“PLC控制技術(shù)”課程融合“教學做”的教學探索

曾新然

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學院 電氣工程學院，廣東 韶關 512126）

PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，是集成了微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)等新技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置.具有抗干擾能力強、穩(wěn)定性高、應用領域廣、設備體積小、便于組裝等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)中的地位十分重要［1］.

PLC控制技術(shù)的發(fā)展以及在工業(yè)自動化生產(chǎn)方面的應用范圍不斷擴大，涉及邏輯和位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)以及計算機集成制造系統(tǒng)等領域，是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)機電設備自動化控制的支撐技術(shù)之一［2］，也是高職院校機電類專業(yè)學生必須掌握的一種核心專業(yè)技能［3］.“PLC控制技術(shù)”課程主要學習內(nèi)容包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編程語言、編程方法以及在工業(yè)控制應用中的系統(tǒng)設計、軟件設計和調(diào)試技術(shù)等.學生對該課程理論知識的掌握和靈活運用，將直接影響其核心技能水平能否達到現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)相應工作崗位的要求.本文總結(jié)目前“PLC控制技術(shù)”課程教學中的問題，提出融合“教學做”理實一體化的教學模式，以提高該課程的教學質(zhì)量.

1 “PLC控制技術(shù)”教學中存在的問題

現(xiàn)代職業(yè)教育視閾下的高等職業(yè)教育，主要培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才.因此，人才培養(yǎng)過程與普通教育不同，既要符合認知學習的規(guī)律又要滿足職業(yè)能力逐步提升的成長規(guī)律，在這個過程中應始終關注如何促進學生思維的發(fā)展，認知學習與職業(yè)能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的高度統(tǒng)一.目前一些高職院校在人才培養(yǎng)過程中傾向于理論教學為主，實訓教學為輔，仍沿用傳統(tǒng)的課堂教學模式，按部就班孤立的進行理論教學（專業(yè)基礎課、專業(yè)課）加技能訓練，這樣無形中將理論教學與實踐教學，專業(yè)知識與技能培養(yǎng)割裂開來，其結(jié)果是學生理論知識學不透，技能水平提不高，難以實現(xiàn)高技能人才培養(yǎng)的目標.

在以往的“PLC控制技術(shù)”課程教學過程當中，理論教學與實踐教學分開進行，例如在基礎教學階段中介紹常開常閉觸點時，學生往往難以建立起開、閉觸點的概念，難以理解具體的編程語言，在介紹具體的編程要求時，如基礎的紅綠交通燈控制，單純的文字描述過于冗長且復雜，對于剛剛接觸PLC編程的學生很難理解編程運行狀況，更無法將其與具體的編程內(nèi)容聯(lián)系起來.因此，孤立的理論教學部分所講述的編程基礎知識和方法，學生在課堂上難以理解和應用.

同樣，實訓教學主要以各種實例編程為主，讓學生根據(jù)實訓項目的要求進行編程，接線以及調(diào)試，需綜合運用所學的PLC相關理論知識.由于前期理論教學與后續(xù)實踐教學沒有進行融合而是相互獨立，學生只知其然而不知其所以然的被動做實訓項目相關的內(nèi)容，無法完整地對整個課程體系進行有效的學習.

2 構(gòu)建理實一體化教學模式

我國著名教育思想家陶行知先生早已提出了“教學做”合一的教學理論［4］，將這一理論運用到現(xiàn)代職業(yè)教育當中，在高職院校實施基于工作過程系統(tǒng)化課程及體系教學活動中［5］，可將“教學做”合一的教育思想拓展理解為高等職業(yè)教育3大要素“教學做”相互融合，實現(xiàn)“教學做”合一的教育思想理念.在高等職業(yè)教育中“教”與“學”最終的目的是為了學生的“做”，“做”是體現(xiàn)高技能人才的關鍵因素，“教”與“學”均圍繞“做”展開一系列的教學活動，才能更好的體現(xiàn)高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)過程的核心教學思想.

將理論知識和實訓項目內(nèi)容有效的融合，理論教學以必須、夠用為度［6］，以滿足高技能人才培養(yǎng)所需的理論基礎為原則，在理論教學中貫穿實踐內(nèi)容，在實踐教學中進行理論講解，通過實踐加深對理論知識的理解和掌握，再用理論指導實踐促進技能水平、綜合能力的提升，兩者相互循環(huán)促進，實現(xiàn)知識對技能的轉(zhuǎn)化，技能對知識的運用，不斷提高學生的理解能力、學習興趣，提升學生的邏輯思維、應用和創(chuàng)新能力.

理實一體化教學模式將“教學做”有效地融入到理論和實踐教學當中，在“教”中“做”，“做”中“學”，“做”中“教”［7］這一過程中，學生可以現(xiàn)學現(xiàn)用并且通過實驗實訓觀察理解編程語言的邏輯關系，進一步加深對課程知識的理解和運用.編程運行正確與否，即時體驗真?zhèn)螌﹀e，出現(xiàn)問題用“做”中“教”的方式及時糾正，彌補理論知識方面的欠缺.

