PLC实验课程教学改革的探讨

蔡志荣

（厦门华厦学院实验室管理办公室，厦门 361024）

PLC实验课程教学改革的探讨

蔡志荣

（厦门华厦学院实验室管理办公室，厦门 361024）

为提高实验资源利用率，在原有PLC实验箱的基础上，建设远程虚拟PLC实验平台，配合多层次实验教学内容，满足不同年级不同专业能力学生的实验要求。

PLC 实验平台 实验课程 教学改革

“PLC”实验课是工程技术大类特别是自动化等相关专业课程教学中的一个重要环节。这类实验课既是对相关自动控制理论知识的验证，又可激发学生的学习兴趣，提高学生的学习热情和主动性，从而提高学生对自动控制等问题的分析能力。如果引导得当，还能提高相互协作的团队意识与创新精神。

民办本科院校因办学成本压力，提高教学资源利用率成为实验管理的重要内容。为了提高PLC实验课程的教学效果，在满足基础实验设备的前提下，采用分小班分批进行实验，并借助学校局域网的开放条件进行仿真模拟实验，既提高了学生自行实验的自由度，又增加了课余实验时间，为提高实验教学质量提供了保障。

1 PLC实验教学问题分析

实验课主要培养学生对理论的感性认识，并提高其动手能力。如果能够在理论基础上进行专业思考，则可激发学生的创新热情。随着高等教育规模化的进行，实验投入相对不足。PLC实验教学存在不少问题，主要表现在以下三个方面。

第一，实验教学模式落后，学生学习兴趣不高。多数高校特别是近年专升本的高校，PLC实验因实验箱特性所，限主要以示范性和验证性实验为主。教师成为实验的主体，学生成为配角。学生只能根据实验指导书中的实验操作步骤、实验流程及程序内容，被动地完成实验操作过程，被动地等待实验结果。整个实验过程几乎不能锻炼学生独立思考专业问题的能力，学生对相关控制主体的想法难以在实验过程中得到验证。因此，学生完成实验后，只能对所学的知识停留在实验内容的记忆上，难以照顾到学生的学习热情与自我学习，影响学生的学习积极性。

第二，无法锻炼学生的综合性与创新性。这种程序性实验项目几乎不能发挥学生的学习主动性和积极性，也难以锻炼学生独立思考与团队协作进行分析问题和解决问题的能力。学生的学习潜力没有充分挖掘，学生的独立思维能力、技术应用能力、工程应用能力和综合创新能力锻炼不足，学生的工程技术应用能力不能得到应有的训练。

第三，无法锻炼学生共同解决工程技术问题的能力。PLC实验箱的实验课程没有发挥不同学生的长处合作完成实验项目，没有锻炼学生分角色分工协作完成具体的工程技术问题的能力，也没有训练学生团队指挥、团队合作等能力，更没有把学生学习兴趣、专业特长和工程技术问题有机结合，从而利用集体力量解决工程技术问题。

2 多层次PLC实验平台的构成与功能

目前，PLC实验课程主要因为实验设备（主要是PLC实验箱）的限制，基本只能实现交通灯、彩灯、电机等简单的PLC实验的单一功能，且兼容性不强，导致实验内容和方法单一，自主开放程度不高，课程的创造性不足。这种情况进而导致教师教学与学生实验的热情不足，积极性不高，教学效果一般。可见，PLC实验平台建设是PLC实验课程教学改革的物质基础，是实验课程教学改革能否成功的重要部分。

2.1 构建多层次PLC实验平台

将虚拟PLC仿真技术、虚拟通信技术、工业组态软件技术和网络技术有机结合起来，建设物理与虚拟相结合的多层次实验平台，是目前技术与经济条件下较为便利的选择。这种多层次资源共享的开放式PLC实验平台，不仅可以在原有实验平台上进行全部实验项目与内容，还能够满足学生自行设计实验项目，完成综合性、创新性的PLC实验项目，为学生的自主学习和自我学习提供物质基础，为PLC实验教学改革提供技术支持。

该实验平台在现有PLC实验平台的基础上，增加PLC编程软件（含PLC仿真软件）、虚拟串口和组态软件组态王等软件，以及远程网络平台。

在PLC实验室的服务器或PC主机上安装PLC编程软件（含PLC程序仿真功能），这样就变成了虚拟PLC，即在PLC编程软件中编写相关程序，编译后存入PLC仿真程序中，通过运行PLC编程软件，即可模拟PLC运行，即可以进行PLC模拟实验项目。

