中職《PLC控制技術》的教學變革

姚坤福

（江蘇省溧陽中等專業學校，江蘇常州，213300）

0 引言

傳統的PLC教學中，程序的編程很枯燥，程序的調試往往輸入用按鈕代替，輸出用燈代替。為解決學與用脫節、理論與實踐脫節、教師與行業脫節的問題，現將本課程的傳統內容作出變革。旨在培養學生核心運用所學電工、機械、傳感、控制等方面相關專業知識與技能，掌握該專業培養目標設定的電氣控制運行與維修、電氣設備安裝與維護、PLC編程與調試等工作的高素質勞動者和技能型人才。弘揚精益求精的工匠精神，激勵廣大青年走技能成才技能報國之路。

1 課程模塊化整合

1.1 課程結構

立足于機電類行業工作崗位能力要求，遵循學生認知規律，打破傳統的學科課程體系，采取項目化教學形式對PLC知識與技能進行重新構建，突出技能的培養和職業習慣的養成，力求做到學做合一，理實一體。為此，我們以三菱FX系列PLC為樣機，選用GX編程軟件，依據實施性專業人才培養方案，并落實國家專業教學標準，優化整合課程體系，將課程整合為六個模塊，內容均來自企業的真實工作任務。從基本指令、步進指令到功能指令，由淺到深，層層遞進。

項目為模塊四。在文明城市的創建中，城市路燈管理職能部門將路燈的清洗和維護作業的任務交給企業，企業在已有的爬桿機器人基礎上聯合學校共同研發路燈養護機器人，最終促成了項目的形成。

1.2 模塊設計

以連續16學時的“路燈養護機器人的PLC控制”為例，它分為兩個項目。項目一完成爬桿機構的PLC控制。項目二各小組對爬桿機構實施功能優化，并根據本組的方案完成養護機構的PLC控制，最終實現路燈養護機器人。項目三為第二課堂，由企業老師在線授課，研究爬錐度桿機器人的PLC控制，實現課堂的延升和拓展。

2 教學模式與策略

2.1 教學模式

本課程授課對象為中職二年級機電技術應用專業，通過前面的學習，學生已經具備了PLC編程和調試的基本知識以及利用網絡學習平臺進行分析和解決實際問題的能力。學生在學習過程中喜歡動手實踐，樂于在情境中發現問題、思考問題，但對選擇性和并行性SFC編程和調試還存在困惑，系統裝調操作的規范意識亟需加強。

采用項目化教學模式，以產、學、研、用結合為途徑，滲透必須掌握的知識和技能，凝練精益求精的職業精神，塑造新時代綜合應用型人才。

2.2 教學策略

利用學校在“科研資源、師資力量”以及企業在“行業標準、設施環境”等方面的優勢，創建多維度、深層次、制度化的學習共同體，在企業導師與師生互說、互教、互學直至完成任務的過程中，企業產品優化推廣，雙師型教師精準培養，一專多能型學生技術熟練，也解決了社會關注的民生問題，有效促進了政、校、企三方的良性合作和共同發展：企業的產品獲得優化推廣，促進了學校培養雙師型教師，讓學生由學習者逐漸成為熟練的技術工人，政府也解決了關注的民生問題。

2.3 實施要點

2.3.1 以項目為導向的教學模式

課程的開發圍繞真實工程進行，在“雜亂無章”學習情境中培養學生的設計能力和問題解決能力，在看似“雜亂無章”的學習情境中找到一個抓手，引導學生進入一個看得見，摸得著的真實工程設計項目中，從而使學習過程清晰、有趣。

2.3.2 信息技術與課堂教學深度融合

（1）自開發仿真平臺，探究動作可行性

在“仿真調試”的任務中，學生通過自開發的仿真平臺進行虛擬演示，演示結果可形象展示機器人的動作，解決了流程圖抽象，學生不能自主判斷對錯的難點。如“項目一、任務一、認識爬桿機構”的學習中，學生分解上、下行動作次序，通過仿真演示，可以直觀看到流程圖轉化為機器人的動作演示，從而能直觀判斷其動作分解是否正確，避免了實物因受到重力作用而掉落造成損壞，實現了從動作到流程圖的轉換。

（2）SFC編程，清晰呈現編程思路

在“SFC編程”的任務中，學生通過GX軟件進行SFC編程，他們只需將仿真成功的動作流程圖添加上合適的轉移條件，程序就可以一步步往下執行。如“項目一 任務三 編程與調試”中，爬桿機構（上行）的單周期工作過程可劃分為手松→臂伸→手夾→腳松→臂縮→腳夾6步，轉移條件選擇可靠的閉環控制元件—磁性開關，機器人就可以實現上行。SFC編程還可以解決基本指令不允許多負載輸出的問題。這樣的方法能使編程者的思路更清晰。

