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试析项目法在高职PLC教学中的应用

摘要：以项目导向，任务驱动的教学模式改革传统的PLC课程教学，从设计思路、教学目标、项目与任务三个方面进行整体设计，科学地组织实施PLC项目教学，着重学生实践动手能力、分析问题和解决问题的能力的培养，综合地、全面地评价学生的学习情况。
　　　可编程控制器（PLC）是自动控制技术、微计算机技术和通信技术相结合的通用工业控制装置，目前已被广泛地应用于机电一体化、工业自动化控制等各个领域，被誉为现代化工业生产自动化的三大支柱（PLC技术、机器人、计算机辅助设计和制造）之一。基于PLC广阔的发展空间，PLC课程已成为高职院校的机电、电气类等专业的核心课程。
　　PLC可编程课程实践性、应用性较强，强调理论知识和技能训练并重。传统的教学方式是依照教材，按基本工作原理、基本指令、基本应用、基本操作的顺序进行理论讲授和实验训练。一方面由于高职生整体学习能力较弱，另一方面由于指令多而抽象，大多学生在学习过程中学了后面的就忘了前面的，对各指令的功能混淆不清，不能正确地理解与应用，学生学习的主动性和积极性差。为了改变这一状况，采用“项目导向，任务驱动”的项目式教学，通过师生共同完成学习项目和学习任务，有效地提高了学生的实践动手能力、分析问题和解决问题的能力，提高了教学效果与教学质量。
一、PLC可编程课程项目教学法的整体设计：
　　（一）确定设计思路
　　课程整体设计充分体现项目导向，任务驱动的思想，依据企业需求和岗位技能需求，遵循学生认知规律，将课程的教学活动分解设计成若干由简单到复杂的项目和任务，以项目为单位组织教学，以典型任务为载体，引出相关专业理论知识，使学生在实践操作过程中加深对专业知识、技能的理解和应用，培养学生的综合职业能力。
　　（二）明确教学目标
　　确定PLC课程知识目标与能力目标，这是PLC教学的出发点，也是PLC教学的归宿。具备PLC控制系统维护能力以及PLC程序设计能力是PLC岗位对PLC技术人员的核心能力要求。依据这一要求，高职PLC课程的知识目标是：使学生掌握可编程控制器技术的基本组成、工作原理及PLC编程软件的使用，掌握PLC基本指令、应用指令及编程规则，掌握PLC基于梯形图的常用的设计方法，掌握PLC应用系统的设计、安装、调试和维护，并具备PLC的通信与网络的基本知识。能力目标是：培养学生具备PLC安装能力、硬件接线能力、常用指令的分析应用能力、PLC程序设计与调试能力、PLC控制系统设计、安装、接线、调试及故障排除能力。进而实现培养学生学习的能力、分析问题和解决问题的能力及沟通协作的能力。
　　（三）设计教学项目与任务
　　PLC可编程课程的项目与任务的设计即是教学内容的设计，它是课程设计思路和教学目标的具体体现。它即要符合企业和岗位技能需求，具有针对性，又要保持PLC知识的系统性与完整性。因此，可以将PLC课程按项目教学模式分为五个学习项目，即PLC基础、基本指令及应用、常用应用指令及应用、PLC控制系统的设计、PLC的通信与网络。然后详细分解每个学习项目所包含的知识点和能力点，形成具体的学习任务。例如在项目四“PLC控制系统的设计”中，按逻辑设计法、时序图设计法、经验设计法、继电器控制电路图转换设计法、顺序控制设计法分别设计一个学习任务。任务有时也被称为子项目。任务的选取要注意三点：一是尽量采用学生易懂的三相电动机控制及易演示的彩灯（交通灯）控制和机械手控制；二是尽量按由简到繁、循序渐进的方式安排任务顺序，并注意控制PLC课程的整体难度；三是各任务针对性要强，要能充分体现相应知识点的学习和相关能力的培养。
二、项目教学的组织与实施：
　　科学地组织项目教学是实现教学目标的有效途径。坚持项目导向，任务驱动的教学思路，按照“任务目标－任务分析－关联知识－任务实施－扩展知识－能力测试－效果评估”的顺序组织教学，实现完整的“教、学、做”一体化。以项目四中的任务“搬运机械手控制设计”为例，教学活动组织过程可以分成三个阶段：
　　（一）准备阶段
　　在一项新的学习任务启动之初，首先要明确任务的目标，它决定着本次任务的教学方向，指引着师生教与学活动的开展。第二步是确定任务载体，任务载体应是实现任务目标最直接、最有效的途径。在“搬运机械手控制”学习任务中，任务目标是掌握顺序控制设计法，考虑到在搬运机械手手动、单步自动、单周期自动、连续自动多种工作方式中，连续自动控制最能突出顺序控制设计的特点，所以选择搬运机械手连续自动控制作为任务的载体。第三步任务分析，针对机械手连续自动控制，细致地分析机械手的工作方式、机械手每个工作步的控制要求及应禁止的误操作，绘制出机械手自动工作流程图。工作流程图是顺序功能图的基础，因此是这一步教学活动的重点内容。第四步是关联知识即顺序功能图知识的学习，这是学生运用顺序控制设计法实现机械手自动控制的理论基础，学习的内容包括顺序功能图的组成、结构类型、顺序功能图与梯形图的对应关系、根据顺序功能图画梯形图的方法等。
