《可编程控制器原理》课程信息化教学设计

时间：2024-08-31

赵亚琴

（南京林业大学机械电子工程学院，江苏南京 210037）

《可编程控制器原理》课程信息化教学设计

赵亚琴

（南京林业大学机械电子工程学院，江苏南京 210037）

可编程控制器原理（PLC）是一门应用非常广泛且实践性很强的课程，针对该课程内容抽象以及目前教学中存在的问题，文章提出将信息技术应用到PLC课程的教学中，介绍了该课程教学改革模式的设计方法。详细阐述了PLC仿真软件、多媒体课件、微课视频以及网络教学资源共享等多种信息化教学手段在PLC教学中的设计思路和改革创新方法，教学实践应用表明信息化教学实现了教学手段的多样化，能将眼、耳、口、手、脑多种感官同时调动，有机结合，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的自主学习能力和实践创新能力。

PLC；信息化教学；仿真软件；多媒体课件；微课视频

一、可编程控制器原理课程改革的重要性

可编程控制器原理是自动化、机电一体化等专业的一门实践性很强的主干课程之一，具有知识覆盖范围广、实践性非常强和更新发展快的特点，同时，该课程比较抽象、理论性较强，因此，需要学生有很好的逻辑思维能力和实践应用能力［1］。

传统的教学方法以教师、课堂、教材为中心，学生被动地接受知识，从而缺乏目标与动力，对知识理解不透彻，导致教学效果不理想。首先，“一支粉笔一本书”的板书授课方式信息量小，灌输给学生的全部是理论性的知识，既不生动又不形象，内容讲解常常是“空”而“虚”，很难激发学生的学习热情［2］。其次，虽然多媒体直观、有较强的视觉效果，能吸引学生的注意力，但是很多多媒体课件都是把教学课本的知识完全复制到多媒体中，过大的信息量使学生有深刻记忆的东西太少，抓不住重点，难以达到很好的教学效果。最后，PLC是一门实践性很强的课程，传统的教学大多侧重于理论教学，而忽视了实际应用，导致学生没有实际动手能力，完全纸上谈兵，无益于以后的工作［3，4］。

面对传统教学的弊端，如何才能唤起学生自主学习的欲望，激发学生的学习兴趣，提高实践应用能力，是提高课程教学质量的关键，也是课程教学改革的重中之重。

二、实践信息化教学的可行性与优势

信息化教育是指全面深入地运用以计算机为主的现代教学媒体来促进教育改革和教育发展的一种全新的教育形态［5］。与传统教学模式相比，信息化教学模式表现形式多样，能将眼、耳、口、手、脑多种感官同时调动，有机结合，有利于增强学生注意力，激发学习兴趣。在PLC的教学实践中发现，采用信息化教学模式有很多优势，能够激发学生的学习动力，培养学生的实践能力及创新能力，取得很好的教学效果［6］。主要体现在以下几个方面：

（1）信息化教学能够将抽象的教学内容如PLC的工作原理、软元件与继电器的区别等，用信息技术手段生动直观地表现出来，完成知识的意义建构；（2）通过多媒体课件、网络资源、仿真教学软件、数字影像技术等多种形式提供更加丰富的教学资源，学生从多个渠道获取丰富的学习资源；（3）在信息化教学模式下，能够实现由“满堂灌”到“以学生为主体”的教学方式的根本改变，在教学活动中，教师扮演着引导者与支持者的角色，与学生思想经验交互碰撞，师生共同探索知识；（4）信息化教学通过教育网、校园网等给学生创造自主学习的环境，学生在学习过程中可以相互交流、分享学习经验，提高了学生的自主创新及解决问题的能力。

三、信息化教学在PLC教学实践中的应用

1．组态仿真软件

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，以灵活的组态方式，给用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具［7］。

（1）仿真软件在课堂教学中的应用

课堂上如果全部是教师在讲课，那么学生只是被动的被灌输了知识，而没有思考的过程。所以课堂上教师要多与学生进行互动、沟通，深入了解学生“想知道什么、应该知道什么”，鼓励学生发现问题、提出问题、解决问题，让学生带着问题来学习，变“被动学习”为“主动学习”。不仅使课堂变得轻松、愉悦，而且学生能更深入、更扎实地理解并掌握课程知识。

