可编程控制器(PLC)教学模式改革

田淑珍

(天津工程职业技术学院,天津市 300280)

PLC(可编程控制器)的应用是从事自动控制及机电一体化专业工作的技术人员不可缺少的重要技能。PLC是一门实用性很强的专业课,因此这门课应以培养综合性技能型兼顾应用型人才为目标,在PLC教学中以行动为导向,应突出“学、用”结合,“工、学”结合等职业教育的特点。以行动为导向的教学强调人是主动,不断优化和自我负责的,能在实现既定目标过程中进行批判性的自我反馈,学习不再是外部控制而是一个自我控制的过程。本课程以培养学生对自动化生产线的控制、安装、编程、调试为主,培养学生的创新能力和解决实际问题的能力,同时培养学生的学习能力(方法能力)与社会能力,为了到达这个培养目标,就要求在PLC的教学过程中改变传统的教学模式,将PLC的教学内容按项目进行有机的整合、精练、充实,形成基于工作过程的行动导向的课程体系,进行可编程控制器学习、应用、现场结合及分阶段、分层次、全方位教学模式改革全面的教学改革。PLC教学改革的主要包括以下几个方面:

一、在教学方法上采用“教、学、用”结合的方式,使教学效果得到提高

以培养综合性技能型兼顾应用型人才为培养目标,突出实践应用的职业教育的特点。通过“学、用”结合由浅入深地培养学生的学习兴趣,并通过实训和应用,让学生学会应用可编程控制器实现一定的控制任务,提高学生的应用技能。主要解决问题的方法是结合自编教材《可编程控制器原理及应用》(机械工业出版社出版)中的具体实训项目,在可编程控制器实训室进行“讲、练、用”结合的教学,通过编程软件和控制模板的使用,将抽象的指令变成具体的控制,通过“在线”调试,将可编程控制器的内部程序控制过程转换为“看得见”的具体的控制过程,学生便于理解掌握,同时通过具体的项目,应用所学的指令,实现一定的控制任务,使学生在学习过程中有一定的“成就感”,既激发学生进一步学习的愿望,又在实训中培养了学生应用技能。

为了支持教学改革的进行,学院加大了实验室的建设,扩大了实验室的规模,并为实验室是配备了投影仪,将教学现场和实训现场融为一体,将“教、学、用”融为一体,进一步淡化了理论和实践的界限,凸显职业教育的特点。

二、在教学环境上将“实训室和工业现场”结合,使学生的技能水平得到提高

把工业现场的控制模式和环境引入到教学中,让学生熟悉现场,激发学生学习和解决现场问题的欲望,提高学生的职业素质和技能。

在过去的教学中,PLC的实验只是局限于PLC实验室,学生只是通过模拟控制的实验模板进行程序的调试,输入信号是用按钮模拟的,输出信号是用指示灯代替的。这在PLC学习的基础阶段是可以的,即可以在PLC实训室初步学会程序的编制和调试。但是在PLC实训室中,学生并不能了解PLC在工业现场是如何和工业现场的控制设备连接的,如工业现场为PLC提供输入信号的各种传感器如何和PLC的输入端连接,PLC的输出端又如何和工业现场的执行设备连接,所以在可编程控制器实训室学习一段时间后,学生已经掌握基本的编程和调试的技能,并且学生已经具备一定的自学能力,可以根据需要自主学习和提高。此时将学生带到工业现场(或真实反映工业现场的实训室),让学生体会所学的知识和技能在自动化控制领域的具体应用。此时教师需要做的是将现场的控制任务进行讲解,让学生认识到所学的知识和技能与实际应用之间还有一定的差距,还有必要进一步的学习和提高。

在学生求知欲望、尝试的欲望被调动起来以后,教师此时需要将现场的大的控制任务进行分解,分解成几个单一的、具体的小的控制任务,并进行分配,由学生分组解决,最后统一调试,直至成功。在这个教学过程中,控制任务是中心,学生是主体,教师只需要给学生提供必要的帮助,如提供一些资料和解决问题的途径,细致具体的任务一定要放手交给学生去做、去发挥、去创新。控制任务完成时,学生已经在实践中学会了可编程控制技术并掌握其应用的技能,除此之外,更重要的是学生自主学习的愿望和能力显著提高、学生的团队精神和协调沟通能力显著提高、学生的职业能力和职业素质显著提高。在实践中实现了真正意义上的素质教育。

在我院,这个教学过程是在一个模拟现场实际的“机电一体化柔性装配系统PLC控制实训室”进行。该实训室是学院为了支持教学改革,实现与企业零距离接口的培养目标而筹建的,该实训室创设了理想的工业场景:M e093399型机电一体化教学系统是以工业生产中的自动化装配生产线为原型开发的模拟现场的教学、实训综合应用平台。整条生产线充分展现了实际工业生产中的典型部分和工业场景。

三、在基础阶段教学和提高阶段教学采用不同的教学方法,灵活性教学引发学生的学习兴趣

在过去PLC教学的全过程都是以教师讲解为主,教师是主体,教师是领跑者。这种教学方法在形式上感觉教师很勤奋,教学水平很高,但是它扼杀了学生的创新能力和自主学习的能力,因为教师在教学过程中做的太多了,给学生锻炼自己的机会太少了。因此,应根据学生学习的需要,在其学习不同的阶段采用不同的教育方法。

