高職院校《PLC原理及應用》課程的探索

顧丹

摘要：《PLC原理及應用》是高等職業院校一門重要的專業課程，結合個人幾年來的教學實踐摸索，本文主要從PLC課程教學內容的選取、教學的組織設計、教學實踐平臺的搭建、課程的考核等幾個方面對《PLC原理及應用》這門課程的教學過程進行了探討。

關鍵詞：PLC；教學組織設計；教學實踐平臺；教學內容

中圖分類號：G42 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0140-02

可編程控制器（PLC）是在20世紀60年代末發展起來的一種新型的工業自動化控制裝置，它將傳統的繼電器、接觸器控制技術融為一體，利用軟件進行過程控制，具有豐富的接口模塊。其可靠性高，抗干擾能力強，擴充方便，性價比高，被廣泛地應用于工業控制的各個領域，成為當代工業自動化的支柱之一。

為了更好地培養適應現代工業發展需要的應用型高職高專人才，《PLC原理及應用》課程已經成為高等職業院校工科類的一門重要專業課程。如何在高職院校教好這門課程？結合近幾年個人對該門課程教學的不斷實踐與探索，本文主要探討對《PLC原理及應用》教學的體會。

一、課程內容選取

PLC的生產廠家成百上千，比較知名的有德國的西門子、日本的三菱、美國的AB、法國的施奈德等品牌。生產廠家雖多，但在標準化方面做得較差，PLC的軟、硬件體系結構是封閉，而不是開放的；絕大多數PLC使用專用總線、專用通信網絡及協議；各種PLC產品的編程語言在表示方式、尋址方式和語法結構上都不一致，使得它們互不兼容。在教學的過程中，究竟以哪種PLC開展教學呢？目前，關于PLC課程的教材也有成百上千種，有以西門子系列PLC為對象的教材，也有以三菱系列PLC為對象的教材。有限的教學時間不可能讓學生把每種不同品牌的PLC都進行學習，但作為老師，又應該讓學生充分認識到不同PLC產品編程語言的不同與相通性，在未來工作中更好地適應不同的工作對象。因此，在PLC教學中，不應該簡單地根據教材以某一種品牌的PLC來進行教學，而應該以一種為主，適當補充另一品牌的PLC的內容。比如，可以以市面上使用最廣泛的西門子PLC為主要教學內容，在教學各個環節適當地補充三菱PLC進行對照，讓學生既認識到差異，又發現其相通性。這樣，學生在未來的工作中遇到不同品牌的PLC時才不至于手足無措。

二、教學的組織與設計

《PLC原理及應用》課程的重點在應用，學會接線與編程是學生學習的重要目標，但對于高職高專的學生而言，編程是一件很難的事情，作為老師，如何真正教會學生掌握編程的方法，是重要的教學任務。項目化教學是目前較為推崇的教學方式，關于PLC課程教學的項目化教程也隨處可見。經過幾年的教學摸索發現，針對《PLC原理與應用》這門課程，面對高職高專學生，倘若一開始就進行項目化教學，無疑會讓毫無PLC知識基礎的學生苦不堪言，喪失學習的信心。個人認為，雖然高職教育強調應用，強調實踐，但有必要先簡單介紹PLC的基本結構、工作原理與編程基礎知識，在此基礎上再開始學習編程。當然，學生學習編程就像學習語言一樣，不能一開始就布置具體的編程任務，應該先教會學生讀懂簡單程序，從模仿開始。在教學的設計上，可以按照基本理論單元、應用實例分析、模擬實驗與實際設計幾個單元來組織教學。

首先，介紹清楚PLC的基本結構、工作原理、編程的基本要素與規則。比如，在講PLC的工作原理時，一定要將繼電器的工作原理講清楚，然后引出PLC的觸點、線圈的概念，讓學生充分認識到軟繼電器的含義，利于學生后續理解編程。之后可以開始讓學生學習編程，學習編程的時候，可以從讀懂簡單的程序開始，在對簡單程序理解分析的基礎上，讓學生進行模仿。在教學的過程中，經常有學生感嘆道：我每次都聽懂了，但要讓我自己來編寫程序就感覺無從下手。針對這種情況，練習是最好的解決方法。在課堂的教學中，適當地留出時間給學生，針對所講內容布置簡單的編程小練習，在練習中逐步學會編寫簡單小程序。在教學中發現，要充分調動學生學習的積極性，更重要的是讓學生充分認識到學習這門課程的實際意義，體會到學習的樂趣。雖然有最開始對PLC應用領域的總體介紹，但對于學生而言，那是空洞的、抽象的。在簡單的編程練習之后，應該引入完整的PLC應用實例，比如常見的交通燈模擬控制、自動門的控制等，從學生容易理解的身邊實例開始，再逐步過渡到工業過程控制中PLC的應用。通過實例進行任務分析與編程設計，提升學生學習的興趣，理解PLC的應用。這一點，我在教學中深有體會。在這部分的教學中，由于學生基本沒有生產實踐知識，對大多數控制系統的工藝流程及其要求理解不深，導致很多時候無法正確地分析控制的過程。此時，作為老師，可以采取播放相關工業控制視頻、與學生一起分析控制任務、到現場參觀等多種方式來解決這一難題。

