PLC课程教学中任务驱动教学法的应用研究

曹吉花，李 彪，岳明道

宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州，234000

1 问题的提出

PLC作为当代工业自动化技术的三大支柱之一，应用越来越广泛。凡是涉及工业控制的地方，都可以见到PLC的身影，无论是数字量还是模拟量，无论是过程控制还是状态控制，都可以用PLC实现。PLC已成为自动化控制的主流。

PLC课程作为一门应用性较强的课程，有其自身的特点，即知识覆盖面广，内容丰富，既有工作原理又有编程指令。学生不仅要掌握PLC的基本内容，更要能应用PLC进行工程控制。这就要求教师在教学过程中很好地组织教学，采取有效的教学方法，活跃课堂气氛，激发学生的求知乐趣，以提高学生学习的主动性和积极性。目前，一些学者探讨了项目教学法、行动导向教学法以及构建主义学习理论在PLC课程教学的应用，并取得许多研究成果。本文以构建主义学习理论为指导，探讨任务驱动教学法在PLC课程教学中的应用，以期为PLC课程教学方法的革新提供参考。

2 任务驱动教学法与PLC课程教学分析

任务驱动教学法[1-3]是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法。学生在学习的过程中[4]，在教师的帮助下，围绕一个共同的活动中心即任务，在强烈的问题动机的驱动下，积极主动地应用学习资源进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，完成了实践活动。任务驱动教学法改变了传统的教学模式，让学生主动参与，调动学生学习的兴趣与积极性。

虽然PLC课程内容比较多，但是可以对教学内容进行整合[6]。比如，可以把指令分成基本逻辑指令、顺序控制指令和功能指令，在基本逻辑指令内容里，再细化教学内容，分成基本触点指令和定时器、计数器指令。针对不同的内容，在教学过程中，提出一个个不同的任务，比如对于基本指令的内容，教师可以布置学生完成电动机的起动、制动及反转控制；对于定时器、计数器指令，教师可以布置学生完成交通灯、报警器等控制程序的设计；在学习完顺序控制指令和功能指令后，可以让学生完成水塔水位控制、运料小车、自动售货机及电梯控制等系统的程序设计。教师也可以把自己所承担的科研项目，按照教学内容要求分解成一个个任务,要求学生完成项目时，不能简单地要求学生完成程序的设计，而是要求学生从实际的工程角度完成项目。

3 PLC课程教学中任务驱动法的应用

任务驱动教学法的核心是任务的设计，任务贯穿于整个教学过程中，所有的教学活动都围绕任务展开。一个好的任务应具有可行性、有价值、情景化和可持续性等特征[5]。驱动性任务是课堂教学的主线，师生都应紧紧围绕这个任务。下面以交流双速电梯PLC控制程序设计、温度监测与控制系统中PLC的应用为例，阐述“任务驱动教学法”的实施过程。

3.1 结合工程实际，提出项目任务

PLC作为现代化的自动控制装置已普遍应用于工业企业的各个领域，是生产过程自动化必不可少的智能控制设备。电梯在工业生产、建筑、商贸、楼宇自动化等行业中的应用越来越广泛。基于PLC的电梯控制系统的设计是PLC对数字量的控制，温度监测与控制是PLC对模拟量的控制，这两个都是PLC教学中具有典型意义的实例，而且学生在教师的引导下可以完成这些任务，即该任务具有可行性；交流双速电梯PLC控制程序设计、温度监测与控制都紧密联系生产或生活实际，而且与课程教学目标一致，因此这样的驱动性任务有价值、有意义，且有可持续性。任务驱动教学法的核心是任务的设计，任务的设计直接影响学生的思维能力和创造能力的发挥，从而影响任务驱动教学法的成败。因此，教师设计的任务一定要目标明确、切实可行。

3.2 分析项目要求，确定控制流程图

在学习数字量控制指令后，教师引导学生对交流双速电梯PLC控制系统进行分析，明确主电路与控制电路，在查找资料的基础上得知，交流双速电梯PLC控制电路主要由电梯的启动、平层控制、电梯的换速控制、电梯的选向控制、楼层感应电路的控制、轿内指令及厅召唤电路的控制等七部分组成。在学习模拟量控制指令后，教师对温度监测与控制系统进行分析，在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成0～5 V的电信号(对应温度为0℃～100℃)，送入EM235的4个模拟量输入通道，PLC读入4路温度值后，取平均值作为被控系统的实际温度，若被测温度超过允许的范围，按控制算法运算后，向被控系统送出控制信号。控制程序的编写即是这一项目的任务。对双速电梯的控制可以分成7个部分，每一部分作为一个任务布置给一组学生，并据此形成学生完成项目的任务单，学生拿到任务单后，分组讨论，讨论本项目中控制程序所应完成的内容，画出控制程序的流程图，然后由每一小组推荐一名思路清晰、编程能力较强的学生作为组长，把本组学生的讨论结果及控制程序的流程图向老师汇报，并在听取教师意见的基础上进行修改，根据流程图绘出控制系统的功能图。功能图[7]是一种描述顺序控制系统的图形表示方法，是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能性说明语言。它能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具，因此，要求学生必须完成具体任务的顺序功能图的设计。其实，画功能图也是程序设计的重要一步，学生只有思路清晰、控制目标明确，才能画出正确的流程图。任务驱动教学法能否成功应用于PLC教学也取决于学生能否正确地理解系统的控制要求及画出切实可行的流程图或顺序功能图。

3.3 完成控制程序的设计，完成任务

学生完成控制系统的流程图设计后，要求学生选择一种PLC编程语言，编写出控制程序，利用S7-200PLC仿真软件进行仿真，结果正确后，再到实验室在PLC上连接好外围电路，实际运行控制程序，同时用电脑监控程序的运行。当所有小组都完成自己的任务时，温度监测与控制系统、基于PLC控制的双速电梯控制系统的设计就完成了。最后讨论，学生自我评价项目的实施情况，并及时总结自己在本项目的实施过程中所取得的经验和体会。通过实际动手自己编写验证控制程序，学生不仅能掌握PLC指令的使用，而且对PLC在工程实际中的应用也有大致的了解。PLC是一门以应用为主的课程，教学目的是让学生能应用PLC指令对应用系统进行设计，通过“任务驱动教学法”学生能较快地掌握指令的使用，而且学习的兴趣也得到了提高。

教师在这一阶段，对于能独立完成项目的所有学生都应及时地给予鼓励，对于能力欠佳的没有独立完成任务的学生，教师和学生一起分析原因，及时地给予帮助，并在后续的教学中多给予关注。

参考文献：

[1]刘武娟.任务驱动教学法[EB/OL].[2012-09-26].http://training.teacher.com.cn/information/center/StudyGuide/gaozhong/xinxi/jfyj/34X110060701.html

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[6]陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京:电子工业出版社,2006:116-120

[7]王永华.现代电气控制与PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003:152-153

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