（3）教學平臺，“線上”+“線下”有機結合

課前，學生完成教學平臺上預留的學習任務，平臺收集學情反饋給老師，以便老師掌握學情，適當調整教學內容。在任務實施過程中，學生可在平臺上參與“課堂測試”、“投票”、“動態分組”等活動。如“項目一 任務一 認識爬桿機構”中：老師在活動中發布程序段測驗，學生完成后提交平臺，老師在平臺上查看成績后針對性的進行分析，突破重難點。

如在“項目二 任務一 方案的設計與認證”中，在課前的實地調查及采訪后，學生匯報方案，各組根據功能的不同，在平臺上進行二次分組、上傳資料、組內組間相互評價，最后由企業導師點評。在這一過程中，各組營造共同愿景，組間尊重彼此差異，多樣的交流對話形式，創設了互動情境，師生共相互促進，共同提高。

（4）學習助手，自主探究解決問題

在“程序調試”的任務中，自開發的學習助手小程序，幫助學生解決程序的調試過程中遇到的問題。如“項目二 任務三 編程與調試”中：在調試過程中，電磁閥動作力度不夠，學生可以先在學習助手中查詢，自主探究解決問題，提高了學生理論應用于實踐的能力。

3 教學實施成效

3.1 提升學生編程與調試能力，促進職業素養的形成

本模塊學習以后，對學生的知識和技能提高具有顯著的正向影響，學生具備了PLC選擇性、并行性流程類程序的編程與調試的能力。通過來自企業真實的工作任務，學生完成了爬桿機器人的功能實現、硬件的改造以及路燈養護機器人的編程與調試，提升了學生的能力，促進了職業素養的形成。

圖1 課程項目組織流程示意圖

圖2 學生成績雷達圖

3.2 并行調試支持，突破了單線程引導的困難

本模塊中“調試環節”較為關鍵，學生完成功能的調試是本模塊的能力目標之一。傳統的實訓課堂，老師“一對多”，往往有時解決的都是簡單的問題?；谶@種原因，自開發了“學習助手”小程序，在發現問題時，學生可先在學習助手上查詢相關的資料，探索解決。此外，學生助手、老師也可以提供幫助。在這三者支持下，突破實踐課教師只能單線程引導的困難，提高課堂效率。

4 特色與創新

4.1 自開發仿真平臺，解決PLC編程中抽象、不可視等問題

自開發仿真平臺，為突破編程中的難點提供新的思路。比如：本模塊中對人類來說依靠神經、肌肉系統的協調很容易完成的爬桿動作，對機器人來說相當復雜，必須先將動作分解轉化為基礎動作后，才能進一步對其進行調控。由于學生缺乏對機器人動作的認知，通過仿真平臺，將分解好的動作按一定順序組合，虛擬演示，形象展示機器人動作，解決了流程圖的抽象問題，突破了學生不能自主判斷動作次序對錯的難點。

4.2 自開發教學機器人，培養學生創新工程能力

傳統的PLC教學相對繁瑣、枯燥，學生學習興趣不濃厚，尤其是程序的調試，往往輸入用按鈕或者行程開關代替，輸出用燈代替，直接導致了學與用脫節、理論與實踐脫節、教師與企業脫節。本模塊將企業原有爬桿機器人進行二次開發，設計出教學機器人。學生在學習的過程中，對教學機器人進行功能優化以實現路燈養護，為企業解決了實際問題。

如“項目一 任務一 認識爬桿機構”中，學生通過仿真平臺將機器人爬桿動作抽象成流程的算法。在“任務二 爬桿機構單步動作的編程與調試”中，用PLC編程語言實現流程算法，將仿真動作輸出到自開發的教學機器人，完成機器人的單步動作，極最大限度地調動與激發學生學習的積極性、創造性與主動性，培養學生自主拓展任務和拓展項目的創新意識，最終達到培養學生創新工程能力的目標。

4.3 自生長的教學資源,促進校企共同發展

項目實施過程中，學習助手小程序、仿真平臺、教學機器人、GX編程軟件等多種資源并行支持。例如：根據企業和學生反饋，老師對學習助手進行補充、完善，實現實時更新、動態成長，接軌企業需求、行業發展；通過教學平臺動態分組、在線測試等活動，形成過程性資料，產生教學評價，達成教學資源使用即生長。

在項目實施的過程中，勞動教育貫穿始終，幫助學生樹立正確的勞動觀念，培養學生奮斗、奉獻、創新、敬業的勞動精神。并將活動的主體交給學生，他們在探索的過程中，體驗到獲得感，成就感，培養學生的責任心和榮譽感，最終提升學生的勞動能力和素養。但在實際企業生產中，PLC編程技術是不斷進行更新的，所以我們應該不斷更新我們的教學理念，不斷更新我們的新技術，才能培養出適應時代的綜合型技能人才。