AI在PLC技術(shù)課程的應(yīng)用

PLC技術(shù)課程是自動(dòng)化、電氣工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握PLC的原理、編程及應(yīng)用能力。傳統(tǒng)的PLC技術(shù)課程教學(xué)面臨著理論抽象、實(shí)踐復(fù)雜、教學(xué)資源有限等問(wèn)題。AI的興起與應(yīng)用，為解決這些問(wèn)題提供了新的途徑。教師通過(guò)將AI應(yīng)用于PLC技術(shù)課程，能夠創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)工業(yè)智能化發(fā)展的需求。

一、AI能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

（一）智能篩選與更新教學(xué)內(nèi)容

AI可依據(jù)行業(yè)動(dòng)態(tài)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及企業(yè)實(shí)際需求，對(duì)海量信息進(jìn)行分析。例如，AI通過(guò)網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)收集各大自動(dòng)化企業(yè)官網(wǎng)發(fā)布的新技術(shù)應(yīng)用案例、行業(yè)論壇中關(guān)于PLC最新應(yīng)用的討論等信息，運(yùn)用自然語(yǔ)言處理技術(shù)分析這些文本，提取關(guān)鍵信息，精準(zhǔn)篩選出PLC技術(shù)課程中需要更新和補(bǔ)充的內(nèi)容，如新型PLC模塊的功能介紹、最新的通信協(xié)議在PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用等，確保教學(xué)內(nèi)容緊跟時(shí)代步伐。

（二）輔助完善課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

在PLC技術(shù)課程教學(xué)中，教師經(jīng)常會(huì)因?yàn)榻虒W(xué)實(shí)訓(xùn)條件、知識(shí)儲(chǔ)備等因素影響，教學(xué)設(shè)計(jì)不夠生動(dòng)、形象，而AI的引入，則能很好地輔助課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。例如，在講解定時(shí)器T這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師普遍覺(jué)得難以與課程思政內(nèi)容結(jié)合，但如果引入AI輔助，則能輕松完成該內(nèi)容，如表1。

二、AI能創(chuàng)新教學(xué)方法

（一）開(kāi)發(fā)智能教學(xué)助手

表1AI設(shè)計(jì)定時(shí)器T課程思政內(nèi)容

開(kāi)發(fā)基于科任教師專(zhuān)屬的智能教學(xué)助手，它能理解學(xué)生的自然語(yǔ)言提問(wèn)，如學(xué)生詢(xún)問(wèn)“PLC的定時(shí)器指令如何使用”，教學(xué)助手通過(guò)自然語(yǔ)言處理技術(shù)理解問(wèn)題，從知識(shí)圖譜中檢索相關(guān)信息，以通俗易懂的語(yǔ)言和豐富的案例進(jìn)行解答。同時(shí)，教學(xué)助手還能根據(jù)學(xué)生的提問(wèn)，智能推薦相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，如在線教程、電子書(shū)籍章節(jié)、視頻課程片段等，為學(xué)生提供即時(shí)的學(xué)習(xí)支持，相當(dāng)于為每個(gè)學(xué)生配備了專(zhuān)屬的輔導(dǎo)教師。

（二）創(chuàng)設(shè)教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景

眾所周知，場(chǎng)景能將抽象知識(shí)具象化，一個(gè)好的教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生注意力，促進(jìn)知識(shí)理解，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。但在創(chuàng)設(shè)教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，因?yàn)楦鞣N條件的限制，教師往往用抽象的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，達(dá)不到生動(dòng)形象的效果，如果引入AI，則能很好地解決這一問(wèn)題。例如在講解定時(shí)器知識(shí)點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)教師和AI創(chuàng)設(shè)的應(yīng)用教學(xué)場(chǎng)景比較如表2所示。

（三）輔助教學(xué)編程

在PLC技術(shù)課程上，編寫(xiě)程序是學(xué)生感覺(jué)最難的內(nèi)容，也是教師最頭痛的部分。AI輔助PLC編程正逐步成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)趨勢(shì)，它能提升開(kāi)發(fā)效率、降低門(mén)檻、優(yōu)化代碼質(zhì)量，同時(shí)，引入AI輔助教學(xué)編程，可以有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，提升教學(xué)質(zhì)量。例如，AI輔助編寫(xiě)PLC控制多層電梯的程序見(jiàn)表3。

表2AI設(shè)計(jì)定時(shí)器T教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景

表3AI輔助PLC編寫(xiě)多層電梯控制程序

（四）構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)

借助AI，教師可以構(gòu)建高度逼真的PLC虛擬仿真環(huán)境。在虛擬仿真平臺(tái)中，學(xué)生可以進(jìn)行PLC硬件選型、接線、編程及系統(tǒng)調(diào)試等操作。AI能夠模擬真實(shí)場(chǎng)景中的各種物理現(xiàn)象和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如電機(jī)的啟動(dòng)與停止、傳感器的信號(hào)變化等，為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。例如，當(dāng)學(xué)生編寫(xiě)的PLC程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，虛擬仿真環(huán)境會(huì)像真實(shí)設(shè)備一樣給出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示和故障現(xiàn)象，幫助學(xué)生快速定位和解決問(wèn)題。同時(shí)，AI還能對(duì)學(xué)生的操作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，提供改進(jìn)建議，大大提高了實(shí)踐教學(xué)的效率和安全性。

