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摘要《可编程控制器原理及应用》是自动化专业一门专业主干课程，针对该课程的技术性与实践性，在教学活动中从教育观念、教学内容、教学方法方面进行探讨与改革，课程改革提高了学生工程实践能力和创新技术能力，体现了素质教育的要求。
关键词 PLC 教育观念 教学内容 教学方法 素质教育
中图分类号：G420文献标识码：A
Subject of Programmable Logic Controller Reform Explore
BO Jingdong, YANG Zhigang, LI Qiping, GONG Ruikun
(College of Electrical Engineering, Hebei Union University, Tangshan, Hebei 063009)
AbstractThe subject of Programmable Logic Controller is a professional and main course. It has been explored on teaching methods that education concepts, teaching content, quality education and teaching methods. A new teaching method has been presented, which can improve the students’ project practice ability and innovation ability. This method is in conformity with the quality education.
Key wordsPLC; education concepts; teaching content; teaching methods; quality education
0 前言
随着自动化技术日新月异的发展和进步，可编程控制器（简称PLC）的应用面几乎覆盖所有的工业领域，跃居现代工业自动化三大支柱的主导地位。因而给高校的教学工作提出了更高的要求，针对PLC的教学不能局限于理论讲授，必须面向工业应用，提出教学目标，更改教学内容，使用新的教学手段提升学生的工程应用能力与创新能力，满足社会发展的需求。
1 确立以学生为主体的教育观念
我国进入工业化大生产阶段，不仅需求技能型人才，更需要具有积极进取开拓创新能力的人才。传统的教学模式，以教师为中心，看中知识的传授，而学生被动的接受，降低学生的积极性与主观能动性，不利于培养学生的创新意识。因此，有必要更新教育理念，确立以学生自主学习为主体，教师起到引导、评价、监督的作用，是未来教育的一种教育模式。因此，在教学活动中，在传授学生知识的同时，还应让学生掌握探索问题和解决问题的方法和能力，让其在自主解决问题的过程中，逐渐增强自身的创新意识。PLC课程本身是一门实用技术课程，并且其解决问题的方法具有多样性。针对本门课程的特点，调整教学内容，引入项目驱动、启发式教学等教学方法，是非常有必要且是可行的。
2 课堂授课新教学模式的方法
在探索的新教学模式中，坚持“以能力培養为核心，自学为主，教学为辅”的教学思想，将教学内容融入精心设计的一个个PLC项目，让学生通过已有的知识，自己解决每个项目中所遇到的问题，达到能力培养的要求。
目前，课堂教学采取的教学方式主要有板书教学、多媒体教学，在新教学模式下，在传统的课堂教学基础上，引入启发式教学，采用教师讲授基础知识、提出项目设计要求、学生自主设计、并讲述设计思想与设计方法，以学生为主体，教师点评的方式，共同完成教学任务。教学时间安排为教师将讲授1/4，学生自主设计与探讨1/2，教师讲评1/4。这种教学模式要求学生上课带笔记本，并且上课前，将所需要的软件安装在学生的电脑里。PLC课程通常针对大学三年级的学生进行讲授，据统计，此时的学生40%以上的购买了笔记本，因此，学生两到三人为一组，每组一台笔记本，以组为单位参与互动教学环节。经教学实践验证，该教学模式是可行的。我校主要针对西门子公司S7-200系列PLC，因而需要在笔记本上安装Step7软件，用于编写程序；安装S7-200仿真软件，用于演示程序的运行状态。这样，学生编写完程序，在自己电脑上就可验证程序的正确性，便于自我学习与教学互动。
下面给出一些课堂授课的互动环节教例：
