項目驅動教學法在“電氣控制與PLC技術”課程中的創新與實踐

姚芝鳳?徐鳳霞?巨勇智

摘要：項目驅動教學法在“電氣控制與PLC技術”課程的教學中，通過任務驅動，項目導引，促進職業能力的培養。給出了項目驅動教學方法在課程中的具體實施過程和應用項目驅動教學方法取得良好的教學效果。具體的實施過程包括如何激發學生的學習興趣、項目的制定、項目的實施和項目的完成等幾個方面；通過學生完成項目時的錄屏和錄像，以及學生完成項目上交的文件等形式給出取得的教學效果。充分體現了項目驅動教學法在“電氣控制與PLC技術”課程中起到的積極教學作用和取得的良好教學效果。

關鍵詞：電氣控制；PLC；項目驅動教學法；仿真實驗

一、前言

2020年1月19日，工信部發布《2019年中國電子信息制造業綜合發展指數報告》，該報告指出，5G、工業互聯網、智能化升級和數字新型基礎設施的快速推進為電子信息制造業帶來重要發展機遇。從工業互聯網看，PLC（可編程邏輯控制器）、工控計算機、工業用智能模組等工業類電子設備都將出現新興裂變和迭代升級，獲得進一步發展機遇。而大部分學生學習“電氣控制與PLC技術“這門課程之后不能真正掌握PLC電氣控制方面的軟硬件設計、安裝與調試，有些學生不具備項目流程的整體設計能力。學生的能力與社會需求之間存在著較大的差距。段春霞在“應用型本科院校“電氣控制與PLC技術”課程教學改革探討”中，提出了應用型本科院校“電氣控制與PLC技術”課程應該注重實踐性強的特點，進行課程教學內容的調整、教學模式的變革、考核模式的變化，重點培養學生理論知識應用于實際的變通能力和一定的創新能力，以適應社會技術發展的需要[1]。林雪冬、孫建在《基于虛擬仿真技術的電氣控制與PLC教學改革實踐研究》中提出通過教學改革實踐借助虛擬仿真技術使抽象的電氣控制原理圖“動起來”，生動具體地展現電氣控制過程與電氣元件的響應情況；同時，探索PLC-電氣控制仿真與傳統實訓相結合的教學方法，達到激發學生學習興趣，提高學習效果的目的[2]。張冰，趙黎明在《突出工程導向的“電氣控制及PLC”課程教改》中提出以突出“工程實踐”為導向，對課程教學的內容、方法、手段、考核方式以及實驗設置及課程實習實訓等方面進行改革研究和實踐，達到培養學生工程能力的目的[3]。

項目驅動教學法在實際的教學中已有很多成功的案例，張彥軍、劉文怡針對工程技術人才培養同生產和創新實踐脫節的現狀，提出的基于科研成果驅動式的電子綜合實踐教改方法，有效提升了學生處理工程問題的能力[4]；徐東升根據幾年的探索和實踐寫了一本《包裝設計項目教學》教材[5]；李麗萍將項目驅動教學法應用在計算機軟件課程中，提高了學生的實踐能力[6]。

二、項目驅動教學法在課程中的意義

項目驅動教學法在“電氣控制與PLC技術”課程中應用的目標是培養學生的項目思維，使學生具有解決實際應用問題的能力，能完成程序的編寫和調試，培養學生的工程能力。教學達到以下效果：1.理論與實踐結合模式的轉變：從被動完成老師安排的實驗變成學生主動、挑戰式地完成選擇或設計的項目；2.知識掌握程度的變化：從知識的局部掌握變成知識的全面掌握與應用，培養學生的項目思維能力；3.工程能力的培養：通過具體、實際與工程結合的項目鍛煉學生獨立地完成電氣程序架構設計、方案設計、編寫程序、開發以及測試，增強學生的工程意識和工程應用能力；4.團隊精神的培養：幾名同學共同完成一個項目，可以進一步培養學生的相互溝通能力和團隊合作精神，培養學生創新創業的能力。

項目驅動教學法在“電氣控制與PLC技術”課程的教學中，通過任務驅動、項目導引促進了對學生職業能力的培養。從全局設計PLC控制系統的一般過程出發，通過指導學生獨立完成項目任務，由簡單到復雜地培養學生的項目思維；將理論教學、實踐操作和綜合設計訓練有機結合，使學生具有解決實際應用問題的能力，能對具體項目進行I/O分配、畫出接線圖、完成程序的編寫和調試，培養學生的工程能力，滿足企業對高校畢業生有關電氣控制與PLC技術方向的職位要求，提高自動化專業學生的就業率。

三、項目驅動教學法在課程中的具體實施

“電氣控制與PLC技術”課程應用項目驅動教學法。首先通過播放往屆學生獨立完成具體項目錄制的視頻，生動具體地讓學生感受到本門課程的趣味性、實用性和可學性，從而達到激發學生學習興趣、提高學習效果的目的；然后布置具體的項目，啟發引導學生獨立完成并錄制視頻，鍛煉學生的工程思維能力、動腦動手、實踐能力，培養學生的工程意識，提高學生的創新能力、實踐能力和綜合素質。項目驅動教學法的實施過程如圖1所示，包括激發學生學習興趣、項目的制定、項目的實施和項目的考核四個環節。