PLC理论知识比较抽象，难以理解，因此在课堂上可以边讲课边让学生用PLC仿真软件进行仿真，这样有助于学生对PLC工作过程的全面认识和了解。学生按照实际的控制要求进行仿真运行和调试，反复修改，优化程序，运行结果。例如：交通信号灯控制、正反转控制、分拣和分配线控制、升降机控制等，每一个场景都惟妙惟肖，图文并茂。这种生动、形象、高效的仿真，有利于激发学生的学习兴趣并调动学生的学习积极性，从而提高了课堂教学的质量与效率。

（2）仿真软件在实验教学中的应用

PLC是一门技术性很强的课程，虽然有些学生能够较好地理解书本知识，理论考试成绩较高，但是缺乏实际动手能力。所以加强学生的实践能力，提高其实际的设计能力和创新思维的教学任务非常重要。实验中，学生将理论知识学以致用，运用到实践中，提高了学生的动手能力，培养了学生的创新性思维。

组态软件是针对工控而开发的一种工具软件，可通过上位机串口对下位机（PLC）进行监控，实现数据的交换。在PLC实验中，将PLC与组态软件相结合进行实验教学。其中PLC作为下位机，执行软逻辑程序，实现控制功能；组态软件安装在PC机中，学生运行程序，并用鼠标控制屏幕上所画的设备开关和传感器，从而实现控制过程的模拟仿真及监控［7，8］。在运用组态软件的过程中，可以先从贴近生活的例子入手，如“交通灯”、“抢答器”等。在学生慢慢熟悉并掌握组态软件后，引入较复杂的项目，如“全自动洗衣机”、“电梯”等。使用组态软件，使实验变得形象生动，让学生对工业控制有初步的感性认识，调动了学生的积极性，培养了学生的自主创新能力。

2．多媒体教学

多媒体能将声音、图形、文本、动画、影像等信息融于一体传递给学生，调动学生的手、眼、耳等多种感官，使学生注意力更加集中，加深学生对知识的理解与记忆。在PLC课程教学中，利用课件直观生动的表现力和良好的交互性来辅助教学，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，圆满地完成教学任务。主要体现在：①提高教学效率，减轻教师负担。可编程控制器的授课过程中会涉及到大量的逻辑电路分析，指令用法举例、梯形图程序讲解等。如果利用传统的板书方式，不仅会占用大量的课堂时间，导致经常出现拖堂和压缩课堂内容的现象，而且增加了教师的备课和板书负担。而利用多媒体课件，则可以在相同的时间内更具体、更全面的展示知识，轻松省时，大大提高了课堂效率。②通过课堂板书和课件演示相结合，使学生掌握可编程控制器原理的工作原理、编程方法，并具有解决工程实际问题的能力。提高教学的生动性，激发学生的学习兴趣。③多媒体课件还有利于学生上课时只需记课堂的框架及重点、难点，避免学生上课一味的记笔记而影响了对某些知识点的理解，课后利用多媒体再对笔记不完整的地方进行补充，使学生更详细、更全面、更有效的掌握知识。④可编程控制器的工作原理、生产工艺过程以及某些元件的工作原理仅仅依靠课堂板书，很难讲解的清楚明白。通过图片、动画和视频等素材生动形象地描述抽象的、难以理解的教学内容，利用课件良好的交互性，可以很方便地在新知识和旧知识之间跳转，对教学难点和重点重复讲解，突破教学难点，突出教学重点。图1所示为PLC课程多媒体课件中的一个界面。

