中职PLC教学存在的问题和解决措施

朱静

摘 要：本文将职业技术类院校的蓬勃发展作为研究背景，以中职院校、电气专业、《时代汽修》课程PLC教学为例，将课程教学作为切入点，从教学问题与教学策略两个维度展开分析。本文的研究旨在总结出一套行之有效的《时代汽修》教学策略，助力学生专业技术水平的提升。

关键词：PLC技术 中职 教学策略

Abstract：This paper takes the vigorous development of vocational and technical colleges as the research background， takes the PLC teaching of secondary vocational colleges， electrical majors， and “Times Auto Repair” courses as examples， takes course teaching as the starting point， and analyzes from the two dimensions of teaching problems and teaching strategies. The research of this paper aims to summarize a set of effective teaching strategies of “Times Auto Repair” to help students improve their professional and technical level.

Key words：PLC technology， middle vocational， teaching strategy

1 引言

可编程逻辑控制器（PLC）是中职院校电气专业的一门核心课程，在电气专业课程体系中占据着重要地位。中职院校若想满足社会各行业对电气专业人才的需求，在教学实践中不应局限于PLC理论知识的传授，而应将教学重点放在学生知识运用方面，以此保证应届毕业生的就业问题，使其在步入社会后能够为各行业实现自动化发展贡献自身的社会价值。

2 中职PLC教学潜存问题

2.1 根底未深，家校合作障碍

虽然近年来国内职业技术类院校迅速崛起，但在地方上，绝大多数的中职院校均被国民群众认知为后进生的收容所，加之国家在职业技术类院校发展上给予的帮扶政策，如学费方面的优惠，一度使国民群众坚定地认为中职院校不堪托付。与此同时在中职院校迅速发展的过程中为保证每届学生的数量，各地区的中职院校大多打破了分数线的局限，秉持着全盘接收的包容态度欢迎新生。经过了多年的发展，中职院校似乎被国民群众贴上了一个隐形的负面标签，但若从职业技术类院校发展层面上看，全盘接收是为了保证生源数量，大力开展职业教育则是为了快速向社会输送专业型、技能型人才。所以在这一矛盾的态势下，家长不认可中职院校，家校无法合作、生源基础差，班内后进生偏多成为了阻碍中职PLC有效教学的一大难题。

2.2 听而不闻，学习态度较差

基于中职院校生源的特点，在日常PLC教学实践中，电气专业的学生所体现出来的学习状态大多为毫无兴趣，甚至少部分学生在课堂教学中开展与课堂学习无关的活动，不具备端正的学习态度。而学习兴趣与学习态度是支撑学生全身心投入学习活动的两大关键，所以兴趣低、学习态度差是现阶段中职PLC教学过程中潜存的一大问题。经过授课教师对班级学生的了解，以及授课教师与班主任教师的交互得以获知，中职院校绝大多数学生，其兴趣点、关注点并非为学习，而是游戏、电子书、音乐、篮球等。如此现状无论教师在课堂教学中传授了不知凡几的PLC知识，均不会取得理想的“教”与“学”效果。

2.3 肤见谫识，实践能力薄弱

中职院校中存在少部分学生具备一定的学习兴趣与端正的学习态度，且此类学生能够配合教师的教学引导开展PLC相关知识的学习。但学生的知识结构主要以理论知识为主，实践应用为辅，甚至存在理论与实践严重失衡的问题，如果将学生的学习视为100%，利用数字表示学生的知识结构失衡，那么总结教学经验可以得出，中职院校的学生知识结构应为90%+10%，前者为理论知识，后者为实践应用能力。这一知識结构虽然能够保证成绩，但并不利于学生日后的发展，且与当前我国教改所提倡的思想相背离。

3 中职PLC教学优化对策

3.1 主动出击，解决生源问题

教师应直面中职院校生源较差的问题，接受生源较差的现实，并在日常的教学实践中结合具体的实例、基于学生在学习过程中可能产生的错误认知提出相对应的教学问题，帮助学生全面掌握知识，从而循序渐进地塑造中职学生。

例如教师在执教“PLC数据类型”中“位”与“字节”的过程中，首先可向班级学生讲解学习PLC数据类型的缘由，使学生明确为什么要学习PLC的数据类型，强化学生对PLC数据类型的重视：“数据的传输是工厂制造设备周而复始自动化的关键，在设备自动化过程中由电线或总线连接着多种元器件，如驱动器、执行器、设备的仪表以及传感器等，我们都知道现场设备所产生的数据需要通过PLC程序的处理，传输至相应的执行器，才能够实现设备自动化，那么如果我们是编程技术人员，如若想应用PLC进行自动化编程，则需要明确可以供我们使用的数据类型”。

