基于PLC 實訓項目的職業學校教學儀器自制與應用

顧加亭

無錫機電高等職業技術學校 江蘇省無錫市 214000

1 自制教學儀器的背景

在科學技術的快速發展下，現代教學儀器的種類發生了翻天覆地的變化，但有時卻因其復雜的功能而喪失了每個任務之間進行設備改造的可能性與靈活性。基于此，教師為了在教學時對課程設計進行進一步的補充和完善，往往需要通過自行研制教學儀器或者設備。總之，在對教學儀器進行自制時，“雙師型”教師需要將自己實際的教學需求與發揮主觀創造性相結合，以達到教學需求、教師能力以及學生能力三方面的均衡發展。

對于剛開始接觸可編程序控制器（Programmable Logic Controller， 簡 稱PLC）的中職學生而言，不可避免的會接觸到一些具體的PLC 應用問題，比如彩燈控制系統、PLC 控制電動機實現正反轉的功能和三相交流異步電動機Y-Δ 降壓啟動控制系統等。而在后期深入的學習過程中，這類學生將要面臨電工職業資格的中高級鑒定，不可避免的會接觸到一些較復雜的應用問題，例如十字路口紅綠燈問題和運料小車自動往返控制系統的設計問題。以上問題是學習PLC 的學生所要面對的實訓項目。教師需要將以上較為復雜和抽象的實際問題，通過某種具體的演示過程，促使學生對某些抽象問題進行形象化。

職業教育是與普通教育有所差別的一種類型教育，在職業教育的過程當中，要始終堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，多措并舉打造“雙師型”教師隊伍。教師的發展即師資隊伍建設不僅是提高教育質量的核心力量，并且是職校發展的重要戰略內容。目前，職業教育大多數教師具有較高的思想政治素質、優良的職業道德、扎實的理論知識和較強的專業實踐能力，可以將思想政治工作有效融入專業課教學，激發學生學習興趣。因此，為了進一步提升職業學校教師的綜合能力，需要同時將思想政治工作、理論知識與專業技能這三個方面進行有機結合。職業院校的“雙師型”教師需要帶領學生在理論學習的基礎上，針對實訓項目進行實際操作以鞏固理論知識和提高學生的學習興趣。在此情況下，不僅能夠達到更好的教學效果，而且可以提升“雙師型”教師的專業技能與學生的動手能力。

2 自制教學儀器的意義

本研究不局限于服務教學和科研，而是為社會培養所緊缺的應用型人才。在自制教學儀器的過程當中可以充分發揮實驗室的實訓設備使用率，進一步提高“雙師型”教師的工作積極性，同時還能改善實訓儀器設備維修保養的困難和節約實訓室的建設成本，都具有較為深遠的經濟影響和社會效益。自制教學儀器設備主要有以下意義。

（1）改變實驗室完全依靠購買外來實訓設備的現狀，自制具有教學特色的儀器設備，打造教學特色實訓室。在自制儀器設備的過程中，培養了學生愛勞動，愛惜教學設備的行為習慣，對實訓室儀器設備的維修保養情況具有較為重要的作用，可以進一步形成更加完整與規范的儀器設備保養維修體系，為實訓教學效率的提高和儀器維修費用的節約具有深遠的影響。

（2）創新教師隊伍，自制儀器設備可以調動實驗教師的工作積極性、提升技術水平并且穩定實驗室隊伍，最終可以促進“雙師型”教師的在思政，理論知識和專業技能這三個方面的全面發展。

（3）改善傳統以教師為主的教學方式，有利于樹立以學生為主體的實驗教學模式，自制儀器設備根據實驗結果倒推出實驗過程，讓學生深刻思考如何完成實訓設備的設計，需要用什么設備去完成相對應的任務，甚至能不能設計更為簡單合理的實驗設備完成實驗。如此模式有利于消除學生對實驗的神秘感，激發參與實驗的興趣，有利于培養學生的動手能力。

3 自制教學儀器運用于實訓教學的方式和途徑

教學設備制作完成不僅僅是作為簡單的展示或者普通的教學設備，而是在自制教學設備時，需要特別注意將其運用于實踐教學的教學模式。該模式應以學生為中心，教師為輔的教學模式，此方式不僅可以充分發揮職業學校學生的主觀能動性，將專業理論知識與實踐進一步相結合，以培養學生學習電氣自動化專業的興趣，而且可以共同提高“雙師型”教師實踐能力與職校學生的動手能力。如何將自制設備更好地運用在實訓教學，主要有以下幾個方面。

3.1 構建合理的實訓教學課程體系

在職校的實訓教學體系當中一般包含基礎性實訓和專業性的實訓，而將專業性的實驗的課程課時比例應當高于60%及以上總的實訓學時是相對較為合理的安排。而專業性實驗的要求是相對較高，在此過程中學生的理論知識與動手能力都是極為重要的。在此基礎上，需要學生組建自己的團隊對任務提出問題、設計任務方案、分析任務和解決問題等一系列步驟。任務失敗有時是不可避免的問題，所以目前傳統的實訓教學方法已不能適應如此較高的要求。針對以上問題，可以采取具體的方法如下：

（1）針對在動手能力與理論知識學習能力資質一般的學生，在進行專業性實訓時，指定特定的指導教師，根據教師在現有的儀器設備特定的情況下，學生完成專業性實訓的任務；

（2）對于動手能力較強能夠專業技能大賽項目的學生來說，在完成其專業性實訓的指導教師一般由該項目的指導教師擔任，而學生將對應項目結題的必要條件就是需要完成該時間段內的實訓任務并且至少親自制作完成一件相應的儀器設備。