图1 PLC课程多媒体课件

3.微课视频

“微型视频课例”简称“微课”，它是以教学视频为主要呈现方式，记录教师围绕学科知识点（重点、难点、疑点、考点等）或教学环节（学习活动、主题、实验、任务等）开展的简短、完整的教学活动。微课是一种全新的教学方式，很多教师都在尝试实践。胡铁生总结了微课的四大特点［9］：主题突出，指向明确；资源多样，情境真实；短小精悍，使用方便；半结构化，易于扩充。在PLC教学中运用微课视频主要有以下优势：①创设教学情景，激发学生学习兴趣。把“简而全”的微课视频，甚至把操作过程和实习现场搬到网上供学生观摩，使学生有身临其境的感觉，吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。②满足学生对个性化自主学习的需求。每个学生的求知欲不同，对知识的理解与掌握也不同，微课视频可以满足学生的个性化学习、按需选择学习。如果对课堂上某个知识点不理解，学生可以控制播放，随时暂停，反复播放，可以边看微课视频边与其他同学交流思考，相互协作解决问题。③帮助学生突破重难点，提高学习效率。微课实现了在线学习、移动学习，学生可以随时利用微课来进行查缺补漏，强化巩固知识。对于重难点问题，学生可以利用微课视频将不懂的知识各个击破深入消化理解，从而降低了学生的学习难度，避免了重复学习或严重过度学习，有效地提高了学习效率［10］［11］。④加强学生思维训练。微课展现了课堂知识的精华部分，是课堂学习的重要补充和拓展，所以微课每个细节都需要关注，这样有助于学生进行深入的思考，有助于学生启迪思想、训练思维。图2所示为PLC课程微课教学视频的一个界面。

图2 PLC课程微课教学视频界面

4．教学资源共享

教学资源只有充分实现共享，才能体现资源的价值。所以教师有必要把教学资源发布到网上，作为教学过程的拓展和补充，供学生下载、在线学习、互动交流等。学生可以随时随地的学习，在学习过程中还可以与老师互动，与同学交流，提升了协作学习能力。同时，教师在与学生交流过程中，也能够及时掌握学生的学习进展，以便对教学方法和教学内容进行适当的调整，使教学更有针对性［12］。

PLC课程的教学资源网络共享设计遵循以学生为中心、教学实用性和交互性设计的原则。主要内容包括课程简介、教学大纲、授课教案、教学课件、微课教学、试题库、讨论与答疑等。尤其是多媒体课件、微课视频和试题库资料，对学生的课程学习起到了很有益的辅助作用。制作的多媒体课件可以直接供学生拷贝，或者发布到教学网站上，供学生下载。这样有利于学生的课前预习和课后复习；短小精悍的微课视频作为共享资源上传到网上，可供学生随时随地的学习。微课视频将视觉效果和听觉效果结合在一起，可以让学生在短时间内愉悦地掌握知识的精华，及时复习并掌握课程中的重点、难点。试题库提供多种题型，学生通过练习试题，更深入掌握和消化课堂内容，有利于对知识的巩固和灵活应用，图3所示为试题库链接主界面。

图3 PLC试题库链接主界面

［1］张忠.《PLC控制技术》课程教学改革与实践［J］.价值工程，2013，6：204-206.

［2］袁惠娟.PLC课程教学的探讨［J］.科技教育创新. 2009，20：268-269.

［3］吴宏岐.电气控制及PLC课程教学改革与实践［J］.中国现代教育装备，2009，17：63-64.

［4］孔超.高校计算机基础课程的信息化教学设计与实践研究——以《大学计算机应用基础》为例［D］.安徽师范大学硕士学位论文，2012.

［5］王璐，信息化教学手段在电力电子技术课程中的应用［J］.辽宁高职学报，2014，2：45-47.

［6］高志军.“教学媒体的理论与实践”课程信息化教学设计［J］.课程与教学研究，2008，12：46-50.

［7］刘晓燕.电气控制与PLC课程多媒体教学中组态软件的应用分析［J］.信息技术，2013，6：200-201.

［8］王越男.PLC课程实践教学环节的改革与实践［J］.常州信息职业技术学院学报，2013，2：49-52.

［9］胡铁生.“微课”：区域教育信息资源发展的新趋势［J］.电化教育研究，2011，10：61-65.

［10］杨明，高职教育微课开发综合讨论［J］.职教论坛，2014，6：65-70.

［11］侯恕萍.构建综合性的可编程控制器实验教学体系［J］.硅谷，2012，8：143-144.