《PLC控制技术》课程教学改革研究与应用

摘 要：本文在分析传统《PLC控制技术》课程教学存在问题的基础上，提出通过引入竞赛机制及项目教学的方式对《PLC控制技术》课程的教学内容、实践教学场所、课程教学模式、教学评价体系、教学方法手段等进行研究，并将研究成果应用于《PLC控制技术》实践教学中。通过实践证明，改革后的课程教学效果良好，在对学生学习兴趣的提高、动手能力的锻炼、团队合作精神的培养、学生基本素养的养成等方面起到了积极的促进作用。

关键词：PLC控制技术；课程教学；教学内容；教学模式；教学评价

中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）07-0118-03

基金项目：安徽省教育厅2017年高等学校省级质量工程项目“竞赛机制下机电专业课程教学改革”阶段性成果（2017jyxm0644）；安徽省教育厅2018年高等学校省级质量工程项目“西门子控制实习实训中心”阶段性成果（2018sxzx03）

可编程控制器（PLC）具有工作可靠、环境适用性好等优势，目前得到了广泛的应用。PLC控制技术的应用现状作为关键性指标，在一定程度上能够衡量一个国家工业的先进性程度[1]。作为与现代工业企业对接的高等职业教育，其学生在校期间学习《PLC控制技术》课程的实际情况在很大程度上决定着学生后续对工业企业的适应性。作为机电类专业核心课程，《PLC控制技术》具有实践性强、实践操作性高和实际应用性广泛等特点[2]。在专业课程设置中，它即是前修课程《机床电气控制》《传感器检测技术与应用》的实际应用，又是后续课程《自动线安装与调试》等课程的基础支柱，在专业课程中占有着核心地位。

一、传统《PLC控制技术》课程教学中存在的问题

（一）教学内容陈旧

传统的《PLC控制技术》课程教学内容一般包括：第一，PLC的由来、功能、特点；第二，PLC的硬件性能及软件使用；第三，PLC的指令等[3]。这些教学内容较为陈旧，其在教学时也主要以学生记忆式的学习为主。课堂上大部分的时间，学生都在理解消化相关的指令内容，然后再按照教师规定的教学实训内容进行实践应用。实践操作时间较少，不能让学生更好地运用指令来完成与实际生产生活相关的控制任务。这种教學内容的设置存在以下三点不足，其一主要靠记忆为主，吸引不了学生学习的目光，无法提高学生的学习兴趣；其二内容设置较为简单，学生完成后没有成就感；其三内容设置与实际生产生活联系较少，无法满足企业实际生产需求。

（二）实践场所落后

传统《PLC控制技术》课程教学的实践场所主要是实验室，实验室内主要是将成套的实验设备即PLC固定于一个模块上，所有实践教学内容均以模块板进行呈现。实际操作时以模拟式、插孔式接线为主，在实验模块上进行基础性接线和功能性验证实验[4]。这种实验室设备的主要优点是使用起来方便、可重复度高、使用时不易损坏设备，缺点是学生无法看到实际的PLC，特别是输入输出端子的接线，无法了解电源型号是直流还是交流、各型号PLC的差别等。而在实际企业生产中，PLC设备都是实物并非学校实验室内连接好的模块，这种实践场所的落后使得实验设备和企业实际使用的设备脱钩，不能满足企业的需要，更无法提高学生对企业的适应性。

除了固定于模块上的PLC与企业实际使用设备不一致使得实践场所落后以外，实践场所落后还体现在实验设备的更新缓慢不能满足企业的要求，如目前学校PLC实验室的西门子，PLC通常使用的是S7-200系列的PLC，但企业的PLC已经更新至西门子200SMART、1200/1500、有的甚至更新至S7-300/400PLC。

（三）教学模式无效

以实践课为主的《PLC控制技术》课程教学主要采用以培养学生动手能力为目标的教学做一体化模式[5]。但在实际执行时，主要存在以下几个问题：第一，教学内容比较简单，通常是基本指令的验证练习，无法调动学生学习的积极性；第二，突出以记忆为主的课程教学内容，使得学生大多数时间都用在记忆并验证使用基本指令，无法真正在课堂上进行较多深层次的实践内容学习和操作；第三，实践操作中也较多存在教师手把手操作实践演练的情况，学生不能真正做到自主学习。因此，实际执行的教学模式是无效的，达不到预设的教学目标。