自實施該方法以來，本校的學生不僅對電氣自動化專業產生了濃厚的學習興趣，動手能力還取得了質的提高。

3.2 結合理論教學和實訓教學

理論教學和實訓教學應是相輔相成的關系，在職業教育課程當中他們關系緊密，互相支撐。而在傳統的教學模式里，理論教學一般由純理論教師承擔，而實訓教學任務由純實訓指導教師完成，這樣就會導致理論與實際操作出現較大的偏差，使學生無法更好的適應未來的工作環境。因此目前培養“雙師型”教師是迫在眉睫的事情，即不僅可以講授理論知識還可以完成實訓課程的安排，也就是無論是在理論知識的講授，還是在實訓時間，實訓項目，實訓器材以及樣品的準備都是由“雙師型”教師獨立完成。采用此種方法的優點是“雙師型”教師可以利用課堂教學讓學生充分了解實驗目的、實訓設備的結構、設備的工作原理、實訓設備與工業設備的差異運用于實際案例等，同時可以確保課堂教學與實訓教學在內容上和時間上的相統一。在此基礎上，同時還需要教師不斷更新現有知識，與企業最新的技術相結合，以保證職校學生出校門后人人有技能。

3.3 改進實訓教學形式

在常規實訓教學的基礎上，引入自制儀器設備的實踐教學模式，并將其納入實踐成績考核范圍。“雙師型”教師在教學過程中，鼓勵學生參與自制儀器設備的設計與研究，通過查找參考文獻、方案設計、方案實施與論證，體會科學研究的全過程。在此過程中，學生的理論知識、思維能力、動手能力與解決復雜工程問題的能力得到了進一步的鍛煉。經過自制教學儀器設備的過程，職校學生不僅可以在對電氣自動化專業知識的理論加深的基礎上激發出學習的熱情，同時還可以增強學生對本專業認同感與幸福感，實現學生從理論知識型向科學知識應用技能型的轉化。

4 自制彩燈控制系統教學儀器的實施步驟

任務要求：按下啟動按鈕SB1，指示燈A 和B 亮，1S 后指示燈A 滅并且指示燈B和C 亮，再1S 后指示燈B 滅并且指示燈C和D 亮，依次規律，直到指示燈N 滅并且指示燈A 和B 再次亮，彩燈控制系統進行循環亮燈，任何時候按下停止按鈕SB2，彩燈控制系統停止工作。

根據任務要求分析任務要求，繪制I/O地址分配表，畫出對應的PLC 接線圖，并設計梯形圖程序。本文設計的系統輸入功能主要有啟動按鈕SB1 和停止按鈕SB2，輸出功能有指示燈A-N。如下表1 所示，為該任務的I/O 地址分配表。

表1 彩燈控制系統I/O地址分配表

在繪制完成彩燈控制系統的I/O 地址分配表后，接下來還需要完成PLC 電氣原理圖的設計，以針對正確的電氣原理圖對該系統進行實際接線做鋪墊。如下圖1 所示，為彩燈控制系統的電氣原理圖。

圖1 彩燈控制系統的電氣原理圖

在完成了彩燈控制系統的I/O 地址分配表和電氣原理圖的基礎上，還需要根據任務要求完成程序設計。

在完成系統的基本設計之后，需要對系統的硬件平臺進行搭建。針對在實訓教學過程中存在的問題，“雙師型”教師提出了自制設計方案，學生根據彩燈控制系統的任務要求設計系統位置圖，并進行圖紙繪制與反復討論進行論證，利用現有條件進行儀器設備自制，主要選用了低壓斷路器，熔斷器，24V 開關電源和PLC 型號為三菱的FX3U-32MR 等實訓室現有設備。如下圖2 所示，為學生設計的彩燈控制系統位置圖。

圖2 彩燈控制系統位置圖

在根據設計好的圖紙搭建硬件平臺，對于搭建好的平臺，經過程序編輯、寫入和設備調試等一系列操作，最終完成了彩燈控制系統設備的自制過程。如下圖3 所示，為自制的實訓設備彩燈控制系統實物圖。在自制彩燈控制系統的過程中，不僅可以促進學生進一步掌握所教授的課程，還可以將自制好的儀器設備應用直接應用于實訓教學中進行演示教學。在教師傳授知識與學生使用自制設備的過程中，當面臨一些問題時需要大家進行一起研討并針對性的去解決問題，最終可以對實訓項目進行更新或增加。最終，可以將自制成果進一步轉化，并進行應用推廣，形成規模，打造教學示范特色。

圖3 彩燈控制系統實物圖

自制儀器設備研究采用以學生為主與教師為輔的指導方法，在自制過程中，注重教師改進與學生檢驗以不斷改進自制儀器設備中存在的問題，促進教學改革順利進行。自制儀器設備除用于實訓教學，還用于課程設計或者畢業設計。

5 結語

自制儀器設備在實訓教學中具有非常重要的意義，通過儀器設備的自制，使學生觸及前沿技術和學科最新進展，增強專業自信和興趣，激發他們自主設計、主動參與創新的熱情，從已知中發現未知，拉近了理論教學與實驗教學、學習與科研之間的距離，同時也提高了教師的理論知識水平和科技攻關能力，極大地推動了實驗教學改革，起到了很好的教學效果。在實訓教學環節，職業院校的“雙師型”教師需要帶領學生在理論學習的基礎上，針對實訓項目進行實際操作以鞏固理論知識和提高學生的學習興趣。在此情況下，不僅能夠達到更好的教學效果，而且可以提升“雙師型”教師的專業技能與學生的動手能力。