《电气控制与PLC》课程培养学生问题解决能力的研究

王茜

（广州市机电高级技工学校 广东 广州 510435）

《电气控制与PLC》课程培养学生问题解决能力的研究

王茜

（广州市机电高级技工学校 广东 广州 510435）

《电气控制与PLC》是一门实践性很强的课程，强调在机电、自动化专业的灵活应用。学生学知识是为了用知识，即用所学的知识来解决各种各样的问题。本文通过问题及问题解决性质的阐述，说明了问题解决的一般模式，提出了在《电气控制与PLC》课程中培养学生问题解决能力的一般方法。

电气控制与PLC；问题解决；心理定势，功能固着

《电气控制与PLC》是一门实践性很强的课程，强调在机电、自动化专业的灵活应用。学生学知识是为了用知识，即用所学的知识来解决各种各样的问题。企业普遍认为职业学校学生不缺乏吃苦耐劳的精神，最缺乏的是问题解决的能力，即综合职业能力中的关键能力。因此，在职业院校教学和学习活动中，培养学生解决问题的能力更应占重要地位，尽管在所有的解决问题的过程中都会运用知识，但并不是所有运用知识的过程都是在解决问题，这就涉及教师对问题性质和问题解决方法的把握。

问题解决的性质

什么是问题？问题即情境，是个体想做某件事，但不能马上知道所需采用的一系列行为。我们已有的知识和经验完全能够直接解答的问题不是真正的问题，真正的问题没有现成的答案和解法。这就需要教师在教学环节中提出真正的问题。

什么是问题解决？即在问题情境中超越过去所学原理简单运用而产生一个解决方案。当常规或自动化的反应不适应当前的情境时，问题解决就发生了。它需要把简单原理（包括概念）重新组合，以适用于当前情境。

比如常见的几种控制电路改错训练：

图1 控制电路改错训练图

（a）图考查自锁控制；（b）图考查电动机正反转控制；（c）图考查电气互锁控制；（d）考查点动与连续转换控制。

以上都是通过练习巩固学习新知识。

若给出设计情境：第1台电动机启动5s后第2台自行启动，第2台运行5s后第1台停止，同时第3台启动运转，第3台运转5s后电动机全部停止。学生也只应用顺序控制与时间继电器的知识就能设计电路。

设计金属与非金属分捡控制电路：已学过电动机正反转控制电路和接近开关的用途，未学过电感式接近开关的具体结构、原理、接线图，这就是一个问题，它的解决过程不能利用已知条件直接完成，必须把接近开关和其他一些已学过的机械、电气知识综合运用才能完成。

由此可见问题解决的过程具有的特征：亲自独立地解决新问题，所遇到问题是初次遇到。如果一个问题已经解答过许多遍，就只能算练习、复习或操练；必须将以前的知识重新组织才能完成，仅是照学过的原理就能解答，则只是一个原理和概念的具体化过程，不算问题解决；问题一旦解决，学生的能力将有所变化，能获得新的高级规则，且在以后的问题解决或学习中可直接加以运用。因此，问题解决是一种高级形式的学习。

问题解决的过程与模式

问题解决的学习能使学生获得知识及关于知识的信念，能形成逻辑的、科学的、创造性的思维，认识到教材上知识的实践价值。学生在问题解决过程中可形成探索性地研究问题的心向，并获得探索经验。教师可通过一定的训练帮助学生建立问题解决的模式，培养其综合职业能力。问题解决的一般过程如图2所示：

图2 问题解决的一般过程图

理解并表征问题 并不是当前面临的所有信息和已知条件对解决问题都是必不可少的或是有用的，有些甚至起干扰和迷惑作用。要整理所有有用的信息，完成对问题情境的正确理解，在理解的基础上对问题形成最有效的表征。对一个问题情境，可有多种表征方式，有些可能会妨碍问题的顺序解决，或使问题情境复杂化。例如，用PLC、变频器设计7段速度的恒压供水系统：2台水泵，用水高峰时，1台工频全压运行，1台变频运行；用水低谷时，只1台变频运行。电动机的转速由变频器的7段调速来控制，7段速度与变频器的控制端子有相应的对应关系。在这个问题中，变频器控制端子STF、STR及PID设定是无关条件，不涉及电机正、反转，也不是真正意义的恒压，而是分段恒压，必须加以识别。在理解问题时，学生常把变频器中RL、RM、RH理解为低、中、高速，因此陷入复杂的其余4个速度怎么获得的困境中。而实际上能理解变频器7段调速是由变频器控制端子来选择，而怎样选择？把7段速度进行二进制编码（23），选择控制端子的信号通过PLC的输出继电器Y1、Y2、Y3来控制变频器RL、RM、RH的通断，这样问题变得十分简单。学生走错方向，主要受阅读问题时自然发生形象表征的影响。在实际问题解决中，学生常一看问题就很快明白问题，这主要是因为他们头脑中已有的相应图式被迅速激活，自然会联想出一个顿悟的解决方案，直接进入尝试解答的阶段，如果没有现成的图式可循，就需进入寻求解答的阶段。