三、AI能助力課程學(xué)習(xí)效果評(píng)估

（一）多維度數(shù)據(jù)收集與分析

AI能夠收集學(xué)生在PLC技術(shù)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的多維度數(shù)據(jù)，包括課堂表現(xiàn)數(shù)據(jù)、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、作業(yè)與測(cè)試數(shù)據(jù)（作業(yè)完成時(shí)間、正確率、錯(cuò)題類(lèi)型分布）、實(shí)踐操作數(shù)據(jù)（實(shí)驗(yàn)操作步驟正確性、操作時(shí)間、故障解決能力）等。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的綜合分析，教師可以全面、客觀地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不再局限于傳統(tǒng)的考試成績(jī)單一評(píng)價(jià)方式。

（二）實(shí)時(shí)反饋與個(gè)性化評(píng)價(jià)

基于AI的學(xué)習(xí)效果評(píng)估系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供實(shí)時(shí)反饋和個(gè)性化評(píng)價(jià)。在學(xué)生完成作業(yè)、測(cè)試或?qū)嶒?yàn)后，系統(tǒng)能夠立即給出評(píng)價(jià)結(jié)果，指出學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，并提供有針對(duì)性的改進(jìn)建議。例如，對(duì)于編程作業(yè)，系統(tǒng)不僅能判斷程序的正確性，還能從代碼規(guī)范性、邏輯合理性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，給出優(yōu)化建議；對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作，系統(tǒng)根據(jù)操作過(guò)程中的數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)學(xué)生的操作熟練程度、問(wèn)題解決能力等，并為學(xué)生制定個(gè)性化的提升計(jì)劃，促進(jìn)學(xué)生不斷改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)效果。

四、AI在PLC技術(shù)課程應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略

（一）技術(shù)應(yīng)用成本高

AI技術(shù)的應(yīng)用需要投入一定的硬件設(shè)備（如高性能服務(wù)器用于運(yùn)行AI模型、傳感器設(shè)備用于數(shù)據(jù)采集等）和軟件授權(quán)費(fèi)用，同時(shí)還需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和管理，這些都是較大的成本壓力。

應(yīng)對(duì)策略：院校可以通過(guò)與企業(yè)合作，爭(zhēng)取企業(yè)的技術(shù)支持和設(shè)備捐贈(zèng)，降低硬件采購(gòu)成本；選擇開(kāi)源的AI框架和軟件工具，減少軟件授權(quán)費(fèi)用；與其他院校聯(lián)合開(kāi)展AI應(yīng)用項(xiàng)目，共享資源和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。

（二）教師的AI運(yùn)用能力不足

大部分PLC技術(shù)課程教師在傳統(tǒng)教學(xué)方法和專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面有豐富經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)AI的了解和應(yīng)用能力相對(duì)薄弱，難以將AI有效融入教學(xué)中。

應(yīng)對(duì)策略：學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)對(duì)教師的AI輔助教學(xué)培訓(xùn)，組織定期的專(zhuān)題講座、工作坊和在線培訓(xùn)課程，邀請(qǐng)AI領(lǐng)域的專(zhuān)家和技術(shù)人員進(jìn)行授課，幫助教師掌握AI的基本原理、常用工具和應(yīng)用方法；鼓勵(lì)教師參與和AI相關(guān)的教學(xué)研究項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)踐提升AI應(yīng)用能力；建立教師交流平臺(tái)，促進(jìn)教師之間分享AI教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和資源，共同提高教學(xué)水平。

（三）數(shù)據(jù)安全與隱私問(wèn)題

AI在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)收集大量學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含學(xué)生的個(gè)人信息和學(xué)習(xí)隱私，如果數(shù)據(jù)管理不善，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露，給學(xué)生帶來(lái)不良影響。

應(yīng)對(duì)策略：學(xué)校應(yīng)建立完善的數(shù)據(jù)安全管理制度，明確數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、使用、傳輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)的安全責(zé)任；采用加密技術(shù)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)和傳輸，防止數(shù)據(jù)被竊取和篡改；嚴(yán)格限制數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限，只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的人員才能訪問(wèn)學(xué)生數(shù)據(jù)；定期對(duì)數(shù)據(jù)安全進(jìn)行評(píng)估和審計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決安全隱患。

總之，AI在PLC技術(shù)課程中的應(yīng)用為教學(xué)帶來(lái)了諸多創(chuàng)新與變革，從教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法的創(chuàng)新，到學(xué)習(xí)效果評(píng)估的完善，全方位提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)工業(yè)智能化發(fā)展的需求。盡管在應(yīng)用過(guò)程中面臨一些挑戰(zhàn)，但通過(guò)采取有效的應(yīng)對(duì)策略，教師能夠逐步克服這些困難，推動(dòng)AI在PLC技術(shù)課程教學(xué)中得到更廣泛、深入的應(yīng)用。

責(zé)任編輯陳春陽(yáng)