《PLC編程及應(yīng)用》課程項目化教學(xué)模式探索＊

北京科技大學(xué)天津?qū)W院 王麗娜 班嵐 張衛(wèi) 劉俊培 張洪峰 王建亮

依據(jù)在智能制造背景下企業(yè)對自動化專業(yè)技術(shù)型人才的要求，針對自動化學(xué)生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)問題，結(jié)合PLC編程及應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀，堅持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，采用行動導(dǎo)向教學(xué)法與項目化教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，從教學(xué)目標、教學(xué)策略、教學(xué)實施、考核方式四個方面，展開PLC編程及應(yīng)用課程的項目化教學(xué)模式的研究與探索。

我國向高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型過程中，大量先進的智能化設(shè)備裝備進入企業(yè)，為適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的需要，企業(yè)對自動化專業(yè)技術(shù)人才提出了新的要求。希望培養(yǎng)和造就既有扎實的專業(yè)理論基礎(chǔ)又有較強的專業(yè)實操技能，同時負有國家情懷的高素質(zhì)、復(fù)合型、實用型、現(xiàn)代型的自動化應(yīng)用型人才。

而可編程控制器（簡稱PLC）是一種具有極高可靠性的通用工業(yè)自動化控制裝置，是當今及今后工業(yè)控制的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備[1]。且PLC是將繼電器技術(shù)、微型計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)融于一體的綜合性、應(yīng)用型課程[2]。基于此展開了PLC編程及應(yīng)用課程的項目化教學(xué)模式的研究與探索。

PLC編程及應(yīng)用課程充分利用PLC實訓(xùn)室，將理論內(nèi)容融入具體項目中，采用行動導(dǎo)向教學(xué)法與項目化教學(xué)相結(jié)合建立系統(tǒng)的教學(xué)計劃，以任務(wù)導(dǎo)向作為驅(qū)動，開展啟發(fā)式、討論式、參與式教學(xué)，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的團隊精神，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力。教師要堅持以德立身、以德立學(xué)、以德施教的原則，將立德樹人貫穿到整個PLC課程教學(xué)中，通過本課程的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備PLC的基本知識與基本技能，掌握S7-200PLC的工程應(yīng)用[3]，具備使用PLC進行控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝與調(diào)試等方面的工程實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷，精益求精的工匠精神及職業(yè)精神。同時鼓勵帶動學(xué)生參加競賽與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新活力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進一步鞏固提升學(xué)生走向崗位所需的職業(yè)行為能力。教學(xué)目標如圖1所示。

圖1 教學(xué)目標Fig.1 Teaching objectives

1 PLC項目化教學(xué)策略探索

傳統(tǒng)的教師灌輸學(xué)生被動接受、重教輕學(xué)的理論課堂教學(xué)模式，存在學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，工程應(yīng)用能力差的問題，達不到應(yīng)用的教學(xué)效果，而實踐教學(xué)雖能增強學(xué)生的動手實踐及工程應(yīng)用能力，但與理論脫節(jié)，因此探究項目化教學(xué)方式。將理論課程知識融入到項目實踐中，以學(xué)生為主體，以項目導(dǎo)向進行驅(qū)動，教師對教學(xué)項目進行編制，項目任務(wù)內(nèi)容由淺入深，先從簡單的項目實踐內(nèi)容入手，使學(xué)生熟悉PLC組成與基本工作原理，熟悉實驗設(shè)備的使用方法和PLC的基本編程、接線、調(diào)試過程。然后通過完成整體項目設(shè)計如交通燈信號燈的PLC控制、四層電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計等，培養(yǎng)學(xué)生可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計、方案論證、軟件編程、現(xiàn)場調(diào)試等方面的能力。在教師編制好的每個教學(xué)項目的引導(dǎo)下使學(xué)生有組織、有目的地進行學(xué)習(xí)。提升學(xué)生的積極性與自主性。使學(xué)生成為課堂的主體，通過一系列的模塊劃分以及實施執(zhí)行，完成項目各環(huán)節(jié)的基本要求和實踐技能，提升學(xué)生的理論知識和動手操作能力。