基础阶段是学习、应用PLC入门的阶段。基础阶段的教学以“教、学、用”培养兴趣、轻松入门为主。在此阶段教师要给学生较多的引导和示范,在此基础上学生学习并练习使用。

提高阶段教学以“项目引导,任务驱动”为主,在此阶段学生主要通过的自主学习、实践来解决实际的问题,完成具体的控制任务。

教师在这两个阶段要注意“角色”的转移,由在基础阶段的主动的引导和示范者转换为项目和任务的制定者、观察者。在提高阶段要把更多的机会留给学生,让学生更多地锻炼自己,培养学生的创新精神。

提高阶段也是显示个体差异的阶段,是学生经过一段时间的学习实践分出层次的阶段,是“精英”领跑的开始。通过这个阶段的观察,教师要充分了解每个学生的能力和其选择的发展方向,把“精英”挖掘出来,让其发挥“领跑”的作用。

四、采用一般要求和因材施教结合的分层次教学

在过去的教学中,全班所有学生的教学进度及难易程度都是一样的,是严格按教学计划执行的,而教学计划只是考虑了一般“大众”的情况。在教学实际中出现有的同学跟不上,逐渐丧失学习的兴趣;有的同学“吃不饱”,又不知道该做什么,而白白地浪费时间和精力。因此需要在教学的提高阶段,在学生的能力差异逐步凸显出来时,根据学生能力和发展方向的差异,分层次教学,因材施教,教师要根据学生的实际需求给予不同的指导和帮助,“对症下药”。控制任务和项目的难易程度要有所不同,控制任务和项目的给出要有针对性,给学习能力差的学生多一点耐心,让其多一点自信,让其跟上;给学习能力强的学生多一点压力,多一点难度,让其多一点创新,进一步挖掘“精英”的潜力,将现场较复杂的控制任务交给他们去做、去开发,同时为他们提供更多的教学资源,更好的实训条件,使其得到充分的发挥,未来他们将是学院的“机电专业形象大使”,学院的骄傲。

五、把“自编教材、自制网络课件和www.ad.siemens.com等相关的网络的应用”相结合,充实和提高了教学内容

自编教材《可编程控制器原理及应用》(机械工业出版社出版),紧密结合实训设备和实训项目。通过该教材,学生可以在实训室自主学习,必要时老师进行辅导或通过校园网,利用可编程控制器精品课网络课件,进行学习、解惑。这种全方位的学习方法主要用于培养学生的学习能力,同时方便学生的学习。

对于有兴趣和精力的同学还可以推荐其访问www.ad.siemens.com网站和工控网等相关的网站,及时吸取新的知识和新的工艺。

六、以考取高级电工证、参加技能大赛及与专业有关的顶岗实习代替毕业设计,实现一书多证高职教学目的

和可编程控制相关的毕业设计也可以是多种形式的,我们试行的方法有:

以经过培训考取高级电工证,或参加“自动生产线安装、编程、调试技能大赛”并进行书面总结代替毕业设计。取得“高级电工证”和参加“自动生产线安装、编程、调试技能大赛”都离不开PLC在生产中的实际应用,也是以PLC为核心的多门专业课(如变频器、自动检测技术、液压与气动技术等)的综合应用,这也是对学生综合应用技能提高的培养。这样既解决了毕业设计只是形式、过程的问题,同时也培养了学生的职业技能及就业的能力。

还可以通过参与解决现场实际问题或通过参加和专业有关的“顶岗培训”的实践及书面总结作为毕业设计,并鼓励学生进行实际调研,进行立项,通过所学解决实际问题并积极进行推广。

七、“理论考试和实训考试”相结合,促进学生成绩从笔试效果到与技能水平考试成绩的有机结合

为了配合PLC教学改革的实施,在考试和成绩评定上改变了传统的考试模式和评价体系,形成了“理论考试和实训考试”结合的综合考核及评价体系,以准确的反应学生的综合能力和职业素质。

首先在结课后进行实训考核。实训考核主要用来检查学生实际操作技能和学生所学知识的应用能力。实训考核在PLC实训进行,准备难易相当的不同的控制任务,由学生抽签择题,在45分钟内独立完成。

实训考核结束,统一进行理论考试。理论考试主要用于检查学生对本课程基础知识点的全面掌握,考试范围较宽,注重基础。理论考试以闭卷笔试的形式进行。为了使学生的成绩更准确地反应学生的能力水平,成绩核算按下列比例进行:

成绩核算方法及比例

可编程控制器的教学改革在机电工程系自动化和机械制造及其自动化学生中推行。在教学改革后,对学生的学习积极性的培养、自主学习能力的培养、操作技能及应用技能的培养都起了极大的促进作用。对该专业课感兴趣的同学多了,课余时间呆在实训室的训练的同学多了,主动学习解决新问题的同学多了,取得高级电工证的同学多了,积极准备参加技能大赛的同学多了,学习之风蔚然升起。“教、学”助长,在教学改革的推动下,教师更加敬业,更加钻研专业知识,积极主动地学习自动化领域的新知识、新工艺。

通过教学改革达到了教学目标的要求的培养综合性技能型兼顾应用型人才的人才培养目标,在教学中培养了学生的创新能力和解决实际问题的能力,同时培养了学生的学习能力(方法能力)与社会能力。从在校生和毕业生及用人单位的反馈的信息中证明这种教学改革的效果是好的。

[1]姜大源.当代德国职业教育主流教学细想研究[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]田淑珍.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]田淑珍.S7-200PLC原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2009.