《可編程控制器原理》課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

趙亞琴

（南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

《可編程控制器原理》課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

趙亞琴

（南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

可編程控制器原理（PLC）是一門應(yīng)用非常廣泛且實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，針對該課程內(nèi)容抽象以及目前教學(xué)中存在的問題，文章提出將信息技術(shù)應(yīng)用到PLC課程的教學(xué)中，介紹了該課程教學(xué)改革模式的設(shè)計(jì)方法。詳細(xì)闡述了PLC仿真軟件、多媒體課件、微課視頻以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源共享等多種信息化教學(xué)手段在PLC教學(xué)中的設(shè)計(jì)思路和改革創(chuàng)新方法，教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用表明信息化教學(xué)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段的多樣化，能將眼、耳、口、手、腦多種感官同時(shí)調(diào)動，有機(jī)結(jié)合，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

PLC；信息化教學(xué)；仿真軟件；多媒體課件；微課視頻

一、可編程控制器原理課程改革的重要性

可編程控制器原理是自動化、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的主干課程之一，具有知識覆蓋范圍廣、實(shí)踐性非常強(qiáng)和更新發(fā)展快的特點(diǎn)，同時(shí)，該課程比較抽象、理論性較強(qiáng)，因此，需要學(xué)生有很好的邏輯思維能力和實(shí)踐應(yīng)用能力［1］。

傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師、課堂、教材為中心，學(xué)生被動地接受知識，從而缺乏目標(biāo)與動力，對知識理解不透徹，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。首先，“一支粉筆一本書”的板書授課方式信息量小，灌輸給學(xué)生的全部是理論性的知識，既不生動又不形象，內(nèi)容講解常常是“空”而“虛”，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情［2］。其次，雖然多媒體直觀、有較強(qiáng)的視覺效果，能吸引學(xué)生的注意力，但是很多多媒體課件都是把教學(xué)課本的知識完全復(fù)制到多媒體中，過大的信息量使學(xué)生有深刻記憶的東西太少，抓不住重點(diǎn)，難以達(dá)到很好的教學(xué)效果。最后，PLC是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)大多側(cè)重于理論教學(xué)，而忽視了實(shí)際應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生沒有實(shí)際動手能力，完全紙上談兵，無益于以后的工作［3，4］。

面對傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，如何才能喚起學(xué)生自主學(xué)習(xí)的欲望，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)踐應(yīng)用能力，是提高課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，也是課程教學(xué)改革的重中之重。

二、實(shí)踐信息化教學(xué)的可行性與優(yōu)勢

信息化教育是指全面深入地運(yùn)用以計(jì)算機(jī)為主的現(xiàn)代教學(xué)媒體來促進(jìn)教育改革和教育發(fā)展的一種全新的教育形態(tài)［5］。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，信息化教學(xué)模式表現(xiàn)形式多樣，能將眼、耳、口、手、腦多種感官同時(shí)調(diào)動，有機(jī)結(jié)合，有利于增強(qiáng)學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在PLC的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用信息化教學(xué)模式有很多優(yōu)勢，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，取得很好的教學(xué)效果［6］。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）信息化教學(xué)能夠?qū)⒊橄蟮慕虒W(xué)內(nèi)容如PLC的工作原理、軟元件與繼電器的區(qū)別等，用信息技術(shù)手段生動直觀地表現(xiàn)出來，完成知識的意義建構(gòu)；（2）通過多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)資源、仿真教學(xué)軟件、數(shù)字影像技術(shù)等多種形式提供更加豐富的教學(xué)資源，學(xué)生從多個(gè)渠道獲取豐富的學(xué)習(xí)資源；（3）在信息化教學(xué)模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)由“滿堂灌”到“以學(xué)生為主體”的教學(xué)方式的根本改變，在教學(xué)活動中，教師扮演著引導(dǎo)者與支持者的角色，與學(xué)生思想經(jīng)驗(yàn)交互碰撞，師生共同探索知識；（4）信息化教學(xué)通過教育網(wǎng)、校園網(wǎng)等給學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以相互交流、分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新及解決問題的能力。

三、信息化教學(xué)在PLC教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

1．組態(tài)仿真軟件

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，以靈活的組態(tài)方式，給用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具［7］。

（1）仿真軟件在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

課堂上如果全部是教師在講課，那么學(xué)生只是被動的被灌輸了知識，而沒有思考的過程。所以課堂上教師要多與學(xué)生進(jìn)行互動、溝通，深入了解學(xué)生“想知道什么、應(yīng)該知道什么”，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，讓學(xué)生帶著問題來學(xué)習(xí)，變“被動學(xué)習(xí)”為“主動學(xué)習(xí)”。不僅使課堂變得輕松、愉悅，而且學(xué)生能更深入、更扎實(shí)地理解并掌握課程知識。