PLC項目化教學(xué)的課程實訓(xùn)裝置采用的是德國西門子公司的S7-200系列的PLC，采用STEP7-Micro/WIN4編輯軟件來實現(xiàn)程序的編輯、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)。教師對德國西門子S7-200系列的PLC進行介紹時，對國內(nèi)外PLC市場及國產(chǎn)PLC現(xiàn)狀進行分析，指出我國還未進入可編程控制器強國行列，激發(fā)學(xué)生的民族責(zé)任感以及緊迫感，從而引導(dǎo)學(xué)生樹立技能報國理想、為國爭光、為國奮斗的決心，培養(yǎng)家國情懷[4]。

以項目任務(wù)設(shè)計為主線的PLC課程的項目化教學(xué)設(shè)計如表1所示。將PLC教學(xué)課程分成兩大部分：PLC基礎(chǔ)應(yīng)用模塊（項目1-5）和PLC專項應(yīng)用模塊（項目6-13）。將要求掌握的理論內(nèi)容均融入到各個項目的任務(wù)中。每個項目包含多個子任務(wù)，任務(wù)的設(shè)計由易到難，層層遞進。PLC基礎(chǔ)應(yīng)用模塊包含5個項目，主要使學(xué)生掌握PLC的硬件與工作原理，熟悉實驗設(shè)備的使用方法和PLC的基本編程、接線、調(diào)試過程。

PLC專項應(yīng)用模塊包含8個項目。結(jié)合典型的工業(yè)案列進行展開，充分利用實訓(xùn)室資源并與生產(chǎn)實際相結(jié)合，使學(xué)生進一步了解和掌握PLC應(yīng)用設(shè)計的方法與步驟，培養(yǎng)學(xué)生可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計、方案論證、軟件編程、現(xiàn)場調(diào)試等諸多方面的能力，加強對自動化專業(yè)知識的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研，認真敬業(yè)的職業(yè)思想，提升職業(yè)能力，往技能型人才培養(yǎng)的目標邁進。

2 PLC項目化教學(xué)實施方案

項目化教學(xué)實施以團隊協(xié)作和組間競賽比拼的形式進行展開，由學(xué)生自行分組，每組2～3人。小組投票選定組長并實行組長負責(zé)制。完成一個項目后在下個項目開始前根據(jù)組內(nèi)評價重新競選組長，實現(xiàn)組內(nèi)的角色互換，以此來提高所有學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，并培養(yǎng)學(xué)生在小組工作中同學(xué)相處、合作、交流與協(xié)調(diào)的能力。項目化教學(xué)實施過程包含以下三個環(huán)節(jié)：

2.1 課前

教師根據(jù)課程目標和項目內(nèi)容，在相關(guān)網(wǎng)絡(luò)課程平臺發(fā)布項目任務(wù)及相關(guān)課件，要求學(xué)生查閱項目相關(guān)資料，完成課前測驗，教師通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺查閱學(xué)生課前測驗結(jié)果，調(diào)整教學(xué)設(shè)計[3]。

2.2 課中

教師向?qū)W生闡明本次課程的教學(xué)目標和項目任務(wù)。并對各組學(xué)生的整個學(xué)習(xí)實踐過程通過量化的形式記錄下來，為多元考核方式提供依據(jù)。

（1）教師對項目中涉及的知識點進行講解、示范操作步驟，對操作中的要點及危險點進行詳細介紹，以電動機正反轉(zhuǎn)運行控制為例，接線中，要和學(xué)生強調(diào)斷電操作，按順序接線，系統(tǒng)調(diào)試時分步操作，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識與工匠精神，加強學(xué)生的安全防范意識。

