作者:杜雪飞 本文字数:2632
[摘 要] PLC是工业控制的基础,有着广泛的应用,其教学成效直接影响学生的实际工作。结合作者多年来的工程实践和教学经验,探索PLC的教学模式,分析PLC教学条件、教学内容、教学方法和教师要求。经过课程教学实践,学生学习积极性增高,编程设计和实践动手能力有较大提升,取得了较好的效果。
[关 键 词] PLC;教学模式;教学方法
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603(2019)36-0282-02
随着《中国制造2025》的实施,中国从制造业大国向制造业强国转型,工业控制是制造业转型的关键之一。PLC作为工业控制的基础,是物联网、自动化、智能制造等专业的核心课程。PLC课程已经开设了二三十年,其硬件设备推陈出新、软件系统优化升级、可控对象范围不断扩大。作为一门理论与实践紧密结合的课程,PLC既要求学生有逻辑思维能力、一定的数学基础,又要求学生有较强的实践动手和编程实现能力。随着时代的发展,课程要求专业教师不断思考,提升专业水平,探索教学模式变革,激发学生学习兴趣,提高学习效果,真正实现学以致用。
一、PLC教学模式探索
(一)翻转课堂法
翻转课堂法从美国传入中国,课程教学模式发生了颠覆性改变,从以教师讲解为主的模式,变为以学生提问交流为主的模式,王攀攀、杨冰等在PLC教学中尝试了翻转课堂法[1,2]。课前,教师需要准备并发布教学资源,学生预习书本知识、学习教学视频或PPT、记录学习问题;课中,,教师就教学重点难点进行讲解,回答学生问题,引导学生进行交流讨论,开展课堂实验;课后,教师批改实验报告、进行考核评价、总结改进课堂教学,学生总结复习、完成程序、调试验证、编制报告。
翻转课堂有效激发了学生学习主动性,提高了学生获取知识和分析判断能力。翻转课堂需要学生投入课堂学习1倍以上的时间,能力差异导致部分学生很难跟上教学节奏,从而使教学达不到预期效果。因此,翻转课堂更适合小班、同能力水平的学生教学,针对性更强;教师能关注到全体学生,效果更好。
(二)项目化教学
针对高职学生喜欢动手实践的特点,应开展项目化教学。CDIO教学、分段式项目教学都是项目化教学的延伸。
CDIO教学代表构思、设计、实践、运行,强调从产品研发/项目设计到产品运行/项目投运全过程,学生全程参与。冯佩云、王勋等在PLC教学中尝试了CDIO教学模式[3,4]。利用校内实验室和校外实践基地,构建了电机正反转、交通信号灯、机械臂控制等项目,项目再细分为任务,让学生“做中学”,着重强化学生实践动手能力和项目设计能力。秦健基于CDIO模式,把企业、竞赛和教学结合起来,提出了EUC方法[5],强调企业与教学、竞赛与教学的相互促进。刘强在PLC教学中推行了分段式项目教学法[6],设置阶段性目标,评估项目实施过程。
项目化教学促使学生实践中验证理论知识,调动学生学习积极性。但教学项目、任务是统一布置,学生独立发挥可能性不高,项目之间的耦合性不强。
(三)成果导向教育法
成果导向教育(OBE)法强调学习成果与实践结果。徐海英在PLC教学中应用了成果导向法[7]。OBE法强调以学生为中心,要求优化课程目标,结合实际选择项目,提倡個性化教学、多元评价标准。学生通过对预期学习成果的确认,逐步提高,自我认识增强。
(四)游戏教学法
游戏教学法就是以游戏的形式开展教学,让学生在轻松、快乐的气氛中主动学习。张维在PLC教学中尝试了游戏教学法[8]。该教学法把机械、电气、控制三者结合,用PLC控制,通过三维仿真展示游戏。
游戏教学法以游戏来代替真实的环境,学生兴趣高,能够积极投入。但这种方法需要融合多学科知识,开发游戏背景,教学投入大;注意不能陷入游戏,而忽视游戏背后的控制;仿真不能完全替代实物,还是需要真实的实训环境。
二、PLC教学的思考
(一)教学条件
1.选择合适的PLC控制器
首先,PLC种类众多,常用的有西门子、罗克韦尔、ABB、施耐德、GE、Tmeic、欧姆龙及和利时等,高校应根据资金、合作伙伴、发展趋势、现有条件等选择合适的PLC,尽量避免选择淘汰产品(如西门子S7 200)。其次,为降低成本,提高利用率,尽量选择带有仿真功能的PLC。最后,考虑控制成本、培养目标要求,一般选择性能中端的产品,如西门子产品一般以S7 300/1200系列为宜。
2.搭建实训平台
除了PLC之外,还需选用温湿度、速度、压力、液位、位移传感器等输入设备以及电机、机械臂、液压装置等输出设备。如条件具备,最好能结合无线通信、变频器、MES/ERP等构建一个从L0至L5的综合性全厂实训平台,可供多专业、多课程的学生实训。
3.选择合适的编程语言
PLC支持多种编程语言,IEC61131-3提到图形编程语言(顺序功能图SFC、梯形图LD、功能块图FBD)、文字编程语言(指令表IL、结构文本ST),部分PLC还支持连续功能图CFC。不同语言功能相通,但各有特点:SFC最好用于顺序控制;LD图形化编程简单易学;FBD允类似数字逻辑门编程,与CFC类似;ST与高级语言C、PASCAL相似;IL与汇编语言的助记符类似。不同行业和设计人员有各自偏好,有时需多种编程语言同时使用,以一个细纱机的施耐德控制程序为例,其同时采用了LD、ST和CFC。教学时,一般多选择LD和ST。
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本文标题:PLC教学模式的探索与思考
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