在這一教學過程中，教師與學生形成了交流互動的良好學習氛圍，提高了學生的學習熱情，學生會主動提出一些積極的拓展性想法，如，若控制要求改變，程序如何調(diào)整變化等等.不但提高了學生對課程學習的興趣，同時激發(fā)了學生的求知欲和探索精神，還培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維.這種教學模式深受學生的歡迎，到課率和學習效果均有較大的提升.

3 理實一體化教學模式的運用

3.1 課程內(nèi)容介紹及要求

“PLC控制技術(shù)”課程主要以西門子公司旗下S7-200系列為例，學生需掌握基本工作原理和基本指令的使用以及PLC系列設備的編程思維和方法，能繪制并正確完成PLC的I/O接線，能根據(jù)控制要求設計控制程序，進行實物系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試，最終達到控制要求，實現(xiàn)用PLC完成邏輯控制任務.

課程中根據(jù)現(xiàn)場不同的控制工作要求如何編程是課程的重點，建立和培養(yǎng)好學生編程邏輯思維，即使型號不同，編程語言有些差別，但是邏輯關系和基礎知識是相通的，學生可融會貫通，在今后的工作崗位中，對于不同型號的PLC設備編程也能較快掌握和靈活運用，同時對其他編程類課程也有觸類旁通的效果.針對理實一體化教學的特點，筆者將原有的PLC理論部分的教學大綱重新規(guī)劃，將實訓課程與理論課程合理交叉融合，針對不同部分的理論教學，安排相應的實訓任務.

3.2 課程教學任務安排

“PLC控制技術(shù)”課程總學時數(shù)為78學時.運用理實一體化教學模式，對課程教學進行分階段目標設計［8］，共設計了8個學習情境，從易到難，簡單到復雜，循序漸進安排學習情境，逐步培養(yǎng)學生建立起理論知識結(jié)構(gòu)、應用技能、分析問題和解決問題的能力.部分學習情境的知識目標和技能目標見表1.

“PLC控制技術(shù)”課程經(jīng)過學習情境1~7的理實一體化課程教學，學生已經(jīng)基本掌握了PLC相關理論知識和相應的技能，如何學以致用，深化理解能力，進一步提升專業(yè)能力和技能水平，本文選擇學習情境8為范例，進一步闡述“理實一體化”教學模式的運用.

（1）學習情境8：工件自動分揀系統(tǒng)

工件自動分揀系統(tǒng)功能及要求：在上料、傳送、放料3個子系統(tǒng)基礎上構(gòu)建工件自動分揀系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可自動分揀不同物品并將其放置在指定位置上.完成該系統(tǒng)的知識目標、技能目標，詳見表1.學習情境8的實施，學生已進入了獨立實訓項目的訓練階段.

表1 各學習情境知識技能目標一覽表（部分）

（2）以任務驅(qū)動完成實訓項目

學習情境8以任務書的形式［9］下發(fā)給學生進行獨立實訓項目的訓練.工件自動分揀系統(tǒng)任務書主要內(nèi)容：系統(tǒng)的基本功能及要求，所要達到的知識目標和技能目標，學生需完成方案設計等6項具體工作任務，詳見表2.學生拿到任務書后，先了解項目的任務描述，明確任務要求，教師提出引導性意見，例如在方案設計時在滿足系統(tǒng)基本功能要求的基礎上，鼓勵學生有創(chuàng)新或特殊設計，并提出需思考的問題以及完成任務要進行哪些知識準備，如何查閱參考資料等等.以任務為主線，通過任務驅(qū)動來引導學生自主學習，并根據(jù)學生前期的學習情況，以優(yōu)帶差，3~4人組成一個項目小組，確保每名同學都夠積極參與.

表2 項目考核內(nèi)容及考核標準

實訓準備階段期間，教師引導學生積極探索，以小組為單位通過網(wǎng)絡、書籍等方式自行查找、收集相關資料，對自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、工作流程以及工作現(xiàn)場狀況進行綜合分析研究，并利用學校實驗實訓室現(xiàn)有設備，在3大模塊子系統(tǒng)（上料，傳送，放料）基礎上制定和優(yōu)化方案.每個小組要完成工件自動分揀系統(tǒng)所需的其他模塊設計、接線、調(diào)試和實際運行等任務.系統(tǒng)完成度越高，錯誤率越低，分揀系統(tǒng)的準確度及效率越高，系統(tǒng)才具有工業(yè)應用價值.

3.3 “教學做”合一的要素組合

在以任務為主線的教學過程中，鼓勵學生積極參與教學活動，引導學生將被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃忧笏鳎鲃舆M步，完成實訓任務.在理實一體化教學過程中，“教學做”3要素的融合有6種組態(tài)原型［10］：“教中學”“教中做”“學中教”“學中做”“做中教”“做中學”.根據(jù)實際教學目標和學習情境8的項目任務特點，筆者側(cè)重于“做中學”“做中教”這種要素融合，強調(diào)學生在“做”的過程中，融入“教”與“學”的要素.根據(jù)學生“做”的狀況，發(fā)現(xiàn)問題開展有針對性的“教”與“學”活動來解決問題，形成“做”中有“教”有“學”這樣一種高等職業(yè)教育氛圍，并通過“做”反饋“教與學”存在的問題從而進行及時調(diào)整，進一步提升“做”的能力.避免了理論教學和實訓孤立分開的弊端，提高學生的學習興趣、認知能力和技能水平，這樣更有助于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維.