PLC理論知識比較抽象，難以理解，因此在課堂上可以邊講課邊讓學(xué)生用PLC仿真軟件進(jìn)行仿真，這樣有助于學(xué)生對PLC工作過程的全面認(rèn)識和了解。學(xué)生按照實(shí)際的控制要求進(jìn)行仿真運(yùn)行和調(diào)試，反復(fù)修改，優(yōu)化程序，運(yùn)行結(jié)果。例如：交通信號燈控制、正反轉(zhuǎn)控制、分揀和分配線控制、升降機(jī)控制等，每一個(gè)場景都惟妙惟肖，圖文并茂。這種生動、形象、高效的仿真，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高了課堂教學(xué)的質(zhì)量與效率。

（2）仿真軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

PLC是一門技術(shù)性很強(qiáng)的課程，雖然有些學(xué)生能夠較好地理解書本知識，理論考試成績較高，但是缺乏實(shí)際動手能力。所以加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高其實(shí)際的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維的教學(xué)任務(wù)非常重要。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將理論知識學(xué)以致用，運(yùn)用到實(shí)踐中，提高了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

組態(tài)軟件是針對工控而開發(fā)的一種工具軟件，可通過上位機(jī)串口對下位機(jī)（PLC）進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。在PLC實(shí)驗(yàn)中，將PLC與組態(tài)軟件相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中PLC作為下位機(jī)，執(zhí)行軟邏輯程序，實(shí)現(xiàn)控制功能；組態(tài)軟件安裝在PC機(jī)中，學(xué)生運(yùn)行程序，并用鼠標(biāo)控制屏幕上所畫的設(shè)備開關(guān)和傳感器，從而實(shí)現(xiàn)控制過程的模擬仿真及監(jiān)控［7，8］。在運(yùn)用組態(tài)軟件的過程中，可以先從貼近生活的例子入手，如“交通燈”、“搶答器”等。在學(xué)生慢慢熟悉并掌握組態(tài)軟件后，引入較復(fù)雜的項(xiàng)目，如“全自動洗衣機(jī)”、“電梯”等。使用組態(tài)軟件，使實(shí)驗(yàn)變得形象生動，讓學(xué)生對工業(yè)控制有初步的感性認(rèn)識，調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

2．多媒體教學(xué)

多媒體能將聲音、圖形、文本、動畫、影像等信息融于一體傳遞給學(xué)生，調(diào)動學(xué)生的手、眼、耳等多種感官，使學(xué)生注意力更加集中，加深學(xué)生對知識的理解與記憶。在PLC課程教學(xué)中，利用課件直觀生動的表現(xiàn)力和良好的交互性來輔助教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，圓滿地完成教學(xué)任務(wù)。主要體現(xiàn)在：①提高教學(xué)效率，減輕教師負(fù)擔(dān)。可編程控制器的授課過程中會涉及到大量的邏輯電路分析，指令用法舉例、梯形圖程序講解等。如果利用傳統(tǒng)的板書方式，不僅會占用大量的課堂時(shí)間，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)拖堂和壓縮課堂內(nèi)容的現(xiàn)象，而且增加了教師的備課和板書負(fù)擔(dān)。而利用多媒體課件，則可以在相同的時(shí)間內(nèi)更具體、更全面的展示知識，輕松省時(shí)，大大提高了課堂效率。②通過課堂板書和課件演示相結(jié)合，使學(xué)生掌握可編程控制器原理的工作原理、編程方法，并具有解決工程實(shí)際問題的能力。提高教學(xué)的生動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。③多媒體課件還有利于學(xué)生上課時(shí)只需記課堂的框架及重點(diǎn)、難點(diǎn)，避免學(xué)生上課一味的記筆記而影響了對某些知識點(diǎn)的理解，課后利用多媒體再對筆記不完整的地方進(jìn)行補(bǔ)充，使學(xué)生更詳細(xì)、更全面、更有效的掌握知識。④可編程控制器的工作原理、生產(chǎn)工藝過程以及某些元件的工作原理僅僅依靠課堂板書，很難講解的清楚明白。通過圖片、動畫和視頻等素材生動形象地描述抽象的、難以理解的教學(xué)內(nèi)容，利用課件良好的交互性，可以很方便地在新知識和舊知識之間跳轉(zhuǎn)，對教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)重復(fù)講解，突破教學(xué)難點(diǎn)，突出教學(xué)重點(diǎn)。圖1所示為PLC課程多媒體課件中的一個(gè)界面。