（一）激發學生的學習興趣

首先激發學生的學習興趣，有了學習興趣才能積極地參與，達到預想的學習效果。如何激發學生的學習興趣呢？首先是實用性，通過求職網讓學生了解社會對PLC方向人才的需求量以及崗位要求；其次是可行性，首先要樹立學生的自信心，相信自己可以通過努力完成一個與PLC相關的項目。通過播放往屆學生獨立完成項目錄制的視頻，如圖2所示，讓學生感受到本門課程設定的項目是可以通過自己的努力完成的。

（二）項目的制定

項目的來源主要是通過在知網查詢歷年與PLC相關的優秀本科生畢業設計；與PLC方向相關的優秀省級、國家級大創項目、PLC方面的大賽；與已畢業且從事PLC相關行業的學生進行交流等多種方式。

項目選定之后，相關教師要對項目進行預做，對項目進行評估。包括項目的難易程度、項目的數量、幾名同學完成一個項目、項目完成后的效果，項目對學生各方面的鍛煉都是設定項目時值得反復推敲的。

（三）項目的實施

具體的項目選定后，在項目的實施過程中一定要體現學生的獨立性，相信學生解決問題、處理問題的能力，加以啟發式引導、情感鼓勵，加強學生的成就感、獲得感，從而使學生更有學習興趣，形成良性循環。

諸如PLC的基本指令、定時器的運行、PLC的功能指令等這樣的小知識點采用課堂授課→軟件驗證→學生錄屏的方式打牢基礎知識；具體項目諸如變頻器、觸摸屏的應用等采用課堂授課→實驗教學→項目設計→學生錄像的方式實現項目驅動法教學。以實際項目作為教學載體，由易到難、由簡到繁、逐層深入、步步遞進地展開教學，確保項目驅動教學方法的有效實施。

（四）項目的考核

強化過程考核。項目的實施過程中，階段性地記錄分數，即使最終項目沒完成，也會將考核成績納入到課程期末總成績中，提高學生的項目參與度。課程成績如公式（1）所示。

a=b×50%+c×50%（1）

其中表示課程成績，表示平時成績，表示期末考試成績。平時成績的構成如公式（2）所示。

b=d×50%+e×50%（2）

其中表示上課狀態，表示項目參與情況。的構成如公式（3）所示。

e=f×30%+g×30%+h×40%（3）

其中表示項目的難易程度，表示團隊協作情況，?表示項目的完成情況。

四、具體的項目實施案例

以藥品灌裝機PLC控制設計項目為例，包括PLC電路接線圖的設計、PLC程序的編寫調試以及組態畫面的建立。

（一）PLC的I/O端口分配

該項目用到了PLC的五個輸入端口和八個輸出端口，PLC的I/O端口分配如表1所示。

（二）藥品灌裝機系統的主電路和控制電路設計

根據PLC的I/O端口分配以及控制要求，設計系統的主電路和控制電路，分別如圖3和圖4所示。

（三）藥品灌裝機控制程序設計

系統的軟件流程如圖5所示，包括報警部分、運行模式的選擇以及程序的正常執行。

（四）藥品灌裝機控制組態仿真

應用三菱GT Simulator3仿真軟件對系統進行仿真，如圖6所示。控制頁面主要包括系統的啟動和停止、自動模式和手動模式的切換、裝藥數量的選擇、指示燈的顯示。

五、項目驅動教學法實踐效果

通過兩年在實際教學中采用項目驅動教學方法，達到了一定的預期效果，學生的參與度顯著增加，自動化16級學生總人數117人，參與項目33人，除了考研的3名同學之外，其他同學均已就業；自動化17級學生總人數125人，參與項目87人，除了考研的9名同學，其他同學目前已就業58人（截至2021年1月29日）。近兩年畢業設計選擇PLC方向的學生明顯比之前多，而且畢業設計質量明顯提高，學生找與PLC相關的行業的工作也有所增加。

項目驅動教學法也支持線上教學，2019—2020年春季學期的“電氣控制與PLC技術”課程采用的是網絡教學模式，雖然項目沒有硬件部分，但部分學生用電腦進行了項目的仿真實驗并錄屏。

六、結語

本文給出了項目驅動教學法在“電氣控制與PLC技術”課程的教學中的具體實施過程，同時也給出了近兩年應用項目驅動教學法取得的良好教學效果：激發了學生的學習興趣，提高了學生的創新能力、解決實際工程問題的能力，培養學生的團隊協作精神。項目驅動教學法不僅使自動化專業學生或開設PLC相關課程的本科學生受益，而且對于在該方向有興趣的教師也是一個加強綜合能力的過程。

參考文獻

[1]段春霞.應用型本科院校《電氣控制與PLC》課程教學改革探討[J].辦公自動化，2019，024（010）：41-42，57.

[2]林雪冬，孫建.基于虛擬仿真技術的電氣控制與PLC教學改革實踐研究[J].科技創新導報，2019（17）：236-239.

[3]張冰，趙黎明.突出工程導向的"電氣控制及PLC"課程教改[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2018（08）：133-134.

[4]張彥軍，劉文怡.科研成果驅動式電子綜合實踐教改設計與實踐[J].高等工程教育研究，2020，181（02）：94-98.

[5]徐東升.項目化任務驅動教學法的實施探究——評《包裝設計項目教學》[J].中國教育學刊，2020（2）：118-118.

[6]李麗萍.項目驅動教學法在計算機軟件課程中的實踐[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2019，117（01）：127-129.