模型，充分依靠其控制系統模型進行有條件的建模、訓練，形成本課程的典型實訓項目序列，可讓學生在典型項目中學習控制思路，了解控制過程、控制對象的操作，借此可以掌握關鍵技術，突顯學生所學技術的通用性、有效性、時代性，讓學生更好地服務于企業需要。

5.開發“接軌型”實訓平臺——能夠對等模擬企業項目

一般而言，多數學校均采用教學儀器廠的實驗設備，職校實訓設備也是如此，很多中高等職業院校已經發現理想的教學儀器實驗和實訓平臺注重演示性和驗證性實驗的開展，特別是PLC技術實驗平臺，側重于程序功能通斷類的演示，忽略了PLC對控制外圍器件的實現過程——企業應用，而這個過程可體現學生對PLC控制系統整體的把握。演示性和驗證性實驗側重于對“點”的認識和驗證，而缺少獨立地對整套系統的運用和維護能力的培養，凸顯了教學與企業實際之間的差距。如果學校能根據教學實踐，充分結合“企業應用”的技術方向和項目，自主開發、構建一定數量的接軌型PLC實訓平臺，讓學生進行一系列“企業項目”的仿真實訓操作，既可以使學生擴大對工業控制領域器件、控制模型的認識，也能補償“實驗型”教學與企業之間的技術差距，進而真正意義上推進學生實操技能的提高。

6.推行“接軌型”實踐訓練考評體系

該措施為最后一項措施，是學生走上工作崗位前最后的訓練課題，也是課題研究的最后一項實質性的措施。可以讓新一屆學生在“接軌型”實訓平臺上，用接軌型的、可以實施的企業控制模型，在對應的、可以對等模擬的平臺上進行“準實戰”訓練，訓練中側重運用企業的技術指標要求進行考核，根據企業設備維護的要求，在模擬控制系統中設置故障，對某一可編程控制器工業控制系統進行檢修、排故和保全等技能訓練。訓練中的主要考核要求大類如表4所示。

表4 主要考核要求大類表

訓練一個學期后，學生馬上走向校企合作的各個分廠，進行為期一年的頂崗訓練，在校學習的接軌型技術馬上得到了實際應用。在企業的實際應用中，除了學校見到過的控制系統控制柜、控制方法、檢修技能之外，添加了控制終端，成為完整的一線實際模型。通過企業的進一步實踐，對學校的接軌型訓練進行了多次實質性的感性體驗和升華。在學生進行頂崗3個月之后，課題研究組成員對各個崗位（中控組、儀表組、電氣技改組等）的學生進行了新一輪問卷調查，可以看出，在新訓練方式下的學生與在傳統訓練方式下的學生相比，適應崗位的能力及對技術運用的能力都有了很大的提高。

三、實施成效

（一）研究成果

1.探究了“可編程控制器應用技術”教學接軌企業的五大路徑

課題研究開始，從問題的調研分析出發，分別從接軌企業需要的角度著手，通過確定主要技術方向、更新典型控制對象、建立“接軌型”實訓項目、開發“接軌型”實訓平臺、推動“接軌型”考評體系等五個路徑，在實踐中試驗了職業性突出的技能課程的有效教學途徑，解決了傳統專業課教法中的缺乏實際職業情境，學習情境滯后于職業情境的弊端。學生在企業中頂崗能力和平常技能比賽及技能測試中的成績，均反映了課題中所實施的五大路徑，適合類似可編程控制應用技術這樣應用性突出的專業課程的技能教學。

2.提高了學生技能水平和頂崗實習能力

近年來，通過逐步調整核心專業課——“可編程控制器應用技術”的教學內容，對專業技能課進行了多樣化及符合一線需要的積極調整，將企業的技術要求和規范逐步地引入課堂，讓學生參與實踐項目，使得學生對核心專業技能的把握越來越深入，對職業技能的掌握和運用也更接近于實戰化、高仿真化，我校機電專業學生多人次在嘉興市技能節，小發明小創造比賽中榮獲獎。在采用新的實訓方案后，2012屆學生頂崗實習3個月之后，對電氣專業學生87人進行了實習情況回訪，對實習學生（中控組，儀表組，電氣技改組，保全組）進行了問卷調查，對原本存在的幾類問題進行了逐一問詢，結果如表5所示。調查發現，問題的存在率相比2010、2011屆有明顯下降，其中2011屆幾名頂崗實習學生在頂崗實習期間，由學校帶領學生與企業簽訂了技術開發協議，所開發的控制設備——可編程控制器實現的多路獨立鉆床系統，獲國家實用新型專利，企業對學校進行了12萬元的資金回饋。

