《可编程控制器》课程教学方法的研究与探索

[摘 要] 文章主要针对《可编程控制器》课程教学环节中存在的问题与教学方法进行剖析，提出改善可编程控制器课程教学效果的一种项目式教学方法，具有一定的指导意义。

[关键词] 可编程控制器；课程教学；项目式教学

[作者简介] 马壮，唐山学院信息工程系讲师，研究方向：自动控制系统与自动化技术，河北 唐山，063000

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 100-7723（2013）01-0079-0003

《可编程控制器》课程是电气工程及其自动化、机电一体化等相关专业的骨干课程之一，在工业自动化中起着举足轻重的作用， 在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。实践证明， 80%以上的工业控制可以使用可编程控制器（以下简称PLC）来完成。PLC是自动化专业学生必须熟练掌握的一种自动控制技术， 进行PLC实践教学是自动化专业培养学生工程实践能力不可缺少的重要部分，有利于应用型创新人才培养目标的实现[1]。

本课程实践教学环节在课程教学中尤为重要，可编程控制器课程的前期课程为《电气控制》，它们之间的衔接关系紧密。因此，掌握电气控制知识点与可编程控制器知识点的融合，采用有效的教学手段，可以显著提高学生的综合分析与设计能力，以及实践动手能力，使学生系统全面理解系统设计的目的和意义，采用可行的手段与方法。

一、《可编程控制器》课程教学存在的问题剖析

目前PLC教学是应用型本科人才培养中一门较为重要的课程，其课内、外教学学时为64学时，还有一周到两周的课程设计学时，总共100学时左右。笔者在多年的PLC课程教学中发现存在如下现象与问题：

1. 理论与实践联系不够紧密。因教师的经验与个人理解不同，缺乏对生产实际情况的了解，教学过程中，片面强调理论教学，使学生在一定程度上对PLC应用情况的理解不够透彻。

2. 缺乏系统讲解，与前期课程《电气控制》知识点脱离。因为为了将课程系统化，把两门课程分开来讲，而且不同教师的教学侧重点有所不同，导致两门课程间的知识点不能很好地融合。因此，不少学生错误地认为电气控制是电气控制，PLC是PLC，这是在教学上的误导。

3. 课内外学时不尽合理。在教学大纲上安排的理论与实验教学环节中，实验教学学时不应少于课程总学时的10%。该课程性质为实践性强的专业课，应多加强实践教学环节学时。

4. 实验教学环节单一，综合性实验的项目较少。实验教学往往是实验指导书的几个典型实验，综合性不强，与实际工程有较大的差别。

5. 教学内容不适合新教学形式，缺乏与生产实际相结合的教学内容[2]。工业发展的形式，生产工艺和生产要求都在发生变化，所以教学内容也应不断更新。

6. 传统教学方法不适合新教学形式，缺乏新的教学手段。多媒体作为一种较好教学手段，但其内容讲解与形式上，缺乏新意，将教学内容放在PPT上，只是简单的翻页。

二、提高PLC教学效果的措施

PLC课程的教学体系主要分为电气控制基础（主要介绍低压电器控制、继电器控制系统、电气控制系统）；PLC原理与编程（编程元件、指令系统、PLC编程技术）；网络与软件组态（控制系统设计、网络与通信、组态技术）三个方面[3]。针对PLC主要教学内容、方式和方法中存在的问题，可以采取以下一些措施，来改善教学效果。

1. 加强教师的实践能力培训，参与PLC相关的生产实践环节的维护、设计与调试工作，逐步积累教学素材，为“零距离上岗”提供必备的基本的条件[1]。

2. 电气控制与PLC两门课程有机融合，系统化讲解两者之间的联系与区别。从本质上让学生理解PLC作为电气控制核心控制器在电气控制系统之中的作用。

3. 教学大纲与课内外学时分配应侧重于实践环节。因其实践性与专业性均较强，固加强实践教学比例，鼓励增加综合性、设计性实验环节，提高学生综合设计与分析能力。

4. 教学形式与方法侧重于实际工程项目，使本专业学生感兴趣，并可与课程后期的课程设计结合起来，逐步推进教学进度与课程设计进度的统一，达到最佳的教学效果。

5. 聘请企业电气工程师在课后安排专题讲座，使学生零距离了解PLC应用与工程实际设计过程，让学生到企业进行实际参观，并增加讨论交流环节，使学生从工业现场了解PLC的应用情况。

6. 加强课程教学团队建设。可编程控制器课程是一门理论性和实践性极强的专业课程， 为此系部应加强课程教学团队的建设。教师团队之间的交流可丰富课程的教学内容， 促进教学改革， 提高了教学质量。

三、项目式教学的研究与探索

（一）项目式教学的概念与步骤

所谓项目式教学就是指在教学过程中，以生产实际工程项目为背景，采用PLC为控制器通过系统电气设计、PLC编程、组态设计以及系统调试，完成工业生产技术指标要求的整个过程。项目式教学方法考虑到了系统的综合应用性，尽量减小教学环节与实际工程间的差距。

项目式教学方法因与教学同步衔接，一般需要以下几个步骤[4]：

第一步：教师提前给出具体项目的名称、控制要求以及系统技术指标；

第二步：让学生以小组的方式，查找相关技术资料和相关文献，在教师的指导和启发下共同完成系统设计方案的确定；

第三步：绘制电气系统外部接线图、I/O点的分配，并随着教学进度的展开逐步完成系统PLC梯形图的设计与调试工作，培养学生团队协作能力；

第四步：根据生产监控系统要求，完成通讯以及组态软件的设计，并完成系统整体调试工作；

最后，采用灵活的考核方式进行设计成果的评估[5]，并以课程设计方式完成说明书的撰写，并经过教师实际验收。

（二）项目式教学方法的实际案例

工程概况：以耐火材料压砖机为控制对象，控制要求为：

1. 将采用气动控制方式实现系统的手动/自动两种控制方式；

2. 将用计算机组态监控软件与PLC相结合实现打砖的各项过程参数的设置与过程的监控；

3. 打砖的尺寸精度控制在±1mm。

压砖机系统图1所示。图中 ①摩擦轮；②摩擦盘所带的冲头；③模板部分结构；④支撑结构；⑤出模机构。

系统工作周期为：首先选定好模板样式，固定好后，将称量完好的粉末状原料送入模内；其次，操作人员利用传动机构控制摩擦盘正转，机构②