基于云平台的《PLC应用技术》信息化教学模式探究

凌双明，黄登红

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)



基于云平台的《PLC应用技术》信息化教学模式探究

凌双明，黄登红

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

针对PLC课程采用信息化的教学模式可以使课程改革更具体更深入,弥补传统PLC课程教学模式的不足，大学城空间为信息化教学模式提供了快捷方便的云平台，在云空间的背景下通过项目化仿真教学构建了师生之间的信息交换，为学生在课堂外提供课程学习资源和在线指导，提高学生的自主学习能力，对高职教育信息化课程改革有一定的借鉴作用。

PLC；虚拟仿真；信息化教学模式

信息化教育是以现代信息技术为基础的新教育体系，包括教育观念、教育组织、教育内容、教育模式、教育技术、教育评价、教育环境等一系列的改革和变化[1]。《PLC应用技术》采用传统教学模式因存在学生难以理解、学习积极性不高从而导致学习效率低下等问题，如何利用网络资源和大学城空间等云平台改善学习环境和提升教学效果成为了信息化教学模式需要解决和探索的关键问题。

一、课程特点

PLC目前在工业控制领域中占有主导地位，它是一种针对工业环境下使用的工业控制器，由于编程容易、便于掌握、可靠性高，是一种应用非常广泛的通用自动化控制装置[2]。《PLC应用技术》课程是机电一体化技术专业的专业核心课程，培养学生的专业核心能力和综合素养，通过学习该课程，让学生具备使用PLC作为核心控制的工业系统设计与安装调试能力。传统的教学模式已经不能适应现代高职教育信息化发展的需要[2]。在教学模式上采用大学生空间作为信息化教学的载体，在教学中运用动画演示、项目视频仿真教学法,通过学习视频后使用仿真软件模拟练习操作，大大提高了学习效果，同时也能降低教学成本，提高学生的学习兴趣和积极性。

PLC应用技术是机电一体化专业二年级学生的必修课，60课时。本文以理实一体项目化教材中的教学单元项目四——“传送带自动分拣系统的PLC控制”为例，从教学方法、教学手段和教学平台三个方面进行介绍对信息化的教学模式进行探讨和研究。教学方法可以采用做中教、做中学，任务驱动、项目教学等[3]。教学手段有动画演示、情境仿真、视频演示、信息检索。大学城空间作为信息化教学云平台。

二、教学策略

以空间为平台教师上传项目任务书、项目知识点、设备操作视频、任务考核标准并在线答疑；学生下载学习资源在课后上传技术文档。

教学过程分为课前、课堂、课后行为。教师在课前上传学习资料，学习下载资源附件完成课前作业进行课前预习，并与教师在空间互动交流。课堂行为包括：前45分钟以教师授课为主，进行任务分解知识点解析，方法采用案例分析、动画演示、解析要领。后45分钟以学生自主学习完成任务为主，教师从旁辅导。课后学生完成作业上传教师空间，教师评阅后与学生进行交流互动。

整个教学策略以探究性学习法为主，包括创设情境、启发思考、自主探究、协作交流、总结提高五个环节。在自主探究的过程中，教师指导学生使用网络下载虚拟软件等学习工具进行探究。

三、实施过程

具体实施过程分为以下八个阶段：知识回顾、情境导入、任务分析、知识认知、讨论互助、虚拟仿真、实践操作和协同作业。学生通过教材查阅、登陆空间作业和下载教案完成基本指令、基本回路接线、经验设计法的回顾。而后进入教师空间在教学单元子栏目下观看网络链接了解国际机场的行李分拣系统如何工作，在观看时思考问题：庞大的地下分拣系统是采用什么进行控制。完成情境导入的重要环节后，引发学生自主探究的强烈好奇心，教师给出本单元具体任务：按要求设计PLC控制传送带的自动分拣系统。进入任务分解，学生以小组形式围绕三个核心问题展开讨论，通过网络在线检索、翻阅文献、阅读教材获得知识点。学生进入教师空间的“正反转控制”动画演示栏，通过反复操作虚拟按钮掌握硬件接线和软件编写方法，到达知识认知的目的，进而思考如何拓展至本单位的任务——“传输带的自动控制”。接着每组成员进行分工协作，通过学生之间的“交互式指导”过程，最后得出完整的技术文档：I/O分配表、硬件接线图、梯形图程序。

在第六阶段学生将梯形图程序下载到虚拟软件运行后验证程序的正确性，虚拟解决任务；然后在实训室分组将程序下载到PLC，连接好外围设备以后进行联机调试通过实践解决任务。最后是学生按组将技术文档在充分讨论后上传空间，在上传传以前进行协同作业。同时也可以观看教师发布在大学城空间的优秀作业案例，从而启发学成提高完成作业的质量。

四、评价反馈

学生成绩由完成作品情况(即基于绩效的评估)、上传至空间的技术文档(即作业评估)、学生自评和小组互评成绩组成。在学生按教师要求将这些内容上传空间以后，教师会在空间及时发布学生的综合成绩并进行点评，学生可通过在线查阅，了解学习效果和动态，并与教师保持沟通交流起到反馈教学效果的作用。学生所用的过程性考核评价表由教师空间提供，学生在课前下载。