表5 新方案實施前后學生頂崗實習回訪調查情況表

3.企業加入投資聯合辦學，體現了專業教學接軌企業的有效性

通過兩屆學生與企業合作辦學的實踐，與我校合作辦機電專業的某大型企業，對我校機電專業的評價逐步上升，特別是最近的一屆（實施了新方案之后），評價大幅上升，學生的技能水平明顯增強，在企業頂崗實習的一年中，履崗能力提升，適應崗位的時間顯著縮短，基于此，某大型企業與我校簽訂了合作聯辦機電專業的協議，并且每年提供2萬元的獎金，獎勵技能突出的機電專業學生，并對機電專業畢業生進行訂單式培養和錄用。

4.實現了在學校構建職業性突出的典型學習情境

機電核心專業課程的教學改革，變革了傳統教學方式，提高了技能教學成效，從課堂到企業，樹立了“引入實際職業情境”的理念，對實際職業情境加以處理，在職業技能主要學習場地——職業學校建立基于職業情境的、更具普遍意義的學習情境，具體表現為學習內容符合一線需要和學生需要，對能夠移植的實際職業情境進行有效處理，可使學生能夠在此學習情境下學習職業技能，在一線頂崗實習后，能夠得到企業和社會的認可，使職業學校成為名副其實的職業技能學習場所。

5.推動了職業教育實訓設備構建和采購合理化

教學模式革新往往會帶動一系列教學變革，教學或實訓設備也不例外。我校根據企業需要和技能培養需要，不斷更新改造教學設備，側重于任務開展、項目實施等校企一體化實驗實訓設備的完善，借此提高了設備性價比，使學校的教學硬件投入大幅降低，基于實際使用需要，有針對性地改進和采購教學設備，在一定程度上推動了教學變革和教學質量的有效提高，學生的職業技能水平也隨之上了一個新臺階。

6.促進了教師隊伍專業技術應用能力和教科研能力的大幅提升

教師與企業交流增強，對專業技術應用把握更準確，對教學過程把握更到位，專業知識面和技能水平得以拓寬，專業技術認識加深，教學能力、業務能力提高。

（二）研究成果推廣價值

1.職業技能背景突出的接軌創新模式推廣

在職業學校的專業教學中，核心專業技術教學應用性強、發展速度快的特點普遍存在，能在學校教學與企業應用之間建立一種合適的橋梁性訓練方案至關重要。本課題通過調查剛畢業學生在企業中頂崗實習情況，了解他們在頂崗實習過程中對PLC應用技術缺什么，與學校實訓教學差距在哪里，然后了解企業對該專業畢業生所需要的基本專業知識要求和技術要求，在此基礎上，跨越傳統實驗裝置的設置，由學校自行（或者幾所學校）設計一套接軌于企業的實訓裝置，選取一定數量的、可操作的且能夠接軌企業應用的實訓項目方案，讓學生隨著技術的發展，進行針對性的訓練，以便更好地適應崗位工作。

2.接軌型實踐訓練平臺及考評體系推廣

該課題的借鑒意義在于，應用技術學科的發展不同于基礎學科，跨度不同，發展速度不同。作為職業學校，專業技術的發展均以應用性強為特點，以企業應用技術為跟蹤方向。課題不僅僅在教學模式上具有較大的參考價值，同時，該課題提出的實驗平臺更新策略至關重要。實驗平臺的設計和提出，應用方向、實施平臺和所采用的部件均具有應用大背景下的針對性，所以適當更新平臺，更新器件也是使學生的所學所用跟上企業發展、跟上技術潮流的必要措施，學生在“企業應用”的平臺上，結合企業對控制系統的控制要求，進行訓練提高，然后再進行校內測試、企業實踐，體現了校企合作的優越性。出于這種考慮，該思路在一定程度上也可以為相關學科所仿照采用，特別是技術發展比較快的，如嵌入式技術、數控技術等專業技能門類學科。

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