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試析項目法在高職PLC教學中的應用

摘要：以項目導向，任務驅動的教學模式改革傳統的PLC課程教學，從設計思路、教學目標、項目與任務三個方面進行整體設計，科學地組織實施PLC項目教學，著重學生實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力的培養，綜合地、全面地評價學生的學習情況。
　　　可編程控制器（PLC）是自動控制技術、微計算機技術和通信技術相結合的通用工業控制裝置，目前已被廣泛地應用于機電一體化、工業自動化控制等各個領域，被譽為現代化工業生產自動化的三大支柱（PLC技術、機器人、計算機輔助設計和制造）之一。基于PLC廣闊的發展空間，PLC課程已成為高職院校的機電、電氣類等專業的核心課程。
　　PLC可編程課程實踐性、應用性較強，強調理論知識和技能訓練并重。傳統的教學方式是依照教材，按基本工作原理、基本指令、基本應用、基本操作的順序進行理論講授和實驗訓練。一方面由于高職生整體學習能力較弱，另一方面由于指令多而抽象，大多學生在學習過程中學了后面的就忘了前面的，對各指令的功能混淆不清，不能正確地理解與應用，學生學習的主動性和積極性差。為了改變這一狀況，采用“項目導向，任務驅動”的項目式教學，通過師生共同完成學習項目和學習任務，有效地提高了學生的實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力，提高了教學效果與教學質量。
一、PLC可編程課程項目教學法的整體設計：
　　（一）確定設計思路
　　課程整體設計充分體現項目導向，任務驅動的思想，依據企業需求和崗位技能需求，遵循學生認知規律，將課程的教學活動分解設計成若干由簡單到復雜的項目和任務，以項目為單位組織教學，以典型任務為載體，引出相關專業理論知識，使學生在實踐操作過程中加深對專業知識、技能的理解和應用，培養學生的綜合職業能力。
　　（二）明確教學目標
　　確定PLC課程知識目標與能力目標，這是PLC教學的出發點，也是PLC教學的歸宿。具備PLC控制系統維護能力以及PLC程序設計能力是PLC崗位對PLC技術人員的核心能力要求。依據這一要求，高職PLC課程的知識目標是：使學生掌握可編程控制器技術的基本組成、工作原理及PLC編程軟件的使用，掌握PLC基本指令、應用指令及編程規則，掌握PLC基于梯形圖的常用的設計方法，掌握PLC應用系統的設計、安裝、調試和維護，并具備PLC的通信與網絡的基本知識。能力目標是：培養學生具備PLC安裝能力、硬件接線能力、常用指令的分析應用能力、PLC程序設計與調試能力、PLC控制系統設計、安裝、接線、調試及故障排除能力。進而實現培養學生學習的能力、分析問題和解決問題的能力及溝通協作的能力。
　　（三）設計教學項目與任務
　　PLC可編程課程的項目與任務的設計即是教學內容的設計，它是課程設計思路和教學目標的具體體現。它即要符合企業和崗位技能需求，具有針對性，又要保持PLC知識的系統性與完整性。因此，可以將PLC課程按項目教學模式分為五個學習項目，即PLC基礎、基本指令及應用、常用應用指令及應用、PLC控制系統的設計、PLC的通信與網絡。然后詳細分解每個學習項目所包含的知識點和能力點，形成具體的學習任務。例如在項目四“PLC控制系統的設計”中，按邏輯設計法、時序圖設計法、經驗設計法、繼電器控制電路圖轉換設計法、順序控制設計法分別設計一個學習任務。任務有時也被稱為子項目。任務的選取要注意三點：一是盡量采用學生易懂的三相電動機控制及易演示的彩燈（交通燈）控制和機械手控制；二是盡量按由簡到繁、循序漸進的方式安排任務順序，并注意控制PLC課程的整體難度；三是各任務針對性要強，要能充分體現相應知識點的學習和相關能力的培養。
二、項目教學的組織與實施：
　　科學地組織項目教學是實現教學目標的有效途徑。堅持項目導向，任務驅動的教學思路，按照“任務目標－任務分析－關聯知識－任務實施－擴展知識－能力測試－效果評估”的順序組織教學，實現完整的“教、學、做”一體化。以項目四中的任務“搬運機械手控制設計”為例，教學活動組織過程可以分成三個階段：
　　（一）準備階段
　　在一項新的學習任務啟動之初，首先要明確任務的目標，它決定著本次任務的教學方向，指引著師生教與學活動的開展。第二步是確定任務載體，任務載體應是實現任務目標最直接、最有效的途徑。在“搬運機械手控制”學習任務中，任務目標是掌握順序控制設計法，考慮到在搬運機械手手動、單步自動、單周期自動、連續自動多種工作方式中，連續自動控制最能突出順序控制設計的特點，所以選擇搬運機械手連續自動控制作為任務的載體。第三步任務分析，針對機械手連續自動控制，細致地分析機械手的工作方式、機械手每個工作步的控制要求及應禁止的誤操作，繪制出機械手自動工作流程圖。工作流程圖是順序功能圖的基礎，因此是這一步教學活動的重點內容。第四步是關聯知識即順序功能圖知識的學習，這是學生運用順序控制設計法實現機械手自動控制的理論基礎，學習的內容包括順序功能圖的組成、結構類型、順序功能圖與梯形圖的對應關系、根據順序功能圖畫梯形圖的方法等。