寻求解答的阶段 即算法式和启发式。算法就是解答问题所采取的一步步类同的程序。如利用顺控程序编程，画状态转移图，对于每个顺序控制，只要清楚找出所有工作状态，状态转移图就可以顺利完成。启发式中手段目的分析法：将解答目标分成许多子目标，使问题转化为若干个小问题，通过寻求每个小问题的解答而获得对问题的最终解决。如分析镗床控制电路，先分析它有几种运动形式及相应的控制要求，后分析电气控制线路，而控制线路中先分析主电路，再分析低/高速正反转控制、制动、变速，最后是进给变速控制及快速移动电动机的控制。逆向反推法：从问题的目标状态开始，反过来推到问题的已知条件或初始状态，如设计控制电路和PLC程序调试就是反向逆推法中的一种。类比法：从与问题情境类似的其他问题的解答办法中得到启发，寻求问题的解答，如由彩灯循环点亮顺序控制找到十字路口交通灯控制系统的控制思路。

尝试某种解答的阶段 在执行解答方案时，学生常会犯错误。学生常有逻辑地或很有规律地犯“聪明的”错误。比如利用PLC多路输出和进/出栈指令时，学生总是把多路输出与栈指令运用情况混淆。因此，教师对学生在解答中出现的错误仅做一般性的提醒，或是把学习习惯与学习动机做归因，可能是不够的。

评价结果阶段 执行完解答方案之后，还应对解决问题的过程和结果进行检验和评价，以确认该办法是否有效，结论是否可靠。

影响问题解决能力培养的因素

问题情境设置的合理性 教师给出的问题情境刺激与学生知识结构所形成的差异越大，越不利于问题的有效表征，也就越难解决问题。如开始进入PLC学习时，引入正反转控制电路转换成PLC指令的问题。若控制电路图不同，PLC指令就不一样。（a）和（b）实现的控制是一样的，但（a）图编写指令表时会涉及多路输出指令，这对刚学习PLC基本指令时有很大难度，（b）图只需简单的单触点串联即可，较容易实现。

图3 控制电路图

心理定势 学生在过去经验的影响下，解决问题时具有一定倾向性。职校学生很习惯教师四阶段教学法，消极的心理定势使学生解决问题的方法固定化，一旦教师不采用此方法教学，学生根本无从下手解决问题。

功能固着 即把某功能赋予某种元器件的倾向性。如按钮用于接通或断开控制电路，行程开关用于控制运行方向及行程等等。在解决问题时，学生能否改变元器件固有功能适应新问题情境的需要，常成为解决问题的关键。如程序调试，因受实训设备限制，程序运用的接近开关不能提供，学生常会陷入到没有这种接近开关怎么设计和调试程序的困扰中，其实只需用按钮模拟接近开关触点通/断即可；又如学生能用光电开关检测流水线上产品“有”的状态，但对“无”产品经过检测又不知所措。

知识经验 问题解决要依据有关的知识才能为问题的解决确定方向、选择途径和方法，因而学生知识经验的积累也尤其重要。

培养学生问题解决能力的方法

培养学生主动质疑和问题解决的内在动机 教师根据教材设置的问题解决任务，基本类型都明确，学生（尤其是差生）把他们看成是无可奈何的任务，增加解决问题的心理阻力，不利于学生获得学习的乐趣和信心，学习变得被动。成功教学创设的问题情境应来源于生活，且贴合现代新信息、新技术的发展需求。例如十字路口交通灯、机械手、温度控制程序设计，配上相应的实训模板，学生非常想尝试自己设计的程序能达到什么效果。这样，学生的兴趣能较好地得到激发。

帮助学生正确表征问题，且能陈述自己的假设及其步骤 经常训练学生从不同的角度，用不同的方式来表征问题是有好处的，学生可从中获得对问题灵活的、有效的表征经验。画控制电路图、列表、编写梯形图、写指令表等都是常用的方式。学生能够清楚地意识到自己的解题过程，就能自觉地对自己的解题过程和方法加以反思，明白自己理解上的错误和偏差，也能理清自己的思路，有利于及时、正确地归纳和总结解题的经验与方法，进行自我指导和监察。

帮助学生养成分析问题和对问题归类的习惯 在分析的基础上对不同的问题进行归类和组织，有利于获得各种解决问题的方法。比如何时用步进指令比基本指令简单，步进指令编程一般方法，温度控制程序设计用什么方法等都有利于学生解决问题。

指导学生善于从记忆中提取信息 解决问题需要将已有知识、原理、经验加以重新组织，因此要训练学生迅速地提取有关信息的能力。但要防止学生养成总是重复过去方法的做法，鼓励他们从不同的角度、用新方法解决同类的问题。

毋庸置疑，培养学生的问题解决能力，既包括思维或认知的成分，也涉及情绪和动机成分，还有行为成分，这就要求教师更新教育观念、改进教学方法、钻研教学技巧。

[1]简银莲.培养学生质疑能力[J].湖南教育，2000，（17）.

[2]张联朋.提高职业院校学生学习能力的方法研究[J].机械职业教育，2007，（8）.

[3]阮友德.电气控制与PLC[M].北京：人民邮电出版社，2009.

王茜（1977—），女，广东广州人，广州市机电高级技工学校电气讲师，主要从事电气自动化和数控电气维修教学。

（本栏责任编辑：尚传梅）

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1672-5727（2010）11-0088-02