（四）教学评价单一

传统《PLC控制技术》课程教学评价方式一般有两种：第一，期末考试是一张理论试卷决定学生的最终成绩；第二，期末考试是一份实操试题，由学生的实操试题成绩决定学生的课程成绩。这两种教学评价方式无论哪一种都比较单一[6]。这种单一的教学评价模式要么没有考虑到这门课程以实践为主的特色，要么像高考一样一场定胜负，彻底忽略了学生平时实践操作的表现，忽视了对学生平时学习的管理与职业素养的养成，甚至出现了部分学生平时上课偷奸耍滑能应付则应付，只要期末时认真背诵要点或者准备教师要求的实操内容就可以取得较好成绩的不良现象。

二、课程教学改革研究及应用

针对该课程教学中存在的问题，结合当前技能竞赛的大环境，对《PLC控制技术》课程教学改革进行了研究并应用于实践，主要措施[7]如下。

（一）优化课程教学内容

为解决传统《PLC控制技术》课程教学存在的不足，对课程教学内容进行了优化，主要是将竞赛赛项内容融入课程教学中，根据赛项内容的层次设置由简单到复杂的具体项目。当前制造类竞赛涉及PLC控制技术的项目比较多，这里以融入“现代电气控制系统安装与调试”赛项为例来优化课程教学内容。依据该赛项内容，将《PLC控制技术》课程的教学内容分为三种类型：

第一，基础性项目。主要内容有PLC的硬件及软件知识、PLC基本指令、三相异步电动机的PLC控制等。

第二，复杂性项目。主要内容有步进电机的运行控制、伺服电机的运动控制等。

第三，综合性项目。主要内容有PLC和变频器结合MCGS控制三相异步电动机运行、PLC和变频器结合MCGS控制步进电机和伺服电机运行等。

经过这种优化后，整个教学内容的层次感比较明显，能够充分考虑不同学生的个体差异。学有余力的学生既可以学习更深层次的项目内容，也可以指导其他学生完成较为简单的项目内容。这样不仅可以带给学生完成項目任务的成就感，也对学生动手能力的锻炼、团队合作精神的培养、学生基本素养的养成等方面有促进作用。

（二）调整实践教学场所

为了更好地参与各级各类的技能竞赛，学校在原有仿真验证式实验设备的基础上，购置了大量的竞赛设备。这些设备前期经过了相关行业企业专家的认证，与行业企业的生产现场一致，能够满足企业生产的需求。如：赛项“现代电气控制系统安装与调试”使用的是浙江亚龙教育装备股份有限公司生产的YL-158GA1型设备，该设备使用的西门子PLC有S7-300配2个200SMART和S7-1500配2个1200两种类型。这两种类型PLC都比目前实验室S7-200PLC与企业的适应性强。因此，在课程实践教学时适当引入竞赛设备调整实践教学场所，将课程部分内容的教学在竞赛设备上完成，这样就可以解决所学内容与企业生产实际脱节的问题。在《PLC控制技术》课程教学具体执行时，基本功能指令等基础性项目内容的练习可以在模拟实验设备上完成，复杂性项目和综合性项目内容的练习则要求学生在竞赛设备上完成。这种方式既可以充分合理利用实验室资源又可以因人而异地完成不同的实践项目，体现了因材施教和以人为本的思想。另外，在实践过程中根据教学内容和层次的不同，所有学生都能够体验到项目任务的挑战性和完成任务的成就感。

（三）改革课程教学模式

传统教学做一体化的教学模式实际上还是比较符合《PLC控制技术》课程教学需要的，但由于教学内容的陈旧导致该教学模式没有取得预期的教学效果。笔者将竞赛机制引入课程教学中，将传统教学模式改革为将竞赛赛项内容融入课程教学的“教学做赛”四位一体的教学模式。在这种教学模式下，学生在学习课程内容的同时还可以进行赛项的练习与实践，进而参加技能竞赛项目，在取得课程成绩时还可以获得技能竞赛奖励，使学生真正做到愿意学、自愿学、想着学。这种教学模式既能够提高学生学习的主动性，又可以解决部分学生平时学习不认真、应付了事甚至偷奸耍滑的问题。