在准备阶段，为保证知识的完整性，同时兼顾时间限制，任务讯息（任务目标、任务载体、任务分析）与相关知识主要由教师讲授，教师是这一阶段的活动主体，时间安排为2个课时。需要说明的是，如果将机械手每个工作步骤、自动流程图、顺序功能图制作成动画，用多媒体进行演示，将增加授课的趣味性、直观性，提高教学效果。
（二）实施阶段
　　在任务实施阶段，学生是活动的主体。首先学生按2－4人一组，根据机械手控制要求确定输入输出元件，进行I/O点分配，设计外部接线，绘制机械手自动控制顺序功能图，初步设计PLC控制程序，这些活动由学生课外完成。教师负责布置任务，提供咨询。第二步学生汇报，教师检查评价。教学活动主要以师生共同讨论的方式展开，着重对比置位复位指令、位移位指令、步进指令三种编程方案。步进指令在项目三“常用应用指令及应用”中有过初步的学习，大多学生可能并不熟悉，但不排除有好学的学生会应用它来编程。采用置位复位指令和步进指令编程的程序会较长，但逻辑关系清楚，而运用位移位指令编程的程序则显得紧凑而简捷，而且位移位指令在这里的妙用对学生更具吸引力。学生设计的每一种方案都应该得到教师的鼓励，即使不完整或有明显的错误。师生讨论的主要目的在于确定方案、完善程序，时间安排为2个课时。第三步是程序输入与调试。学生分组上机操作，教师进行指点和检查。时间安排也为2个课时。对于提前完成的小组，可以安排他们先进入下一个环节，即机械手手动控制、单步自动、单周期自动控制设计。上机操作完成后，学生在课外完成程序设计与调试报告。第四步扩展知识的学习。在熟悉掌握机械手连续自动控制设计后，机械手手动控制、单步自动、单周期自动控制设计在教师指导下，也可以较快地被学生掌握，时间安排为1个课时。至此用顺序控制设计法实现的完整的搬运机械手控制的学习基本完成，总计7个课时。对于学习能力较强的学生，教师还可以指导其将中断指令应用于机械手控制中。
　　在任务实施阶段，教师主要是营造学习氛围，创设学习情境，提供帮助与咨询，引导教学过程顺利进行。
　　（三）评价阶段
　　在这个阶段里，需要做个能力测试检查评估任务目标完成情况。教师可以布置用顺序功能图实现某些简易的顺序控制的作业由学生分组完成，根据学生作业评定成绩。这一阶段的师生活动均安排在课外。
　　由上所述，每个任务教学过程划分为任务的准备、实施与评价三个阶段，每个阶段又细分为子阶段，每个子阶段所要进行的具体的教学活动不同，师生在各个阶段所处的地位与作用也有所不同。
　　在PLC可编程课程项目教学组织与实施过程中，教师还要注意三点：一是要选择既能体现项目教学理念，又适合学校实验实训条件的教材，必要时可以自编教材；二是要充分利用现场教学、多媒体技术等方式生动直观地进行讲授和指导，使枯燥、抽象的PLC硬件系统学习形象化，使复杂、难以理解的PLC控制任务趣味化，有效地激发学生学习的兴趣。三是项目教学中，学生不再是被动的接受者，不确定的因素会有所增加，如教学进度的减慢、学生掌握程度不一、专业知识涉及面扩大等，教师只有不断提高教学能力和业务水平，才能较好地运用项目教学法。
三、项目教学的考核与评价
　　PLC可编程课程项目教学的考核与评价是检验教学目标是否实现，判定教学效果是否达到预期的重要环节。在PLC课程结束时进行综合项目考核，依据PLC项目实现的功能是否完整、设计方案是否最优、I/O接线是否正确、联机调试是否按时完成、技术报告是否规范等五项指标，考核评定学生实践动手能力、分析问题和解决问题的能力。但综合项目的考核成绩并不是学生学习PLC课程的最终成绩，它在总成绩里所占的比例是40%，另有60%是平时成绩。PLC项目教学的评价坚持以下几个原则：
　　（一）过程评价与结果评价相结合的原则。评价的活动渗透在教学的整个过程之中，课堂表现、活动小组中的表现、操作技能水平、各项任务完成程度等都是教师平时采分的内容。
　　（二）小组评价与个人评价相结合的原则。教师对小组的整体评价在于鼓励团队协作能力的培养，教师对小组成员个人的评价在于督促个人学习自觉性的培养。
　　（三）职业能力评价与职业基本素质评价相结合的原则。从学生所获得的分析解决问题能力、学习能力、创新能力等职业能力，以及所培养的劳动纪律、安全操作等职业基本素质两大方面进行全面、科学的评价。
四、结语：
PLC可编程课程的项目教学以项目为单位，以典型的任务为载体，贯彻项目导向，任务驱动的思想，将“教、学、做”有机地结合在一起。通过项目教学，学生能较好地掌握PLC应用技术，为今后顺利地走上岗位奠定了良好的基础。

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