基于PLC應用技術課程信息化教學改革研究

姚 燁

（安徽工業經濟職業技術學院 安徽 合肥 230051）

0.引言

可編程控制器（Programmable Logical Controller，下文簡稱PLC）控制技術是我國高等院校電氣、機電類專業必修的一門課程。 該課程主要介紹工業自動化市場上主流的一些PLC 廠商產品的應用， 是一門理論和實踐結合緊密的課程。 由于該課程涉及行業應用的廣泛性、項目內容的多樣性和趣味性，受到了廣大的電氣、機電類學生的喜愛。

信息化教育，是以現代教育思想和理論為指導，運用現代信息技術，開發教育資源，優化教育過程，以培養和提高學生信息素養為重要目標的一種新的教育方式。由于信息化手段的多樣、技術的進步，使得教學更加直觀易懂，比起單一的課堂板書講授更受學生的歡迎，也使得教學課堂從傳統意義的教室搬進了實驗室、會議室，甚至是學生宿舍里。 “翻轉課堂”“慕課”“微課”等新興概念相繼涌現，充分表明信息化教學是當今教育教研領域最為活躍的一塊陣地。

如何將介紹PLC 應用的課程講授與信息化教學相結合， 既能夠將課程的內容和特色展現的淋漓盡致，又能夠更進一步的提升學生的學習積極性和效率，這是擺在所有電氣、自動化、機電類專業老師眼前的一個問題。

1.課程與信息化教學的結合點

PLC 應用技術的課程內容主要包括產品選型、硬件電路、軟件編寫、實際項目應用四個方面。

（1）在產品選型方面，目前市場上PLC 廠商約有100 多家，最主流的廠商約有10 家。受限于高校教學的實際教學條件，無法將這些廠商的所有產品一一搬到課堂上來讓學生親手觸摸。 但是通過3D 建模和VR 技術，可以使這些產品栩栩如生的呈現在學生面前。 這種沉浸式體驗使得學生可以親身體驗到產品的外觀、特性，而這些內容僅僅靠講授或者播放幻燈片是根本無法達到的效果。

（2）硬件電路和程序編寫方面，一般課程內都會安排相應的實訓操作環節，既能達到理論驗證的目的，也能提高學生的動手能力和興趣。 在硬件的電路設計環節，可考慮引入eplan 或者elecworks 等電氣設計軟件做一套電路設計的實訓環節，讓學生從整體上對系統的設計有一個總的把握，同時與實際行業的工作崗位對接，其設計圖既可保留電子版也可打印出來作為成績考核的紙質評定依據。

在系統聯調的環節，一般傳統的做法都會配備實訓指導書，可以考慮充分利用學生的手機播放實訓指導視頻，邊看邊做，大大提升實操的實時性和錯誤，而且將手機作為實訓課上的工具也杜絕了學生玩手機的可能性。

（3）項目應用方面，考慮到提升學生的綜合應用能力和實際工程技能，一般會安排課程設計環節。 常見的一些綜合性的PLC 應用案例項目包括：《恒壓供水控制系統設計》、《自動洗車機控制系統設計》、《果蔬自動收獲及自動分選系統設計》、《劇院舞臺道具、大幕和照明控制系統設計》、《智能建筑內的空調、泵機、照明、緊急發電控制和安全監視》等。對于這些項目，學生多數用過或見過卻沒有實際了解其內部原理。這就需要將實訓室搬到線上，借助一些虛擬仿真的實訓平臺，我們可以模擬出這些項目的運行狀況，使學生有直觀認識，再通過逆向研究，從而實現課程設計所要實現的目標。

除此以外，通過參加一些教儀展或制作比賽，讓學生通過網絡收集信息、確定方案、設計系統、確定預算、采購器件、安裝編程、現場調試等一條龍下來，將會非常有效的提升學生的信息化利用技術水平和承擔項目開發的能力。

2.信息化教學的資源條件

課程教學的信息化需要硬件和軟件的配套，主要需求的一些條件包括以下一些資源：

（1）高速的校內網，大致架構如圖1 。考慮到部分環節音視頻的傳輸，校園內主干網絡的帶寬不應低于1800Mbps(教育網1000Mbps、、移動網700Mb)，各教學樓、實驗樓和學生宿舍的帶寬不低于100Mbps。無線網絡介入接入需要盡可能采用多個AP-135 接入點，足以覆蓋全部校園教學區域的樓層。

圖1

（2）豐富的數字化課程資源。 主要包括視頻、課件、題庫等教學資源，作為高校教師本身應具備制作電子課件、試題庫的能力。當然針對某些校級、省級和國家級的精品開放課程也可以考慮與專業的多媒體技術公司合作，由負責課程的老師提出想法和思路，由公司負責做出動畫課件和教學視頻。例如，針對《PLC 應用技術》這門課程，我們與主要廠商之一的三菱電機自動化（中國）有限公司合作，推出了融教學、仿真和測試于一體的資源平臺“MELSEC E-learning 教學平臺”，如圖2。其他行業大咖，諸如博世力士樂、西門子自動化與驅動、匯川自動化等公司均有各自的一套線上課程和培訓體系，可以考慮借鑒引入或結合各校的實際情況共同開發。

圖2

（3）切合學生實際使用的終端設備和平臺。目前高校大學生所擁有的筆記本電腦和臺式計算機已較為普及，此外各類移動智能終端設備也極大的豐富了學生在線學習的手段。除去傳統的Web頁面所支持的網上教學平臺，新興的騰訊課堂、微信課堂等基于移動終端的教學平臺已成為信息化教學的發展趨勢。 未來伴隨著碎片化教學、翻轉課堂等理念的推廣，必將成為信息化教學的熱點并持續數年。

（4）結合當前主流虛擬實驗實訓的需求，開發可以支持遠程訪問的實訓平臺。 目前臺灣地區高校已有通過本地化的程序編寫、下載和調試的實訓一體化軟硬件，可是受各方面條件所限，并沒有將其實現遠程操作。大陸地區只有天津大學和三菱電機自動化合作設計了一條啤酒柔性制造生產線，開放給研究生做課題。

遠程實驗實訓的一套流程因為人員并不在實驗實訓現場，因此硬件部分是無法實際動手操作的，這也對實訓室的硬件信息化提出了更高要求。 但是在硬件部分都逐步邁向標準化之后，大部分的工作由軟件來完成，這樣一來就簡化了投入的成本，并能將實訓的平臺開放給更多學生使用，惠及面更廣。

此外，伴隨著工業機器人逐步的進入低端應用市場，走入實驗實訓室是遲早的事情。通過遠程控制機器人來實現對硬件的調試和調整也并非是異想天開，人機協同工作（圖3）甚至是直接使用機器人代替人工來具體操作硬件設備從技術水平上看都是可行的，只是目前這樣做成本仍舊太高。

圖3

3.結語

根據教育部連續頒布的2014、2015 和2016 年《教育信息化工作要點》和《職業教育與繼續教育工作要點》安排，信息化教學已被作為教育教學中提高教育質量和效率，形成適應信息社會要求的新教育模式。 作為高校教師在面對信息化教學的大潮到來之際也應當積極應對，提升自身的信息化教學能力,開發出更符合學生學習習慣的課程。