（四）重置教学评价体系

为了更好地突出课程学习中以学生为主的思想，强调课程实践教学的重要性，在《PLC控制技术》课程教学中采用了多种考核方式相结合的多元化教学评价方式来重置课程评价体系。具体实施时，将学生课程成绩分解为平时课堂出勤、平时实操成绩、平时个人素养表现及期末实操成绩等四个部分，各部分的考核人员及所占分值比例如表1所示。同时，多元化的课程评价体系还对学生在网络教学平台完成任务点数、观看视频的时长、参与讨论和互动数、作业完成个数及质量等内容实际情况进行评价，评价结果在表1所有成绩合成的基础上进行增加或者减少，最后所得成绩为学生课程的最终成绩。

另外，为了更好地提高学生参加技能竞赛获得好成绩的积极性，课程最终成绩也可以通过参加省级技能竞赛获奖的方式取得。具体执行时，按照省级一、二、三等奖进行划分，获得相应奖项的学生可以获得本门课程95分、85分、75分的最终课程成绩。

（五）完善教学方法手段

为了让更多的学生受益，笔者依托学校的网络教学平台建设了《PLC控制技术》课程教学资源库。资源库中收录的PPT课件等课程教学资源为采用现代化的教学方法和教学手段提供了条件[8]。具体实施教学时，课前，课程主讲教师可以在教学平台中发布课前预习任务，让学生课前通过完成问卷调查、观看视频等方式完成课前预习任务；课中，通过平台进行互动随时了解学生学习状态；课后，布置作业巩固所学知识。

除了运用上述教学方法手段外，《PLC控制技术》课程教学中还采用了项目教学法。教师依据优化后的课程教学内容在课程教学时先从简单的项目任务开始完成，后续根据学生掌握的实际情况逐渐增加项目任务难度，让学生通过完成不同的项目来满足个体差异化的需求。

三、结语

经过几年的教学实践证明，本次课程教学改革的效果是明显的，措施是正确有效的。目前，该课程已经根据优化后的课程教学内容依托学校的网络教学平台建设了《PLC控制技术》课程教学资源库，形成了“教学做赛”四位一体的教学模式[9]，使用现代化的教学方法手段，取得了较好的教学效果。实践证明，改革后的课程教学效果，在对学生学习兴趣的提高、动手能力的锻炼、团队合作精神的培养、学生基本素养的养成[10]等方面起到了积极的促进作用。另外，该课程教学改革措施已在其他课程教学中得到了发展和应用，为其他专业课程教学改革指明了方向。

参考文献：

[1]刘文秀，等.项目教学法在PLC应用技术教学中的应用[J].现代计算机，2019（8）：60-62+71.

[2]孙汉卿，等.新工科背景下可编程控制技术课程教学改革与实践[J].教育现代化，2019（61）：65-67.

[3]杨冰，黄书童.翻转课堂在PLC控制技术教学中的应用与研究[J].教育教学论坛，2019（24）：167-168.

[4]王勋.基于CDIO的电气控制与PLC应用技术课程教学改革探索[J].赤峰学院学报（自然科学版），2019（4）：146-147.

[5]程阔.竞赛机制导向下的“三位一体”教学实践探索——以《自动线安装与调试》课程为例.阜阳职业技术学院学报，2016（3）：37-39.

[6]李梅.“教学做赛”四位一体教学模式的研究与应用——以《电气控制系统组装与维修》课程为例[J].贵阳学院学报（自然科学版），2019（3）：48-51.

[7]黄礼万，潘德龙.机床电气控制技术课程教学改革与实践[J].高教学刊，2019（12）：132-134.

[8]于群.电气控制技术与PLC课程教学改革研究[J].智库时代，2019（24）：279-281.

[9]马传奇.竞赛机制下《电气控制系统组装与维修》课程改革[J].福建茶叶，2019（8）：132-133.

[10]王蓓.构建“竞赛导向”机制切实提升学生的核心竞争力——以江苏旅游职业学院烹调工艺与营养专业为例[J].河南教育（职成教），2018（8）：34-36.

（责任编辑：林丽华）