教学设计的创新点包括：虚实一体，强化动手能力，视频、动画、仿真全方位信息化；突破重点难点；虚拟软件反复练习，经济、便捷，快速提高教学效果。通过教评系统测试发现学生满意度明显提高，在学习兴趣、自主学习、自主动手能力和学习成绩上，相对于传统教学来说，采用信息化教学后三方面均有明显的提高。

五、信息化项目仿真教学法举例

校企合作开发仿真软件涵盖三大机电一体化专业核心能力模块：液压与气动技术、电气装调与维修和PLC应用技术，PLC模块可支持西门子、欧姆龙、三菱等多种主流型号的PLC进行仿真教学及训练，下面以西门子S7-200“传送带自动分拣系统的PLC控制”仿真为例来介绍PLC仿真项目的应用。

(一)西门子PLC梯形图程序编辑与仿真

首先从大学城空间下载校企合作开发的机电一体化仿真系统到学生电脑上，完成系统安装后从可编程控制器模块中进入PLC电气控制系统仿真软件，在元器件选择区选择添加以西门子开头的PLC，在PLC中右击选择“新建程序”进入西门子PLC程序编辑视图，进入程序后，即显示程序主界面，操作方法与microwin step7 V4.0编程软件基本相同，关于梯形图编辑，软件参照西门子公司的microwin step7软件。梯形图编写完成后，对程序进行全部编译检查语法错误，发现错误后修正直至错误数为零。

(二)西门子PLC控制电路的搭建

首先选择编辑模式后从左侧资源库内选择添加一个西门子200型号的PLC，从常用电压电气元件库继续添加控制电路和主电路搭建所需要的元器件并对元器件的属性进行规格设置，即可完成对所有元器件的选型。接下来将元器件进行电路连线搭接，在电路连接完成以后需进行电气线路测试，检查有无短路和断路情况。将通过编译后PLC控制程序(梯形图或STL语句)下载到虚拟PLC后即可开始仿真。电器元件的选型如图1所示。

图1 电器元件的选型

(三)PLC控制电路仿真测试

在机电控制仿真平台上，可以实现电路的仿真测试。首先合上主电路和控制电路的空气开关，按下启动按钮观察交流接触器的吸和情况以及电动机的转速和转向，验证项目所要求的功能是否实现。如不能实现或不能完全实现则进行仿真调试。调试方法为：先观察虚拟PLC上的输出点有无点亮，如果相应输出点有输出则说明是电路连接错误(即硬件错误)；若相关输出点没有输出，则证明梯形图程序编程出现错误(即软件错误)。所有功能测试后均可实现则说明项目已完成。项目搭建完成后的控制系统仿真界面如图2所示。

图2 PLC控制系统仿真界面

(四)程序和电路图上传

通过空间将测试完成的程序导出后与电路图截图一起作为该项目的技术文档上传至教师空间，教师可以将技术文档的正确性和完整性作为项目考核的依据之一。同时学生也可将文档上传至“我的教研苑”与同学分享经验和技术交流，通过不同的思路得到不一样的编程方法，促进学生进行程序优化和提高编程能力。

六、结束语

PLC作为机电类专业的核心课程尤为重要，传统的教学模式存在教学效果欠佳、学生的动手能力和编程能力不足等一系列问题[4]。针对本门课程的信息化教学模式则可填补传统教学方式的缺陷，解决学生对指令理解困难，项目应用能力欠佳的问题，使编程能力和教学效果得到快速提高。大学城空间海量的学习资源和交流工具为学习提供了广阔的途径，解决了时间和空间的限制，大大提高了学生的学习积极性，同时也使教师的辅导过程变得简单便捷有效[4]。大学城空间信息化教学研究对高职高专的教学模式改革具有参考价值。

[1] 罗文，朱国军，王文杰. PLC控制系统分析与实践课程教学做一体化教学模式的实践与探索[J].长沙航空职业技术学院学报,2011,(4):17-20.

[2] 姚庆文，丁辉. PLC 课程的项目教学设计与实践[J].常州轻工职业技术学院学报,2009,(12)：81-83.

[3] 黄恭伟. 基于MCGS的PLC仿真教学研究[J].滁州学院学报，2011,13 (2)：125-126.

[4] 彭小平. 教学做一体化及项目教学法的探讨—以《电气控制与PLC应用技术为例》[J].软件技术导刊，2014,(9)：13-15.

[编校：张芙蓉]

Research on the Informatization Teaching Mode of "PLC Application Technology" based on Cloud Platform

LING Shuangming，HUANG Denghong

(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College,Changsha Hunan 410124)

According to the fact that the teaching mode of information of the PLC curriculum can make the curriculum reform more in-depth and make up for the deficiency of traditional PLC course teaching mode,the paper proposes university city space provides convenient cloud platform for informationized teaching model. The information exchange between teachers and students is constructed through the project based simulation teaching in the context of cloud space,which provides the students with the curriculum learning resources and online instruction so as to improve students' autonomous learning ability. It can be used for reference in the reform of higher vocational education informatization curriculum.

PLC; virtual simulation; information teaching mode

2016-05-11

凌双明(1983- )，女，讲师，工程硕士，研究方向为PLC、机电一体化技术。

本文为2015年长沙航空职业技术学院院级课题“基于云平台的《PLC应用技术》课程教学模式研究与实践”(编号：YC1505)阶段性研究成果。

G712；TP273-4

A

1671-9654(2016)03-031-04