在準備階段，為保證知識的完整性，同時兼顧時間限制，任務訊息（任務目標、任務載體、任務分析）與相關知識主要由教師講授，教師是這一階段的活動主體，時間安排為2個課時。需要說明的是，如果將機械手每個工作步驟、自動流程圖、順序功能圖制作成動畫，用多媒體進行演示，將增加授課的趣味性、直觀性，提高教學效果。
（二）實施階段
　　在任務實施階段，學生是活動的主體。首先學生按2－4人一組，根據機械手控制要求確定輸入輸出元件，進行I/O點分配，設計外部接線，繪制機械手自動控制順序功能圖，初步設計PLC控制程序，這些活動由學生課外完成。教師負責布置任務，提供咨詢。第二步學生匯報，教師檢查評價。教學活動主要以師生共同討論的方式展開，著重對比置位復位指令、位移位指令、步進指令三種編程方案。步進指令在項目三“常用應用指令及應用”中有過初步的學習，大多學生可能并不熟悉，但不排除有好學的學生會應用它來編程。采用置位復位指令和步進指令編程的程序會較長，但邏輯關系清楚，而運用位移位指令編程的程序則顯得緊湊而簡捷，而且位移位指令在這里的妙用對學生更具吸引力。學生設計的每一種方案都應該得到教師的鼓勵，即使不完整或有明顯的錯誤。師生討論的主要目的在于確定方案、完善程序，時間安排為2個課時。第三步是程序輸入與調試。學生分組上機操作，教師進行指點和檢查。時間安排也為2個課時。對于提前完成的小組，可以安排他們先進入下一個環節，即機械手手動控制、單步自動、單周期自動控制設計。上機操作完成后，學生在課外完成程序設計與調試報告。第四步擴展知識的學習。在熟悉掌握機械手連續自動控制設計后，機械手手動控制、單步自動、單周期自動控制設計在教師指導下，也可以較快地被學生掌握，時間安排為1個課時。至此用順序控制設計法實現的完整的搬運機械手控制的學習基本完成，總計7個課時。對于學習能力較強的學生，教師還可以指導其將中斷指令應用于機械手控制中。
　　在任務實施階段，教師主要是營造學習氛圍，創設學習情境，提供幫助與咨詢，引導教學過程順利進行。
　　（三）評價階段
　　在這個階段里，需要做個能力測試檢查評估任務目標完成情況。教師可以布置用順序功能圖實現某些簡易的順序控制的作業由學生分組完成，根據學生作業評定成績。這一階段的師生活動均安排在課外。
　　由上所述，每個任務教學過程劃分為任務的準備、實施與評價三個階段，每個階段又細分為子階段，每個子階段所要進行的具體的教學活動不同，師生在各個階段所處的地位與作用也有所不同。
　　在PLC可編程課程項目教學組織與實施過程中，教師還要注意三點：一是要選擇既能體現項目教學理念，又適合學校實驗實訓條件的教材，必要時可以自編教材；二是要充分利用現場教學、多媒體技術等方式生動直觀地進行講授和指導，使枯燥、抽象的PLC硬件系統學習形象化，使復雜、難以理解的PLC控制任務趣味化，有效地激發學生學習的興趣。三是項目教學中，學生不再是被動的接受者，不確定的因素會有所增加，如教學進度的減慢、學生掌握程度不一、專業知識涉及面擴大等，教師只有不斷提高教學能力和業務水平，才能較好地運用項目教學法。
三、項目教學的考核與評價
　　PLC可編程課程項目教學的考核與評價是檢驗教學目標是否實現，判定教學效果是否達到預期的重要環節。在PLC課程結束時進行綜合項目考核，依據PLC項目實現的功能是否完整、設計方案是否最優、I/O接線是否正確、聯機調試是否按時完成、技術報告是否規范等五項指標，考核評定學生實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力。但綜合項目的考核成績并不是學生學習PLC課程的最終成績，它在總成績里所占的比例是40%，另有60%是平時成績。PLC項目教學的評價堅持以下幾個原則：
　　（一）過程評價與結果評價相結合的原則。評價的活動滲透在教學的整個過程之中，課堂表現、活動小組中的表現、操作技能水平、各項任務完成程度等都是教師平時采分的內容。
　　（二）小組評價與個人評價相結合的原則。教師對小組的整體評價在于鼓勵團隊協作能力的培養，教師對小組成員個人的評價在于督促個人學習自覺性的培養。
　　（三）職業能力評價與職業基本素質評價相結合的原則。從學生所獲得的分析解決問題能力、學習能力、創新能力等職業能力，以及所培養的勞動紀律、安全操作等職業基本素質兩大方面進行全面、科學的評價。
四、結語：
PLC可編程課程的項目教學以項目為單位，以典型的任務為載體，貫徹項目導向，任務驅動的思想，將“教、學、做”有機地結合在一起。通過項目教學，學生能較好地掌握PLC應用技術，為今后順利地走上崗位奠定了良好的基礎。

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