远程网络平台可以实现资源共享和远程学习。学生可以在学校内的任何场所通过学校局域网对该PLC虚拟实验平台进行访问，并通过访问虚拟实验平台实现实验室资源共享。学生可以在任何时段利用远程PLC实验完成实验平台的所有实验项目。如果配备网络摄像设备，还可以进行远程教学，完成远程实时师生互动。

2.2 多层次PLC实验平台的功能

该平台集合了物理平台与虚拟平台的优点，主要功能如下所述。

第一，界面功能强大，可充分利用微软操作系统的图形功能，直接进入开发界面并方便绘制出各种工业与工程图形，提高了开发的便利性与效率。

第二，模块丰富、功能强大，模块功能丰富，可以满足学生与教师在现场与远程实验过程中的测控要求。

第三，兼容性与开放性良好，支持多种通信协议，能够兼容多种硬件设备，既可以获取低层设备采集的数据，也能与应用管理软件连接进行数据交换。

第四，带有功能强大的数据库及语言丰富的可编程命令，可满足多层次工程开发需求。

3 PLC实验课程教学改革设计

PLC实验内容涉及电工技术、可编程序控制器与应用、微机原理及应用等相关专业的基础或专业课程，是电类、自动化类等相关专业的重要实验课程。所以，实验课程教学改革首先要解决课程的通用性即适用于多个专业，需要设计出适用于各个专业的统一方案。同时，又要满足不同专业的个性化需求，即具有一定的机动性和灵活性，并为需要进行自主开发的学生提供向上的发展空间。

也就是说，PLC实验设备升级在满足学生进行验证性实验的基本前提下，能够为有兴趣的学生提供综合实验和创新实验的条件。可以根据实验条件和企业对相关人才技能的要求对实验教学内容和实验项目升级。实验内容以学生自主实验、渐进式及模块化为导向，按基础实验、应用实验、综合实验和创新设计四个层次进行设计。

第一，基础型。要使学生了解PLC控制技术的基本知识与理念，为日后的理论与实验教学与学习打下基础。利用实验箱完成基础型实验项目（如灯泡的开关控制、数码管显示等）的训练，使学生了解并逐渐熟悉PLC的基本硬件构成与相关知识，熟悉PLC和触摸屏的指令代码（如逻辑指令、计数器指令等），并学会程序调试。

第二，应用型。主要训练控制各类电机，通过实验提高PLC控制电机的能力，理解并逐渐掌握PLC控制器和电机驱动的原理，提高理论应用于实际工程技术的能力，从而加强和巩固理论和实践相结合的能力。

第三，综合设计型。可以利用PLC虚拟实验平台完成综合实验项目的训练，逐渐学会使用各功能模块，了解并逐渐熟悉搭接各功能模块之间电路，培养学生项目实践能力与工程技术意识。指导教师可在规定时间进行远程指导，对部分能力强的学生训练PLC控制技术的各种应用技能，初步形成专业知识与技能整合的能力，增加学生在工程设计的系统性与整体性的感性认识，并逐渐形成系统、整体的设计理念。

第四，开拓创新型。对少数专业能力特别强、对PLC兴趣极高的学生，组建兴趣小组形式。利用课余时间进行开拓创新实验，在老师指导下逐渐建立工程技术实践知识框架，挖掘这类学生的学习潜能。一般可以由教师提出选题方向，学生独立完成或小组完成选题与系统设计。这类开放性实验项目一般与企业实际结合紧密，能够解决企业实际问题，如水处理系统的PLC控制系统设计、锅炉供暖的PLC控制系统设计等。

4 结论

PLC实验课程多层次教学体系可对应不同专业、不同年级的学生。低年级主要对应基础与应用型，是机电相关专业的学生都要掌握的工程技术基础理念。高年级对应综合设计型，增强机电类学生的工程技术应用能力。对极少数有特殊兴趣的学生，以兴趣小组、技能与设计比赛甚至毕业设计等模式不断开拓创新，为极少数学生提升专业创新能力。这样PLC实验课程教学改革针对不同学生群体进行不同层次的探索，以真正做到因“才”施教，提高实验课程的教学效果。

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Discussion on PLC Experiment Teaching Reform

CAI Zhirong
（Laboratory Management Office of Xiamen Huaxia University,Xiamen 361000）

In order to improve resource utilization experiments, based on the original PLC experiment boxes on the construction of remote virtual PLC experiment platform, with multilevel experimental teaching content, to meet the different grades of students of different professional competence test requirements。

PLC, experimentplatform, Experiment Course, Teaching Reform