关于教学资源在预备技师班教学中的应用

2011-07-07胡煜慧陕西航空技术学院陕西汉中723000

职业教育研究 2011年10期

关键词：梯形图控制电路电教

胡煜慧（陕西航空技术学院陕西汉中 723000）

关于教学资源在预备技师班教学中的应用

胡煜慧
（陕西航空技术学院陕西汉中 723000）

预备技师班课程的特点，一是教学内容综合性强、知识面广，二是课本内容概括性很强。因此，要充分利用有限的教学资源，激发学生学习的积极性，提高学生的学习兴趣，使课堂教学效率最大化。

教学资源；预备技师；教学；应用

我国在职业教育领域积极探索，实行了 “预备技师”培养考核制度。我院于2006年开办了预备技师班。预备技师班课程的特点，一是教学内容综合性强、知识面广。例如，《数控机床电气控制》课综合了电工、电子、计算机、电机与拖动、自动控制、检测技术、数控机床等学科的内容。二是课本内容概括性很强。有些内容只给出一个结论，有些理论分析比较粗略，还有少数知识点学生甚至没有接触过。这些会给教师备课和授课增加很大难度，同时也给学生听课和接受新知识增加一定的难度。目前，职业学校的教学方法和教学手段都很完善，但教学资源都是很有限的。为此，针对教材的结构特点和学生的知识结构特点，在教学过程中，要具体分析课程的特点，充分利用有限的教学资源，激发学生学习的积极性，提高学生的学习兴趣，使课堂教学效率最大化。笔者现主要从以下两个方面论述。

充分利用有限的学科资源

专业理论知识都是以专业基础知识和其他相关专业知识为基础的。以《数控机床电气控制》课的PLC部分为例，可编程序控制器（简称PLC）是现代工业控制必不可少的一个组成部分，在讲解“PLC工作原理”过程中有一个重点、两个难点。重点是基本编程语言：梯形图；难点是PLC控制过程及PLC控制过程的实现。在教学过程中，学生对PLC工作原理的理解和掌握有很大难度，不理解这部分内容的作用和学习的意义。对上述难点的解决情况是学生对重点知识掌握程度的关键影响因素，对学生日后的编程学习、PLC实际应用至关重要。

在教学过程中，教师应根据课程设置、教材结构和学生的知识结构，充分利用学科资源，将学科间知识有机联系起来，找准切入点，使课堂的教和学都变得轻松、简单。

PLC是在传统继电器控制的基础上发展起来的，将PLC的控制和传统继电器控制有机联系起来并进行比较，找出它们之间的共同点和不同点，突出重点和突破难点，能加强学生的理解和记忆，牢固掌握所学知识，使课堂教学效率最大化。笔者常从实例“三相异步电动机正反转控制”讲起，以传统继电器控制为切入点，从三个方面进行分析比较。

（一）控制电路的比较

传统继电器控制电路是靠传统继电器实现的，有实际的物理器件和硬接线，如图1a所示。PLC控制电路由输入信号、PLC和输出负载组成，如图1b所示。输入信号是由安装在机床床体或控制柜面板上的开关传感器提供的，不占用控制柜的物理空间。PLC的输入端口与输入软继电器相连，接收现场的输入信号，驱动输入软继电器工作。输入软继电器的触点供程序使用。程序是用梯形图语言编制的控制程序，通过程序指令和编程元件驱动输出软继电器的线圈，将输出信号通过输出端口驱动它外面的负载。其中的输入软继电器、输出软继电器相当于传统继电器，而程序则替代了传统继电器的硬接线。

（二）梯形图与传统继电器控制电路的比较

梯形图是PLC的编程语言，如图1c所示。它在形式上类似于传统继电器的控制电路，用传统继电器控制电路的控制过程来编程。它的分析方法沿用了传统继电器控制电路的分析方法，如使用继电器、线圈、常闭触点、常开触点、串联、并联等术语。与传统继电器控制电路比较，梯形图又有其自身的特点。（1）逻辑行。梯形图排列顺序从左到右，从上到下，最左边为输入母线。编程元件的常开触点、常闭触点的各种连接以及软元件的线圈组成一个逻辑行。整个程序的逻辑行呈梯级分布。（2）名称。使用软继电器的名称。但软继电器不是真正的物理继电器，而是PLC内部编程元件。它实际上是一个存储单元，当对应的存储单元为“1”时，表示软继电器线圈“通电”，其常闭触点断开，常开触点闭合；反之亦然。（3）触点个数。传统继电器的触点是有限的，而软继电器的触点有无数个。取用软继电器的常开常闭触点实质上是为了读取存储单元的状态，而存储单元的状态可以无限次地读取，但线圈只能使用一次。（4）能流。传统继电器控制电路是靠电路中的电流来驱动工作的，而梯形图是一种编程语言，其左边的母线相当于电源线。为便于理解，在梯形图中引入了一个假想的电流，称为能流。能流从母线流入，并且只能从左向右，从上到下单向流动。（5）工作方式。在继电器控制电路中，当电源接通时，并联电路同时接通，属并行工作方式；而梯形图中的扫描方式是从上到下进行的，称为串行工作方式。