PLC基本理論知識的學習、簡單編程的練習與模仿、應用實例的分析，有了這些基礎，就可以開始進行簡單的模擬實驗與應用設計了。在應用設計的教學環節中，可以以項目化教學方式進行，簡單地講，可以將學生分成若干個項目小組，按照布置項目任務、任務分析、項目設計、項目實施、項目總結的步驟引導學生完成完整的基于PLC的應用設計。其中，項目任務可以由老師下達，從任務分析到項目總結由每組選派的項目負責人組織進行，在這個過程中，老師作為項目顧問給予幫助和指導。

由于培養的對象是高職高專學生，培養的人才是高素質技術技能型人才，在PLC課程的教學過程中，除了教會技術，讓學生掌握技能，還應該注重素質的培養，對學生工程全局意識的培養也應該貫穿于整個教學活動中。比如，在介紹到PLC的輸入輸出點數的概念時，不是簡單告訴學生PLC輸入輸出點數就是PLC輸入輸出的端子數，還應該告訴學生，PLC的點數信息可以從說明書中獲得，對實際使用過程中進行PLC選型非常重要，在實際選型過程中需要根據現場的需要確定點數，既不過多浪費也要有冗余。另外，在進行實際控制系統的設計時，除了正確性，還要注意安全性與合理性。可以通過案例的對比分析加強學生對控制系統安全性的重視，培養此種意識。

三、教學實踐平臺的搭建

PLC課程是一門實踐性很強的課程，好的實踐平臺的搭建是學習好該門課程的關鍵。首先，在課程的實踐環節的設計上，可以分為三個環節：第一，熟悉編程軟件，進行簡單程序編寫的基本環節；第二，驗證性的模擬實驗環節；第三，項目式的完整應用設計環節。在實驗室的建設中，可以考慮建設一體化教室，以滿足教師分析案例、講解編程思路，學生動手編程調試的教學過程的需要。在選用與購買實驗設備時，為了讓學生真實感受到從PLC外圍接線到編程的與實際現場相同的工作過程，應避免選用常見的輸入輸出端插頭式箱體實驗設備，盡量讓學生自己體會端子的接線。實驗設備的構成單元除了中心控制單元PLC、指示燈之外，還可以適當增加觸摸屏等工業常用的PLC外圍設備。在實驗室規模上，可以根據具體的班級學生人數設置實驗設備的臺套數，比如，可以以20組設備進行設置，以滿足40名學生同時進行實驗。在電腦配置上，可以一臺設備配置兩臺電腦，這樣，可以讓更多的學生進行編程練習與分時調試。同時，又可以讓該實驗室作為專業機房，進行相組態軟件等相關專業軟件的學習，以提高實驗室的利用率。當然，為了讓學生全面地體會從設計、接線到實現控制的全過程，除了進行相關的實驗，還可以在學習的后期開展項目的制作。教師可以設計幾個簡單的項目任務，讓學生完成基于PLC的項目設計。項目不必過于復雜，但需要由學生完成任務分析、硬件選型、硬件接線、編程調試的全過程。有了全過程的參與和體驗，學生以后才能更好地融入與勝任實際的項目。為了完成這個環節的教學，在建設實驗室的時候，有必要在實驗室增設一個簡單的制作與設計區域，可以根據條件配置幾臺普通的實驗桌，常用的導線與工具即可。在必要的時候，建議專業教師可以與實驗室設備廠家共同完成實驗設備的開發與設計，以更好地適應教學需要。當然，最后需要教師根據課程實踐的三個環節，結合具體的實驗單元編寫出適合學生的實驗指導教程。

四、課程的考核

關于課程的考核，我們不能過多地強調哪一張試卷。對于實踐性很強的《PLC原理及應用》這門課程，既然重視實踐，那么也應該重視實踐環節的考核，才能更好地督促與引導學生的學習，不能將實踐與理論完全割裂。在教學過程中，嘗試將該課程的考核分成三個部分，以配合教學過程的各個環節。第一部分：課堂教學部分成績，主要針對理論教學的過程，考查學生的出勤，小組討論、發言的積極性，作業練習完成的情況，約占成績的30%；第二部分：實踐環節成績，主要針對學生在實驗、實訓過程中的表現進行考核。該成績由實驗過程表現、實驗結果檢查、實驗報告書寫三部分成績構成。在學生實驗、實訓中，整個過程是最重要的，教師在指導的過程中要監控學生的實驗參與情況并進行記錄，同時檢查實驗的最終結果。由于實驗是分小組完成，此部分既考核了個人，又考核了小組的協調配合。約占成績的30%。第三部分：期末的閉卷卷面考試。在出卷的過程中，可以選取平時強調的知識點進行考核，比如：基本概念性知識、簡單的編程設計、編程的注意事項等，宜簡不宜難，主要考查學生個人對基本編程知識的掌握情況，起到督促其學習的作用。

參考文獻：

[1]崔維群.可編程控制器應用技術項目教程[M].北京大學出版社，2013.

[2]王蕊.PLC原理與應用課程工學結合改革的探索[J].揚州職業大學學報，2009，（12）.

[3]廖常初.PLC基礎及應用[M].機械工業出版社，2010.