在讲述PLC扫描周期与扫描方式的内容后，结合基本指令的讲解，让学生学习分析程序的同时，深入领会扫描周期的概念和扫描方式。具体教学过程如下：让学生将图1所示程序编写到Step7软件，之后导出为AWL格式的仿真文件，打开仿真软件，导入刚才的仿真文件进行仿真演示，学生在操作仿真输入点I0.0的时候，能看见运行结果Q0.0为输入信号的二分频电路输出。之后带领学生用PLC系统扫描的方式去分析程序；在学生掌握一定分析方法后，让学生将程序的第4个网络和第3个网络交换一下位置，再进行仿真。这时，学生惊奇的发现结果和上次完全不同，于是让学生开始讨论：同样的程序，出现不同现象的原因。学生的好奇心和求知欲一下子被调动起来，开始激烈的讨论。在争论中，学生发现：由于PLC是基于顺序扫描方式工作，程序的输出以最终程序运算结果为准。对调前，程序运行结果是先置1，后清零，程序能输出0和1，实现分频功能；对调后，程序先进行复位操作，再进行置1操作，因为置1操作在最后，且每个输入时都有置1操作，所以输出一直为1，不能实现分频功能。通过总结，学生认识到扫描周期概念的重要性，并掌握程序分析方法。学生经过自身发现问题，解决问题，不仅深入掌握了扫描周期的概念与分析方法，同时学生自我的学习能力已得到锻炼，这是传统教学方式所不能达到的教学效果。
在新的教学模式下，可以更好的将理论与实践结合起来，下面以开关灯的例子讲述。在讲述基本指令的过程中，先引入一个开关控制一盏灯的例子，开关控制的亮与灭，让学生进行编程与仿真；接着，引入两个开关控制一盏灯，要求两个开关都能控制灯的开与关。由于有点难度，学生开始紧缩双眉，进行思考。教师此时给与提示：在数字逻辑中曾经学过真值表、卡诺图化简最后得出逻辑表达式，可依据逻辑式编写程序。学生通过分析发现，该项目的输入组合是逻辑关系中的异或逻辑组合，当学生得到该结果，很快编写完程序得到仿真结果。之后，引入三个开关控制一盏灯的例子，要求三个开关都能控制这盏灯。学生通过讨论发现，这是三个输入的异或，但是编写三个输入的异或关系程序时又遇到问题，这时，教师再给与提示：可以先实现前两个开关信号的异或，将得到的结果再与第三个开关信号进行异或，在程序中可使用辅助继电器M0.0来记录前两个信号的异或结果，再将M0.0与第3个开关进行异或，运算结果输出给Q0.0来控制灯。学生发现了辅助继电器的作用，并且很快学会使用辅助继电器来记录信号的中间状态，编写完三开关控制灯的程序。当教师提出是否会编写四个开关控制一盏灯程序的时候，学生们发出会心的笑声，因为通过讲解与自我训练，学生已经具备举一反三的能力。在互动教学环节中，学生应用自身所学理论解决实际工作问题，不仅加深对理论知识的认知，而且激发其对理论知识学习的渴望与求知欲。
在新的教学模式下，可通过教学互动培养学生发散性思维与创新意识。在对基本指令、功能指令与程序控制类指令讲解完的时候，教师针对单按钮控制一盏灯的亮与灭问题（按钮按下3次灯亮，再按下2下灯灭，可循环使用）进行总结讨论。学生通过对实现同一功能，但却编写不同设计程序的练习发现：在应用基本指令实现该功能的时候，用两个计数器完成该控制功能；在应用功能指令时，使用1个计数器和比较指令完成该功能；并且可以使用递增指令代替计数器来实现计数功能；学完子程序和中断指令后，可将编写的程序放置在子程序或者中断程序中，完成所需功能。最后得到结论是，按照设计要求，编写的程序可以是多种多样的，没有唯一的解。学生通过自身学习，自己总结，所得的结论要比教师单方面灌输的效果要好很多，并且学生的创新思维得到训练，创新意识得到培养。
3 实践教学环节的措施与方法
通过课堂的教学互动，学生已经能熟练设计一些简单程序并进行分析，为开展实践教学打下很好地基础。因此，应适当调整实践教学环节的内容，以满足学生提高自身水平的需求。
对于实验环节，减少简单的基础性实验，加大综合设计实验的数量，让学生自主选题，自主设计与调试，撰写实验报告。并鼓励学生选择不同的综合设计性實验，在评分中给与体现。为使学生感受工业现场的情况，在实验台的工控机上，用Wincc组态软件编写一些常用的工业控制现场界面，使用OPC软件和PLC连接起来，这样提供给学生两套操作平台：上位机操作和实验台手动操作。学生不仅能通过试验台上的按钮开关模拟现场手动控制PLC，并且可通过Wincc组态软件用上位机控制PLC，让学生有亲临工业现场的体会。
4 总结
综上，可编程控制器教学组针对课程改革的一些探索和尝试，改革效果良好，受到学生的支持与欢迎，并且学生在西门子仿真大赛中屡获奖项。毕业生无论就业还是升学，均能做出不错的成绩。今后，教学组应加强课程体系的建设，进一步完善课程的建设，探索更好的教学方式，以培养出高素质的人才。
本文受到河北联合大学校内教改项目资助，项目编号：Y0918-07
参考文献
[1]魏静敏,刘英英.谈PLC 技术及应用课程的教学改革[J].高教视窗,2009(2):186.
[2]张猛.PLC 教学中的改革与创新探讨.科教论丛,2010:229-230.
[3]王三秀.《可编程控制器》课程教学改革的探索[J].台州学院学报,2010(6):85-86.