其次，教师应就具体的实例结合教学内容“逐步”展开针对性的分析，如以具备代表性的品牌西门子S7-1200系列为例，该系列的PLC将Bit（位）、B yet（字节）、Word（字）、DWORD（双字）综合在一起，其中的“位”所指的是一个Bit，数值为二进制的0或1。此环节中为强化学生的理解，教师需就二进制的“位”数据做详细教学讲解，如：“同学们应该知道计算机本身就是一个二进制系统，所有数据最终均会被转化为二进制，才能被计算机自带的芯片所识别，而PLC也属于计算机的一种，所以PLC也是以二进制为基础的，如果位数据向我们呈现的是一个传感器的状态，那么位数据0表示无信号或电机无输出，位数据1则表示有信号或电机有输出”。

最后，教师开展下一环节的教学活动。即字节数据教学，教师板书：1 Byte=8 Bits。Byte：Bit7、Bit6、Bit5、Bit4、Bit3、Bit2、Bit1、Bit0。与之相对应的位数则为：0、0、0、0、1、0、0、1。待学生理解字节数据后教师可以假设Byte0，在西门子PLC中则表示为MB0或者QB0等，其中M、Q为存储区域类型，如M为中间存储区，Q为输出存储区。以M区为例，上面的Byte可以表示为：MB0=0000 1001（一个字节中的位从左到右，依次从高位到低位），即：M0.0=1（Bit0），M0.1=0（Bit1），M0.2=0（Bit2），教师可就字节中的位提问班级学生其他字节的位：“M0.3=1（Bit3），M0.4=0（Bit4），M0.5=0（Bit5），M0.6=0（Bit6），M0.7=0（Bit7）“。其中M0.0、M0.1等写法是字节MB0中的各个位的表示形式。此环节中教师可以应用问题式教学法，通过提出总结性的教学问题使学生在自我探究中深化对字节数据的理解，如：“每个字节的数值只有0或者1，是否正确？”，因片刻之前教师已经讲解过字节相对应的位数，所以绝大多数学生在分析这一问题的过程中均会表示正确，对此教师则应及时地做教学讲解更正学生的错误认知，“因为一个字节有8个位，所以每个字节的数值并不只有0或1，字节的数值至多可以表示2的8次方个值，十进制范围为0-255或-128-+127”。

3.2 提升兴趣，端正学习态度

关于学生兴趣低、毫无学习态度的教学问题教师在教学实践中应理清兴趣与态度二者间的顺序，因兴趣主导着主体的行为，引领着主体的态度，学生对于PLC的学习若存在极为强烈的学习兴趣，那么学生的学习态度必然会端正、积极，所以本研究认为兴趣培养应为先，学习态度需为后。教师应在电气专业学生刚刚接触PLC知识时，通过创新教学方法将相对枯燥的PLC知识以更为直观、形象、易于理解的形式呈现在学生面前，若想达成这一目的，教师可以利用信息技术开展教学实践。例如在PLC内涵讲解的过程中，教师可预先准备教学课件。待课堂教学中板书：Programmable Logic Controller（PLC），告知学生PLC是经过编程的特殊计算机，属于计算机的一种，在石油、钢铁或汽车等行业中控制某些过程，每一个PLC由三个部分组成，板书：输入、CPU、输出。并将生活中较为常见的电机、按钮作为教学举例，呈现教学课件，结合课件为班级学生做详细解答：“假设我们有一个电机和一个按钮，我们希望在按下按钮时打开电动机，什么时候再次按下按钮，我们要关闭马达，此功能类似于电视遥控器上的电源按钮功能。为此，我们必须编写一个程序，在计算机上执行此操作，然后将其下载到CPU，连接切换到输入，电机切换到输出，此时我们按下按钮信号将被发送到PLC。PLC输入将把该信号传递给CPU，因为CPU是计算机系统无法处理原始的电信号，所以必须以CPU可以处理的格式显示它，CPU将处理后的数据结果发送至输出，输出将数据转换为原始电信号，再次将其应用于电机并打开，现在假定我们继续按下按钮，重复此过程，电机将关闭”。

通过详尽的教学讲解与多媒体课件，班内学生均能够更为直观、全面的理解PLC的内涵，由此拉近了PLC知识与学生之间的距离，从而使学生由了解PLC过渡至喜欢PLC。而关于学习态度的端正，教师在教学实践之中仅需通过言传身教即可使学生的学习态度得到潜移默化的改变，例如上述教学环节，教师详尽的讲解无形之中体现出了严谨、认真的品质，那么通过长久的教学讲解，学生在学习PLC知识的过程中亦会秉持着严谨、认真的学习态度。所以本研究认为教师的榜样作用对于学生的学习态度存在积极影响。

3.3 个性延伸，调整结构失衡

本研究认为在现有的PLC教材内容的基础上开展、开发实训课程，是强化学生实践应用能力、调整学生PLC知识结构失衡的重要手段。教师可总结经验开发与PLC相关的实训课程，主动为学生创设知识实践应用的契机。例如，基于牛奶企业的自动化发展教师可以开发PLC牛奶输送通道远程控制系统，牛奶输送流程图见下图1所示。