图1 三相异步电动机正反转控制图

（三）控制过程的比较

以三相异步电动机正转控制为例。传统继电器控制电动机正转分析如下：按下SB2，KM1线圈通电，KM1联锁点断开，KM1主触点闭合并自锁，电动机M正转。PLC控制电动机正转过程分析如下：按下SB2，输入软继电器I0.0线圈通电，它的联锁触点先断开，然后常开触点闭合并自锁，输出软继电器Q0.0的线圈通电，它的外部输出触点闭合，驱动外部负载KM1线圈通电，KM1触点动作，电动机M正转。通过这样的对比分析，学生很快就突破了难点，掌握了重点，不仅加深了对以前所学知识的理解，而且能很自然地进入新知识的学习阶段，大大地提高了学习积极性和主动性。这样，课堂教学效率自然也就提高了。

学生在掌握了梯形图的基础知识及PLC控制过程的实现方法之后，就可以通过PLC实验室进行操作练习，加深对相关知识的理解和记忆，提高动手能力，并用所学理论知识去解决实际操作中遇到的问题。

充分利用电教资源

充分利用电教资源，是现代化教学的需要，是素质教育的需要，是培养21世纪合格人才的需要。恰当地运用电教资源能使课堂教学形象、具体、生动、直观，能理清概念，化难为易，化静为动，化繁为简，使具体的画面与抽象的理论内容紧密联系，从而激发学生的学习兴趣。恰当地运用电教资源还能突破传统教学方法的局限，挖掘教材的内在潜能，帮助学生构建完整的知识体系，让学生充分感受、理解知识产生和发展的过程，开阔视野，有利于培养学生的创新意识和能力，从而使课堂教学效率最大化。

电教资源包括现代化教育技术和现代化教育手段。电教方法和电教设备很多，不是所有课程的内容都适合电教，要具体分析课程的特点。充分利用电教资源包括以下几个方面的内容。

（一）充分利用网络资源

在课前准备阶段，要备好课，就要充分利用现代化教育技术，如计算机网络技术。教师个体的知识是有限的，对课程涉及的内容不一定都很了解，特别是在专业知识方面，为了备好课，需要查找大量资料。如果从书籍中查找，一方面，很难备齐所有相关书籍；另一方面，要花费大量时间和精力。互联网已经成为人们日常活动不可或缺的一部分。它的高速性、交互性、资源共享性为师生快速准确地查找并摄取知识提供了可能和有力的保障，让教师备课能节省大量的时间和精力。

（二）充分利用课件制作技术

要上好电教课，就要掌握电教技术。教师不仅要掌握本学科知识，还要掌握现代教育技术，如计算机技术、多媒体技术、课件制作技术等。这样，以电教理论指导工作，可以把握方向和目标，抓住重点，尽最大可能提高课堂教学效率。

例如，在《电工电子技术》理论教学中，“电流”是一个很抽象但又实际存在的客观事物。它看不见、摸不着，表面上看到的只是电线和用电设备。电流流通的原理和工作过程在宏观世界里是看不到的，这是电流教学的一个难点。电流的定义是：“电荷的定向移动形成了电流”。为了能把“电流”的定义和电流流动的微观运动形象直观地表达出来，便于学生理解，就可以利用计算机和多媒体软件制作出导体的微观结构及导体中正负电荷移动过程的课件，用不同的图形符号和颜色分别代表正电荷和负电荷，再画出一个与实物相似的电路图，电路图中包括电路的基本组成部分：电源、开关、导线、灯泡等。在用计算机演示的时候，开关的闭合与断开、电路内部正电荷和负电荷的运动方向以及灯泡的亮与灭都用不同的方法和颜色表示，并以动画的形式表现出来。这样化静为动，让书本上静止的文字“动”起来，能充分、有效地传达授课者所要传输的信息，传达出授课者无法或难以用语言表达清楚的概念、信息以及一些远离我们生活的事物的本质，帮助学生轻松突破学习难点。此外，多媒体课件具有文字、图片、动画、声音等信息同步的特点，能给学生以视觉、听觉上的冲击力，让学生在“视”中感受形象美，在 “听”中感受音韵美，在“想”中感受学习美。