[4]张君艳,刘涵茜.项目导入法在《传感器与PLC》课程中的探索与实践[J].深圳职业技术学院学报,2010(3):65-68.
关键词 PLC 教育观念 教学内容 教学方法 素质教育
中图分类号：G420文献标识码：A
Subject of Programmable Logic Controller Reform Explore
BO Jingdong, YANG Zhigang, LI Qiping, GONG Ruikun
(College of Electrical Engineering, Hebei Union University, Tangshan, Hebei 063009)
AbstractThe subject of Programmable Logic Controller is a professional and main course. It has been explored on teaching methods that education concepts, teaching content, quality education and teaching methods. A new teaching method has been presented, which can improve the students’ project practice ability and innovation ability. This method is in conformity with the quality education.
Key wordsPLC; education concepts; teaching content; teaching methods; quality education
0 前言
随着自动化技术日新月异的发展和进步，可编程控制器（简称PLC）的应用面几乎覆盖所有的工业领域，跃居现代工业自动化三大支柱的主导地位。因而给高校的教学工作提出了更高的要求，针对PLC的教学不能局限于理论讲授，必须面向工业应用，提出教学目标，更改教学内容，使用新的教学手段提升学生的工程应用能力与创新能力，满足社会发展的需求。
1 确立以学生为主体的教育观念
我国进入工业化大生产阶段，不仅需求技能型人才，更需要具有积极进取开拓创新能力的人才。传统的教学模式，以教师为中心，看中知识的传授，而学生被动的接受，降低学生的积极性与主观能动性，不利于培养学生的创新意识。因此，有必要更新教育理念，确立以学生自主学习为主体，教师起到引导、评价、监督的作用，是未来教育的一种教育模式。因此，在教学活动中，在传授学生知识的同时，还应让学生掌握探索问题和解决问题的方法和能力，让其在自主解决问题的过程中，逐渐增强自身的创新意识。PLC课程本身是一门实用技术课程，并且其解决问题的方法具有多样性。针对本门课程的特点，调整教学内容，引入项目驱动、启发式教学等教学方法，是非常有必要且是可行的。
2 课堂授课新教学模式的方法
在探索的新教学模式中，坚持“以能力培養为核心，自学为主，教学为辅”的教学思想，将教学内容融入精心设计的一个个PLC项目，让学生通过已有的知识，自己解决每个项目中所遇到的问题，达到能力培养的要求。
目前，课堂教学采取的教学方式主要有板书教学、多媒体教学，在新教学模式下，在传统的课堂教学基础上，引入启发式教学，采用教师讲授基础知识、提出项目设计要求、学生自主设计、并讲述设计思想与设计方法，以学生为主体，教师点评的方式，共同完成教学任务。教学时间安排为教师将讲授1/4，学生自主设计与探讨1/2，教师讲评1/4。这种教学模式要求学生上课带笔记本，并且上课前，将所需要的软件安装在学生的电脑里。PLC课程通常针对大学三年级的学生进行讲授，据统计，此时的学生40%以上的购买了笔记本，因此，学生两到三人为一组，每组一台笔记本，以组为单位参与互动教学环节。经教学实践验证，该教学模式是可行的。我校主要针对西门子公司S7-200系列PLC，因而需要在笔记本上安装Step7软件，用于编写程序；安装S7-200仿真软件，用于演示程序的运行状态。这样，学生编写完程序，在自己电脑上就可验证程序的正确性，便于自我学习与教学互动。
下面给出一些课堂授课的互动环节教例：
