基于项目化的PLC课程教学模式改革的探索

　　0 引言

　　可编程逻辑控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算的电子系统[1]。其以微处理器技术为基础，通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、重量轻、编程简单、可靠性强、通用性强、控制程序可变、使用维护方便、适应面广、减少控制系统的设计及施工的工作量、功耗低、抗干扰能力强等特点，目前已广泛应用于工业控制的各个领域，成为现代工业控制的三大支柱之一[2]。为了适应PLC日益广泛应用的趋势，PLC已成为工科类专业一门重要的综合性很强的专业课程[3]。

　　但在教学上大多仍采用传统的课堂教学模式，缺少对学生能力的培养和技能的训练，无法提升学生就业能力的现状[4]。针对在PLC课程教学中存在的问题，作者认为应在PLC课程教学中采用项目化教学法。

　　1 PLC 教学中存在的问题及课程改革思路

　　目前，以PLC为核心的控制系统广泛应用于工业控制中。但长期以来，PLC的发展受中央处理单元（CPU）的执行速度、存储器的存储容量、输入/输出（I/O）点的扩展、高级语言的应用等因素的制约。IT技术的发展，使得影响PLC发展的相关问题得到轻松解决。同时，PLC 的硬件性能得到了极大提升。然而，不断发展的PLC 技术及新技术的出现与应用，必然会对PLC人才培养规格方面提出新的要求。再者，指令多、实践性强是PLC课程的两大主要特点，使得当前PLC 教学中存在的问题凸显[5]：一是指令多。程序是由指令构成的，是实现PLC自动控制的必要条件。单纯的机械记忆容易混淆指令，从而使得程序不能正常运行；二是实践性强。实践课程以验证型实验为主，学生综合项目的实践能力难以培养；三是实验经费不足。很多高校的实验设备限制了综合性实验项目的开展，导致理论与实践的脱节现象。

　　针对以上教学过程中存在的问题，按照人才培养方案中所提出的实践创新型人才培养计划，引入“项目教学法”改革方案。项目教学法可以概括为：学生全部或部分独立组织、安排学习行为。学生在教师的指导下亲自处理一个项目的全过程。项目所涉及的信息收集，方案设计，项目实施及最终评价，都由学生自己负责，学生通过该项目的进行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。在这一过程中，学生不仅学习掌握了教学计划内的教学内容，而且解决了在处理项目中遇到的困难，学习能力得到了提高，增强了学生的学习兴趣，自然能调动学习的积极性。因此“项目教学法”是一种典型的以学生为中心的教学方法。其目的是在具体化的实践教学中，把生产实践与理论学习有机地结合起来，使学生在掌握理论知识的同时，提高自身的实践动手能力。

　　2 以项目为载体的实践教学环节的设计

　　在PLC 课程中采用项目教学法，应具备专业技术水平较高的教师团队和丰富的教学实践设施两大条件。为了能够把工业场景尽可能多的引入实际教学，教师应具备多学科知识和较强的操作能力。这样才可在硬件条件较强的前提下，结合生产控制元素，更好地进行项目教学法，让专业课程教学更贴近生产实际。

　　由多年PLC课程教学经验可知，学生在课堂上所获得的知识是肤浅的，应该在实践中通过意义构建的方式，真正意义上获得知识。故要学会基于PLC的系统开发，必须让学生参与到真实的项目中，在项目的驱动下，积极有针对性地学习。在实践教学过程中，除了所设置的项目内容要与课程教学内容紧密结合外，还要有一定的创新空间，既能让学生充分运用学过的知识，又可以拓展知识。以基于时间继电器的三相电机控制电路为例，如图1所示。

　　由课堂教学内容，可以分析图1控制系统的工作过程[2]：从主回路看，当接触器KM1、KM2主触头闭合，KM3主触头断开时，电动机三相定子绕组作Y连接；而当接触器KM1和KM3主触头闭合，KM2主触头断开时，电动机三相定子绕组作△连接。因此，所设计的控制线路若能先使KM1和KM2得电闭合，后经一定时间的延时，使KM2失电断开，而后使KM3得电闭合，则电动机就能实现降压起动后自动转换到正常工作运转。

　　但在项目实施过程中，首先要通过分组的形式保证每个学生都能得到训练。然后根据线路图正确接线，编制相应的程序，进而记录观察的结果以便后续分析。重要的是分析现场试验结果与理论分析结果是否一致。从而，加深对课堂内容的理解。除此以外，还能在现有知识的基础上，通过现场试验，进一步拓展知识。比如针对图1，可以设置如下问题，让学生通过思考与现场试验，得到其结论。

　　①如果要用一只断电延时式时间继电器来设计异步电动机的Y-△降压起动控制线路，试问三个接触器的动作次序应作如何改动，控制回路又应如何设计？

　　②控制回路中的一对互锁触头有何作用？若取消这对触头对Y-△降压换接起动有何影响，可能会出现什么后果？

　　③三相异步电动机控制电路要Y-△降压起动并且是要能耗制动，其原理图应该怎样调整？并通过实验验证原理图调整的正确与否。

　　通过上述项目及拓展知识的设置，加深理解了PLC 课程中继电器控制与 PLC 控制的差异，为电机的启动控制方式提供了编程思路，同时任务环环相扣，激发了学生学习的兴趣，也为学生的发挥提供了空间。

　　3 总结

　　在 PLC 课程的教学模式改革中，深入分析了课程的特点，引入了项目教学法，实践证明PLC课程采用项目教学法调动了学生的积极性，提高了教学质量。但是在实施过程中也遇到了一些问题，如：基础知识和硬件的准备并不适用项目教学法；保证必要的授课学时，以便成功完成某个项目，进而提高学生的兴趣与信心；专业技术水平较高的教师团队需进一步完善才能更好发挥项目教学法的优点；学生积极性有待进一步提高，避免个别学生偷懒的现象等。这都需要我们在以后的教学过程中不断摸索和改进，力争达到更好的教学效果。

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