（2）組內(nèi)采用自由討論式按照控制要求對項目進行方案論證，組長在教師指導(dǎo)下完成對組員的任務(wù)劃分。小組完成項目后由指導(dǎo)教師進行驗收，教師對各組的程序設(shè)計思路、綜合調(diào)試、實現(xiàn)效果及完成時間進行記錄并評定，并及時給予反饋，對編程中的創(chuàng)新思維提出表揚、以此增強學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。小組內(nèi)部成員之間根據(jù)在項目中的具體分工和表現(xiàn)情況進行組內(nèi)互評。

（3）所有組完成一個項目后教師根據(jù)教學(xué)時間安排選擇若干小組進行匯報，由各組組長闡述此項目的設(shè)計思路及調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案，其他小組根據(jù)評價標準進行互評，從而提升學(xué)生的再學(xué)習(xí)能力，實現(xiàn)有效學(xué)習(xí)。最后教師對此項目進行必要的講解，對學(xué)生的匯報進行評價，對各組遇到的問題進行歸納總結(jié)，并對學(xué)生給予鼓勵、贊揚，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并評選出最佳小組。

2.3 課后

教師通過在線平臺布置作業(yè)及發(fā)布下個項目的任務(wù)及課件，學(xué)生對所做的項目進行總結(jié)回顧，完成課后作業(yè)并提交項目報告，學(xué)生利用課程平臺進行互評，教師利用教學(xué)平臺進行評閱、答疑、提高時效性。對部分學(xué)有余力的學(xué)生，可以繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生積極申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、參加學(xué)科競賽。

3 考核方式探索

傳統(tǒng)的理論課程考核多采取平時考核與理論知識考核的形式進行，考試形式單一、無法全面考查學(xué)生的知識應(yīng)用能力，而實踐考核多采用課程實踐報告與答辯的考核形式，這種考核形式會忽略小組內(nèi)部不同成員的表現(xiàn)情況，不能反映學(xué)生的真實水平。基于此，探索多元化的考核方式[5]即平時考核+分項目實踐考核+理論知識考核，如圖2所示。平時考核中的德育考核，使學(xué)生樹立努力學(xué)習(xí)、嚴格自律、誠信做人的觀念。分項目實踐考核的實際操作考核加入口試環(huán)節(jié)，保證教師真實的掌握學(xué)生的技能水平。多元化的考核方式，堅持學(xué)生以學(xué)習(xí)的主導(dǎo)，既能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，同時較好地實現(xiàn)了課程教學(xué)目標，又在一定程度上保證了評價的客觀性和公正性[6]。

4 結(jié)語

理論與實踐項目的結(jié)合，能使學(xué)生更好的理解抽象的知識點，讓學(xué)生直觀認識PLC的實際用途，掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。以任務(wù)導(dǎo)向作為驅(qū)動的項目化教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生在課堂的主體地位，教師通過下發(fā)項目任務(wù)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目的更加明確，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的廣度與深度及研究、動手和實踐的能力，通過競賽式的學(xué)習(xí)比拼，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主觀能動性。同時思政元素的融入，增強教師立德樹人的使命感和責(zé)任感，促進教學(xué)相長。使學(xué)生堅定理想信念、厚植愛國主義情懷，培養(yǎng)學(xué)生的嚴謹認真的工作態(tài)度、精益求精的工匠精神，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)。

引用

[1] 趙亞范.電氣控制實驗室管理模式研究與實踐[J].實驗室科學(xué), 2013,16(01):140-142.

[2] 童旺宇,涂軍,蔡浩.PLC基礎(chǔ)教程[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2017.

[3] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.

[4] 李娜,許評,吳燕.高職院校《PLC原理及應(yīng)用》課程思政改革路徑探索[J]. 文化創(chuàng)新比較研究,2020,4(36):95-97.

[5] 韓磊,沈青,楊晨,等.高職電力類課程項目化教學(xué)探索與實踐——以“電氣設(shè)備及運行”課程為例[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2022,20(2):39-41+64.

[6] 張靜,李成虎,盛海龍,等.地方院校《電氣控制與PLC》課程實驗教學(xué)改革實踐——以河西學(xué)院為例[J].河西學(xué)院學(xué)報,2022,38(2): 111-115.