基于云平臺的《PLC應用技術》信息化教學模式探究

凌雙明，黃登紅

(長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124)

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基于云平臺的《PLC應用技術》信息化教學模式探究

凌雙明，黃登紅

(長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124)

針對PLC課程采用信息化的教學模式可以使課程改革更具體更深入,彌補傳統PLC課程教學模式的不足，大學城空間為信息化教學模式提供了快捷方便的云平臺，在云空間的背景下通過項目化仿真教學構建了師生之間的信息交換，為學生在課堂外提供課程學習資源和在線指導，提高學生的自主學習能力，對高職教育信息化課程改革有一定的借鑒作用。

PLC；虛擬仿真；信息化教學模式

信息化教育是以現代信息技術為基礎的新教育體系，包括教育觀念、教育組織、教育內容、教育模式、教育技術、教育評價、教育環境等一系列的改革和變化[1]。《PLC應用技術》采用傳統教學模式因存在學生難以理解、學習積極性不高從而導致學習效率低下等問題，如何利用網絡資源和大學城空間等云平臺改善學習環境和提升教學效果成為了信息化教學模式需要解決和探索的關鍵問題。

一、課程特點

PLC目前在工業控制領域中占有主導地位，它是一種針對工業環境下使用的工業控制器，由于編程容易、便于掌握、可靠性高，是一種應用非常廣泛的通用自動化控制裝置[2]。《PLC應用技術》課程是機電一體化技術專業的專業核心課程，培養學生的專業核心能力和綜合素養，通過學習該課程，讓學生具備使用PLC作為核心控制的工業系統設計與安裝調試能力。傳統的教學模式已經不能適應現代高職教育信息化發展的需要[2]。在教學模式上采用大學生空間作為信息化教學的載體，在教學中運用動畫演示、項目視頻仿真教學法,通過學習視頻后使用仿真軟件模擬練習操作，大大提高了學習效果，同時也能降低教學成本，提高學生的學習興趣和積極性。

PLC應用技術是機電一體化專業二年級學生的必修課，60課時。本文以理實一體項目化教材中的教學單元項目四——“傳送帶自動分揀系統的PLC控制”為例，從教學方法、教學手段和教學平臺三個方面進行介紹對信息化的教學模式進行探討和研究。教學方法可以采用做中教、做中學，任務驅動、項目教學等[3]。教學手段有動畫演示、情境仿真、視頻演示、信息檢索。大學城空間作為信息化教學云平臺。

二、教學策略

以空間為平臺教師上傳項目任務書、項目知識點、設備操作視頻、任務考核標準并在線答疑；學生下載學習資源在課后上傳技術文檔。

教學過程分為課前、課堂、課后行為。教師在課前上傳學習資料，學習下載資源附件完成課前作業進行課前預習，并與教師在空間互動交流。課堂行為包括：前45分鐘以教師授課為主，進行任務分解知識點解析，方法采用案例分析、動畫演示、解析要領。后45分鐘以學生自主學習完成任務為主，教師從旁輔導。課后學生完成作業上傳教師空間，教師評閱后與學生進行交流互動。

整個教學策略以探究性學習法為主，包括創設情境、啟發思考、自主探究、協作交流、總結提高五個環節。在自主探究的過程中，教師指導學生使用網絡下載虛擬軟件等學習工具進行探究。

三、實施過程

具體實施過程分為以下八個階段：知識回顧、情境導入、任務分析、知識認知、討論互助、虛擬仿真、實踐操作和協同作業。學生通過教材查閱、登陸空間作業和下載教案完成基本指令、基本回路接線、經驗設計法的回顧。而后進入教師空間在教學單元子欄目下觀看網絡鏈接了解國際機場的行李分揀系統如何工作，在觀看時思考問題：龐大的地下分揀系統是采用什么進行控制。完成情境導入的重要環節后，引發學生自主探究的強烈好奇心，教師給出本單元具體任務：按要求設計PLC控制傳送帶的自動分揀系統。進入任務分解，學生以小組形式圍繞三個核心問題展開討論，通過網絡在線檢索、翻閱文獻、閱讀教材獲得知識點。學生進入教師空間的“正反轉控制”動畫演示欄，通過反復操作虛擬按鈕掌握硬件接線和軟件編寫方法，到達知識認知的目的，進而思考如何拓展至本單位的任務——“傳輸帶的自動控制”。接著每組成員進行分工協作，通過學生之間的“交互式指導”過程，最后得出完整的技術文檔：I/O分配表、硬件接線圖、梯形圖程序。

在第六階段學生將梯形圖程序下載到虛擬軟件運行后驗證程序的正確性，虛擬解決任務；然后在實訓室分組將程序下載到PLC，連接好外圍設備以后進行聯機調試通過實踐解決任務。最后是學生按組將技術文檔在充分討論后上傳空間，在上傳傳以前進行協同作業。同時也可以觀看教師發布在大學城空間的優秀作業案例，從而啟發學成提高完成作業的質量。

四、評價反饋

學生成績由完成作品情況(即基于績效的評估)、上傳至空間的技術文檔(即作業評估)、學生自評和小組互評成績組成。在學生按教師要求將這些內容上傳空間以后，教師會在空間及時發布學生的綜合成績并進行點評，學生可通過在線查閱，了解學習效果和動態，并與教師保持溝通交流起到反饋教學效果的作用。學生所用的過程性考核評價表由教師空間提供，學生在課前下載。