在讲述PLC扫描周期与扫描方式的内容后，结合基本指令的讲解，让学生学习分析程序的同时，深入领会扫描周期的概念和扫描方式。具体教学过程如下：让学生将图1所示程序编写到Step7软件，之后导出为AWL格式的仿真文件，打开仿真软件，导入刚才的仿真文件进行仿真演示，学生在操作仿真输入点I0.0的时候，能看见运行结果Q0.0为输入信号的二分频电路输出。之后带领学生用PLC系统扫描的方式去分析程序；在学生掌握一定分析方法后，让学生将程序的第4个网络和第3个网络交换一下位置，再进行仿真。这时，学生惊奇的发现结果和上次完全不同，于是让学生开始讨论：同样的程序，出现不同现象的原因。学生的好奇心和求知欲一下子被调动起来，开始激烈的讨论。在争论中，学生发现：由于PLC是基于顺序扫描方式工作，程序的输出以最终程序运算结果为准。对调前，程序运行结果是先置1，后清零，程序能输出0和1，实现分频功能；对调后，程序先进行复位操作，再进行置1操作，因为置1操作在最后，且每个输入时都有置1操作，所以输出一直为1，不能实现分频功能。通过总结，学生认识到扫描周期概念的重要性，并掌握程序分析方法。学生经过自身发现问题，解决问题，不仅深入掌握了扫描周期的概念与分析方法，同时学生自我的学习能力已得到锻炼，这是传统教学方式所不能达到的教学效果。
在新的教学模式下，可以更好的将理论与实践结合起来，下面以开关灯的例子讲述。在讲述基本指令的过程中，先引入一个开关控制一盏灯的例子，开关控制的亮与灭，让学生进行编程与仿真；接着，引入两个开关控制一盏灯，要求两个开关都能控制灯的开与关。由于有点难度，学生开始紧缩双眉，进行思考。教师此时给与提示：在数字逻辑中曾经学过真值表、卡诺图化简最后得出逻辑表达式，可依据逻辑式编写程序。学生通过分析发现，该项目的输入组合是逻辑关系中的异或逻辑组合，当学生得到该结果，很快编写完程序得到仿真结果。之后，引入三个开关控制一盏灯的例子，要求三个开关都能控制这盏灯。学生通过讨论发现，这是三个输入的异或，但是编写三个输入的异或关系程序时又遇到问题，这时，教师再给与提示：可以先实现前两个开关信号的异或，将得到的结果再与第三个开关信号进行异或，在程序中可使用辅助继电器M0.0来记录前两个信号的异或结果，再将M0.0与第3个开关进行异或，运算结果输出给Q0.0来控制灯。学生发现了辅助继电器的作用，并且很快学会使用辅助继电器来记录信号的中间状态，编写完三开关控制灯的程序。当教师提出是否会编写四个开关控制一盏灯程序的时候，学生们发出会心的笑声，因为通过讲解与自我训练，学生已经具备举一反三的能力。在互动教学环节中，学生应用自身所学理论解决实际工作问题，不仅加深对理论知识的认知，而且激发其对理论知识学习的渴望与求知欲。
在新的教学模式下，可通过教学互动培养学生发散性思维与创新意识。在对基本指令、功能指令与程序控制类指令讲解完的时候，教师针对单按钮控制一盏灯的亮与灭问题（按钮按下3次灯亮，再按下2下灯灭，可循环使用）进行总结讨论。学生通过对实现同一功能，但却编写不同设计程序的练习发现：在应用基本指令实现该功能的时候，用两个计数器完成该控制功能；在应用功能指令时，使用1个计数器和比较指令完成该功能；并且可以使用递增指令代替计数器来实现计数功能；学完子程序和中断指令后，可将编写的程序放置在子程序或者中断程序中，完成所需功能。最后得到结论是，按照设计要求，编写的程序可以是多种多样的，没有唯一的解。学生通过自身学习，自己总结，所得的结论要比教师单方面灌输的效果要好很多，并且学生的创新思维得到训练，创新意识得到培养。
3 实践教学环节的措施与方法
通过课堂的教学互动，学生已经能熟练设计一些简单程序并进行分析，为开展实践教学打下很好地基础。因此，应适当调整实践教学环节的内容，以满足学生提高自身水平的需求。
对于实验环节，减少简单的基础性实验，加大综合设计实验的数量，让学生自主选题，自主设计与调试，撰写实验报告。并鼓励学生选择不同的综合设计性實验，在评分中给与体现。为使学生感受工业现场的情况，在实验台的工控机上，用Wincc组态软件编写一些常用的工业控制现场界面，使用OPC软件和PLC连接起来，这样提供给学生两套操作平台：上位机操作和实验台手动操作。学生不仅能通过试验台上的按钮开关模拟现场手动控制PLC，并且可通过Wincc组态软件用上位机控制PLC，让学生有亲临工业现场的体会。
4 总结
综上，可编程控制器教学组针对课程改革的一些探索和尝试，改革效果良好，受到学生的支持与欢迎，并且学生在西门子仿真大赛中屡获奖项。毕业生无论就业还是升学，均能做出不错的成绩。今后，教学组应加强课程体系的建设，进一步完善课程的建设，探索更好的教学方式，以培养出高素质的人才。
本文受到河北联合大学校内教改项目资助，项目编号：Y0918-07
参考文献
[1]魏静敏,刘英英.谈PLC 技术及应用课程的教学改革[J].高教视窗,2009(2):186.
[2]张猛.PLC 教学中的改革与创新探讨.科教论丛,2010:229-230.
[3]王三秀.《可编程控制器》课程教学改革的探索[J].台州学院学报,2010(6):85-86.
[4]张君艳,刘涵茜.项目导入法在《传感器与PLC》课程中的探索与实践[J].深圳职业技术学院学报,2010(3):65-68.