3.4 充分調(diào)動學生自主學習的積極性

理實一體化教學模式的任務驅(qū)動教學，激發(fā)了學生學習的主動性、積極性，學習的熱情被充分被調(diào)動起來.學生思維活躍，許多學生在制定方案中提出了富有創(chuàng)造性的想法：在原來的系統(tǒng)基礎上加入報警系統(tǒng)，例如在上料倉空倉時進行提示；根據(jù)料盤中的物料達到上限時，設置對應的指示燈進行提醒；報警系統(tǒng)作用時停止循環(huán)分揀，直至問題解決，按下對應按鈕解除報警狀態(tài)后才可重新開始分揀工作等等.有的學生還加入人機界面控制，分揀系統(tǒng)不僅可以通過外部按鍵控制，還可以通過觸摸屏進行操作；在觸摸屏界面中添加料盤及指示燈畫面，通過畫面可以實時觀察當前分揀工作的進程，例如料盤當前放置的物料個數(shù)以及位置等等.

好的方案是成功的開始，每組確定好方案后，學生先“做”，根據(jù)方案設計，編程、選擇器件和外部接線，最后進行下載調(diào)試.對學生編程當中出現(xiàn)的問題，教師在現(xiàn)場及時通過“做中教”“做中學”相融合的方式進行解決.

3.5 在“做”的過程中常出現(xiàn)的問題

在項目完成過程中，一些學生對PLC指令理解不透，在設計程序或調(diào)試控制程序時容易出現(xiàn)偏差，使得系統(tǒng)達不到運行要求，主要表現(xiàn)在：將金屬與塑料的物料混雜在一起，無法通過程序控制將兩種物料區(qū)分；機械手還未將物料放置到料盤的指定位置，料盤卻自行轉(zhuǎn)動回到原點位置等等.

針對學生在“做”的過程中出現(xiàn)的這些問題，教師需對相關指令深入講解，幫助學生分析程序上的漏洞，通過對工作原理的詳細解釋引導學生自己不斷完善程序.教師在“做中教”，學生在“做中學”“教學做”相互交替融合，形成了教師與學生互動的良好局面.加深了學生對基礎知識的理解和運用，培養(yǎng)了學生的分析問題、解決問題的能力，提高了核心技能水平，更重要的是學生學習的主動性、積極性和求知欲有了很大的提升.

3.6 效果及項目考評

學生小組獨立完成編程、接線、調(diào)試和系統(tǒng)運行后，進行展示解說［11］，就系統(tǒng)性能能否滿足所制定的方案要求、有無特殊或創(chuàng)新點、能否達到所設定的預期目標值等方面進行說明，并對該組完成任務情況，按照任務書中制定的項目考核內(nèi)容及考核標準進行考核.

學生先根據(jù)項目考核內(nèi)容及標準進行自評，讓學生轉(zhuǎn)換角色，對系統(tǒng)設計，項目實施以及存在的問題進行自查、反思，對任務完成情況自評成績，小組內(nèi)成員之間互評，在此基礎上教師給出評價意見和分數(shù).學生自評分、小組成員之間互評分以及教師評分，3組評分以20%，30%，50%的比例合計為每位學生在該實訓項目的總分，見表2.

在該項目的實施過程中學生全程參與方案設計、程序編制、外部接線、調(diào)試運行和評價，實現(xiàn)了理論和實訓教學內(nèi)容相通互融，相互印證的良好教學效果，進一步提升了學生編程能力，應用能力和解決實際問題的能力.一方面具體的任務項目有利于激發(fā)學生的學習動力和興趣，另一方面直觀的系統(tǒng)運行結(jié)果讓學生更加了解各邏輯指令在編程當中的運用，系統(tǒng)運行成功增強了學生的榮譽感和成就感，在今后的工作中更加自信.

4 結(jié)語

“PLC控制技術(shù)”課程作為機電類相關專業(yè)的重點課程，因其系統(tǒng)性、實踐性強，需要學生有較好的邏輯思考和理解能力.因此，孤立的理論教學和實踐教學會使理論和實踐脫節(jié)，與實際應用脫節(jié)，學生很難系統(tǒng)的掌握課程知識，應用能力和技能水平也難以提高.采用理實一體化教學模式，將“教學做”有效的進行融合，把理論學習與實際操作緊密結(jié)合，發(fā)揮理論與實踐教學相互促進的積極作用.在3要素當中，“教”與“學”是圍繞學生會“做”開展教學工作，在“做”的過程中出現(xiàn)問題，再通過“教”和“學”解決，使得學生“做”的更好，從而提升知識、技能水平.在實施理實一體化教學模式教學過程中，調(diào)動了學生學習的熱情，提高了學習的興趣，增強了對理論知識的理解和應用能力，進一步提升了學生的實踐能力、綜合素養(yǎng)和技能水平，收到了良好的教學效果，得到了學生們的好評.