教學設計的創新點包括：虛實一體，強化動手能力，視頻、動畫、仿真全方位信息化；突破重點難點；虛擬軟件反復練習，經濟、便捷，快速提高教學效果。通過教評系統測試發現學生滿意度明顯提高，在學習興趣、自主學習、自主動手能力和學習成績上，相對于傳統教學來說，采用信息化教學后三方面均有明顯的提高。

五、信息化項目仿真教學法舉例

校企合作開發仿真軟件涵蓋三大機電一體化專業核心能力模塊：液壓與氣動技術、電氣裝調與維修和PLC應用技術，PLC模塊可支持西門子、歐姆龍、三菱等多種主流型號的PLC進行仿真教學及訓練，下面以西門子S7-200“傳送帶自動分揀系統的PLC控制”仿真為例來介紹PLC仿真項目的應用。

(一)西門子PLC梯形圖程序編輯與仿真

首先從大學城空間下載校企合作開發的機電一體化仿真系統到學生電腦上，完成系統安裝后從可編程控制器模塊中進入PLC電氣控制系統仿真軟件，在元器件選擇區選擇添加以西門子開頭的PLC，在PLC中右擊選擇“新建程序”進入西門子PLC程序編輯視圖，進入程序后，即顯示程序主界面，操作方法與microwin step7 V4.0編程軟件基本相同，關于梯形圖編輯，軟件參照西門子公司的microwin step7軟件。梯形圖編寫完成后，對程序進行全部編譯檢查語法錯誤，發現錯誤后修正直至錯誤數為零。

(二)西門子PLC控制電路的搭建

首先選擇編輯模式后從左側資源庫內選擇添加一個西門子200型號的PLC，從常用電壓電氣元件庫繼續添加控制電路和主電路搭建所需要的元器件并對元器件的屬性進行規格設置，即可完成對所有元器件的選型。接下來將元器件進行電路連線搭接，在電路連接完成以后需進行電氣線路測試，檢查有無短路和斷路情況。將通過編譯后PLC控制程序(梯形圖或STL語句)下載到虛擬PLC后即可開始仿真。電器元件的選型如圖1所示。

圖1 電器元件的選型

(三)PLC控制電路仿真測試

在機電控制仿真平臺上，可以實現電路的仿真測試。首先合上主電路和控制電路的空氣開關，按下啟動按鈕觀察交流接觸器的吸和情況以及電動機的轉速和轉向，驗證項目所要求的功能是否實現。如不能實現或不能完全實現則進行仿真調試。調試方法為：先觀察虛擬PLC上的輸出點有無點亮，如果相應輸出點有輸出則說明是電路連接錯誤(即硬件錯誤)；若相關輸出點沒有輸出，則證明梯形圖程序編程出現錯誤(即軟件錯誤)。所有功能測試后均可實現則說明項目已完成。項目搭建完成后的控制系統仿真界面如圖2所示。

圖2 PLC控制系統仿真界面

(四)程序和電路圖上傳

通過空間將測試完成的程序導出后與電路圖截圖一起作為該項目的技術文檔上傳至教師空間，教師可以將技術文檔的正確性和完整性作為項目考核的依據之一。同時學生也可將文檔上傳至“我的教研苑”與同學分享經驗和技術交流，通過不同的思路得到不一樣的編程方法，促進學生進行程序優化和提高編程能力。

六、結束語

PLC作為機電類專業的核心課程尤為重要，傳統的教學模式存在教學效果欠佳、學生的動手能力和編程能力不足等一系列問題[4]。針對本門課程的信息化教學模式則可填補傳統教學方式的缺陷，解決學生對指令理解困難，項目應用能力欠佳的問題，使編程能力和教學效果得到快速提高。大學城空間海量的學習資源和交流工具為學習提供了廣闊的途徑，解決了時間和空間的限制，大大提高了學生的學習積極性，同時也使教師的輔導過程變得簡單便捷有效[4]。大學城空間信息化教學研究對高職高專的教學模式改革具有參考價值。

[1] 羅文，朱國軍，王文杰. PLC控制系統分析與實踐課程教學做一體化教學模式的實踐與探索[J].長沙航空職業技術學院學報,2011,(4):17-20.

[2] 姚慶文，丁輝. PLC 課程的項目教學設計與實踐[J].常州輕工職業技術學院學報,2009,(12)：81-83.

[3] 黃恭偉. 基于MCGS的PLC仿真教學研究[J].滁州學院學報，2011,13 (2)：125-126.

[4] 彭小平. 教學做一體化及項目教學法的探討—以《電氣控制與PLC應用技術為例》[J].軟件技術導刊，2014,(9)：13-15.

[編校：張芙蓉]

Research on the Informatization Teaching Mode of "PLC Application Technology" based on Cloud Platform

LING Shuangming，HUANG Denghong

(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College,Changsha Hunan 410124)

According to the fact that the teaching mode of information of the PLC curriculum can make the curriculum reform more in-depth and make up for the deficiency of traditional PLC course teaching mode,the paper proposes university city space provides convenient cloud platform for informationized teaching model. The information exchange between teachers and students is constructed through the project based simulation teaching in the context of cloud space,which provides the students with the curriculum learning resources and online instruction so as to improve students' autonomous learning ability. It can be used for reference in the reform of higher vocational education informatization curriculum.

PLC; virtual simulation; information teaching mode

2016-05-11

凌雙明(1983- )，女，講師，工程碩士，研究方向為PLC、機電一體化技術。

本文為2015年長沙航空職業技術學院院級課題“基于云平臺的《PLC應用技術》課程教學模式研究與實踐”(編號：YC1505)階段性研究成果。

G712；TP273-4

A

1671-9654(2016)03-031-04