PLC设计意图介绍：在传统的牛奶生产线上，流水线工人操作包装机核查牛奶输送通道上存在质量缺陷的牛奶产品，一般情況下通道前端的工人主要以电话或微信的形式告知通道后端的工人，在装封箱环节拦截存在质量缺陷的牛奶产品。但操作现场的工作环境相对嘈杂，通道前后两端工人无法保证沟通的及时性，所以极易出现质量缺陷牛奶产品拦截无效的问题，影响产品的整体质量。基于此需设计一个远程控制开关连接通道前后两端设备，并设置停止与复位按钮，为操作工人更好的分离不合格的牛奶产品争取更多的时间，实现流水线的规范化，提高流水线的操作效率。

PLC设计构思：对系统的硬件组成结构与PLC程序逻辑关系进行构思，见下图2、3所示。

在理清PLC设计意图与设计构思后教师可开展PLC牛奶输送通道远程控制系统实训活动，首先教师应确立实训活动的目的，即学生能够掌握牛奶输送通道的基本工艺流程，学生能够掌握PLC基本程序的应用与编写。并给予学生提供可供实训的器材，涵盖可编程控制器、编程计算机、编程电缆以及输入电路板。其次，教师鼓励班级学生结合牛奶输送通道的工艺流程与自动化控制原理设计I/O分配表与接线图。

而后，教师指导班级学生开展实践操作，在学生操作的过程中教师应关注以下几点：其一，检查学生操作的过程中电源开关是否处于断开的状态；其二，督导学生严格按照接线图接线；其三，接线完成后指导班级学生打开PLC主机的电源开关，将自己编好的梯形图下载至PLC中，而后将PLC串口置于RUN状态；其四，要求学生能够在操作过程中结合四层电梯控制系统，并观察整个自动化控制的现象。最后，待实践操作结束后，为强化学生对PLC基本程序应用与编写的掌握教师应提出“为什么我们正确下载了程序，但程序并未正常运行？”、“在整个程序运转过程中发现了质量不合格的牛奶，但报警灯并未亮起，为什么？”的实训问题。通过师生间的进一步交互强化学生的知识实践运用能力。

4 中职PLC教学方法创新——任务驱动

在教育领域深化改革的背景下众多新兴的教学方法被应用于课堂教学之中，为提高课堂教学的有效性提供了莫大的助力，其中任务驱动式教学法，将具体的教学内容转变为学习任务，在整个教学环节中学生的主体地位得到了凸显，教师的角色实现了转变。本研究尝试将其应用于中职PLC教学之中，为详尽表述，本节以较为典型的PLC控制“十字路口交通信号灯控制”为例就任务驱动教学方法的实施过程展开分析，具体见下述内容：

教学目标：拟定三维教学目标，即学生能够掌握PLC程序设计的基本控制环节，了解交通信号灯的控制原理；学生能够正确分配 I/O地址，编写PLC程序。学生的问题解决能力与团队意识能够得到培养。

项目导入：教师利用教室内的多媒体设备创设教学情境，为学生呈现十字路口的情境，并表示该路段为新修路段尚未通行，目前需要各团队为其设计一个控制功能保证十字路口的指示灯能够常态化、自动化亮起。

教师将班级学生平均分为若干小组，每小组人数4-6人，并分发十字路口信号灯控制功能表。

任务驱动：教师板书任务流程并引导各小组学生按照各任务内容分工，主要涵盖电路草图的绘制与接线、闪烁与计时电路程序的编写、控制电路的图表绘制，硬件接线以及程序编写。教师鼓励并指导各组学生协同完成学习任务。

任务延伸：在现有的信号灯控制空能基础上增设凌晨模式与应急模式，如凌晨2：00后东西南北黄灯闪烁、如东西应急开关打开时，南北方向红灯常亮，东西方向绿灯常亮。

5 结语

综上所述，本文围绕中职院校电气专业PLC教学实践从教学问题与教学策略两个层面进行了简要的论述，与此同时提出了将任务驱动教学法应用于PLC教学的设想。通过本文上述的理论研究得以明确中若想提升中职PLC教学的整体效果，教师还应最大限度地保证班内每一位学生不掉队，在班内构造一个良好的学习氛围，关注学生的参与，积极开展教学交互，以此助力中职PLC“教”与“学”的高效开展。

参考文献：

[1]胡玉涛.任务驱动法在中职PLC教学中的应用[J].中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2020，（03）：142-143.

[2]董小換.中职PLC教学中任务驱动法的应用研究[J].现代职业教育，2019，（32）：136-137.

[3]林华杰.精讲多练 提高中职PLC课程教学效果[J].中国职业技术教育，2008（10）：2.