（三）搭建虚拟实验教学平台

实践是对学生理论知识掌握程度的直接检验。理论指导学生的实践，而实践反过来又让学生更加明确学习理论知识的目的和重要性，给学生提供学习的动力，使学生在课堂上集中精力，积极探索，从而提高课堂教学效率。实验室是保证实践教学目标实现的重要物质基础。但实验室建设周期长、投资成本高，并且只能进行一些基础的实验和操作，有些实验耗材量较大，实验设备和实验所需的元器件造价很高。为此，我们必须充分利用电教资源弥补实验室的不足。利用好的电教资源，甚至可以讲、学、练一起进行，缩短教学周期，扩大教学容量，提高教学效率和教学质量。

虚拟实验是通过多媒体技术和仿真技术的有机结合，虚拟出逼真的实验场景，能给学生带来与进行实际实验操作相类似的实践体验。作为实验教学的重要辅助手段，一方面，虚拟实验可以大大提高实验效率和效果，拓宽学生由感性认识上升到理性认识的途径，使学生在愉悦和主动的思维中牢固地掌握知识；另一方面，虚拟实验能更好地完善实验教学的结构。由于虚拟实验不受时间及空间的限制，学生可以随时自主完成，从而能更好地激发学生的创造性思维。

搭建虚拟实验教学平台就是利用计算机的硬件和仿真软件，构建一个模拟实验环境，达到实验的目的和要求。现简要介绍电工电子专业常用的仿真软件Multisim10，它也被称为万能仿真软件。Multisim10有许多版本，用户可以根据自己的需要来选择。在教学中，要用到Multisim10教育版。Multisim10教育版的特点是：（1）采用直观的图形界面创建电路。在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）带有丰富的电路元件库，能提供多种电路分析方法。（4）作为设计工具，它可以与其他流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）它还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比在实验室更灵活的方式进行电路实验，学生通过观察仿真电路的运行情况，可熟悉常用电子仪器的测量方法。

Multisim10教育版的计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的问题。Multisim10教育版的一大突出特点是：有一个模仿实际电路元器件的虚拟元件图形库。例如，做一个简单电路组成实验。电路图中包括了电路的基本组成部分：电源、开关、导线、灯泡。具体实验步骤为：（1）画出电路原理图。电路原理图中用到的电气符号不是实际元件的外形。（2）利用软件本身具有的电路检查功能检查电路原理图的正确性。（3）若电路无误，就可以对照原理图调用虚拟元件图形库中的元件搭建仿真电路，虚拟元件的图形与实际元件外形一样。（4）学生可以像实际进行电路接线一样，用导线把电路元件连接起来。（5）用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。在电路中选用了相应的虚拟实验仪器后，就可以将需要观测的电路点与虚拟仪器面板上的观测口相连，对电路的各个物理量进行观测。如要测电路中某个点的电压，可以用虚拟电压表；要测电路中的波形，可以用虚拟示波器（可同时观测电路中两个点的波形）。

利用Multisim10教育版学生可以很好地、很方便地把学到的理论知识用计算机仿真出来。学生就仿佛置身于一个真实的实验环境，能够聚精会神地把一个实验从开始到结束完完整整地做下来。如果在实验过程中出现问题，学生不仅要把问题分析出来，而且还要根据所学的知识把问题解决，实验才能进行下去。整个过程可使学生的理论知识和实际操作、动手能力有质的飞跃，极大地提高学生的学习热情和积极性，真正做到变被动学习为主动学习，提高学习效率。

计算机仿真与虚拟仪器应用对教师提高教学质量也能起到很好的促进作用。通过Multisim10教育版搭建的实验教学平台，教师可以足不出户，将理论教学——计算机仿真——实验等教学环节紧密地结合起来。

教学资源虽然有限，但教育工作者应不断研究、积极探索，充分利用有限资源，为学生学习知识开拓阳光大道，使他们顺利地学有所成。

[1]刘锴，周海.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2]舒大松.数控机床电气控制[M].北京：中央广播电视大学出版社，2007.

[3]黄立培.电动机控制[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4]蒋本珊.计算机组成原理（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2008.

[5]沈鑫剡.计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2008.

[6]郭平.全新版多媒体课件设计与制作[M].西安：西北工业大学出版社，2006.

[7]张孝三.电工学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2001.

（本文责任编辑：谢良才）

G712

1672-5727（2011）10-0128-03