圖1 PLC課程多媒體課件

3.微課視頻

“微型視頻課例”簡稱“微課”，它是以教學(xué)視頻為主要呈現(xiàn)方式，記錄教師圍繞學(xué)科知識點(diǎn)（重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、考點(diǎn)等）或教學(xué)環(huán)節(jié)（學(xué)習(xí)活動、主題、實(shí)驗(yàn)、任務(wù)等）開展的簡短、完整的教學(xué)活動。微課是一種全新的教學(xué)方式，很多教師都在嘗試實(shí)踐。胡鐵生總結(jié)了微課的四大特點(diǎn)［9］：主題突出，指向明確；資源多樣，情境真實(shí)；短小精悍，使用方便；半結(jié)構(gòu)化，易于擴(kuò)充。在PLC教學(xué)中運(yùn)用微課視頻主要有以下優(yōu)勢：①創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。把“簡而全”的微課視頻，甚至把操作過程和實(shí)習(xí)現(xiàn)場搬到網(wǎng)上供學(xué)生觀摩，使學(xué)生有身臨其境的感覺，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。②滿足學(xué)生對個(gè)性化自主學(xué)習(xí)的需求。每個(gè)學(xué)生的求知欲不同，對知識的理解與掌握也不同，微課視頻可以滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)、按需選擇學(xué)習(xí)。如果對課堂上某個(gè)知識點(diǎn)不理解，學(xué)生可以控制播放，隨時(shí)暫停，反復(fù)播放，可以邊看微課視頻邊與其他同學(xué)交流思考，相互協(xié)作解決問題。③幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率。微課實(shí)現(xiàn)了在線學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)，學(xué)生可以隨時(shí)利用微課來進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，強(qiáng)化鞏固知識。對于重難點(diǎn)問題，學(xué)生可以利用微課視頻將不懂的知識各個(gè)擊破深入消化理解，從而降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，避免了重復(fù)學(xué)習(xí)或嚴(yán)重過度學(xué)習(xí)，有效地提高了學(xué)習(xí)效率［10］［11］。④加強(qiáng)學(xué)生思維訓(xùn)練。微課展現(xiàn)了課堂知識的精華部分，是課堂學(xué)習(xí)的重要補(bǔ)充和拓展，所以微課每個(gè)細(xì)節(jié)都需要關(guān)注，這樣有助于學(xué)生進(jìn)行深入的思考，有助于學(xué)生啟迪思想、訓(xùn)練思維。圖2所示為PLC課程微課教學(xué)視頻的一個(gè)界面。

圖2 PLC課程微課教學(xué)視頻界面

4．教學(xué)資源共享

教學(xué)資源只有充分實(shí)現(xiàn)共享，才能體現(xiàn)資源的價(jià)值。所以教師有必要把教學(xué)資源發(fā)布到網(wǎng)上，作為教學(xué)過程的拓展和補(bǔ)充，供學(xué)生下載、在線學(xué)習(xí)、互動交流等。學(xué)生可以隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中還可以與老師互動，與同學(xué)交流，提升了協(xié)作學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，教師在與學(xué)生交流過程中，也能夠及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，以便對教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使教學(xué)更有針對性［12］。

PLC課程的教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)計(jì)遵循以學(xué)生為中心、教學(xué)實(shí)用性和交互性設(shè)計(jì)的原則。主要內(nèi)容包括課程簡介、教學(xué)大綱、授課教案、教學(xué)課件、微課教學(xué)、試題庫、討論與答疑等。尤其是多媒體課件、微課視頻和試題庫資料，對學(xué)生的課程學(xué)習(xí)起到了很有益的輔助作用。制作的多媒體課件可以直接供學(xué)生拷貝，或者發(fā)布到教學(xué)網(wǎng)站上，供學(xué)生下載。這樣有利于學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)；短小精悍的微課視頻作為共享資源上傳到網(wǎng)上，可供學(xué)生隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)。微課視頻將視覺效果和聽覺效果結(jié)合在一起，可以讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)愉悅地掌握知識的精華，及時(shí)復(fù)習(xí)并掌握課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。試題庫提供多種題型，學(xué)生通過練習(xí)試題，更深入掌握和消化課堂內(nèi)容，有利于對知識的鞏固和靈活應(yīng)用，圖3所示為試題庫鏈接主界面。

圖3 PLC試題庫鏈接主界面

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（編輯：郭桂真）

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1673-8454（2015）06-0043-03