淺談《可編程控制器》課程的體驗(yàn)式課堂教學(xué)模式

摘 要：《可編程控制器》課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，而傳統(tǒng)教學(xué)采用對(duì)逐個(gè)指令進(jìn)行講解為主，先講基本指令，再講功能指令。教學(xué)內(nèi)容比較抽象，學(xué)生難以理解，教師雖然用心講授，但效果并不理想。為提高教學(xué)質(zhì)量和實(shí)效，我校將體驗(yàn)式教學(xué)法引入《可編程控制器》教學(xué)過程中，實(shí)施在課堂教學(xué)中設(shè)置情境，讓學(xué)生在教學(xué)情境中體驗(yàn)可編程控制器的應(yīng)用，在應(yīng)用中學(xué)習(xí)相關(guān)指令和知識(shí)，從而大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，以及獨(dú)立思考、獨(dú)立操作、技術(shù)創(chuàng)新等方面的能力。以《可編程控制器》教學(xué)案例為例，論述課堂教學(xué)中如何實(shí)施體驗(yàn)式教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)課堂的高效性。

關(guān)鍵詞：情境；體驗(yàn)；任務(wù)；探索；自主；認(rèn)知

一、引言

可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC，是在硬接線邏輯控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體，具有功能性強(qiáng)大、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，在工業(yè)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)需求，許多職業(yè)類學(xué)校機(jī)電、數(shù)控等專業(yè)都開設(shè)了本課程。但由于本課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，傳統(tǒng)的教材和教法都從PLC結(jié)構(gòu)、組成、原理開始介紹，再講授系統(tǒng)配置，接下來講述指令系統(tǒng)，最后以少數(shù)個(gè)案的分析結(jié)束。通過這種逐章講解的方法讓學(xué)生學(xué)習(xí)如此抽象的課程，其效果可想而知。如何更有效地讓學(xué)生掌握本課程的理論基礎(chǔ)和技能操作，我校在課程改革中推行體驗(yàn)式教學(xué)，在教學(xué)過程中教師設(shè)置一個(gè)真實(shí)或虛擬的、富有啟發(fā)性的課堂情境，通過體驗(yàn)情境，將教授內(nèi)容滲透到具體案例中，引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)PLC應(yīng)用的同時(shí)，認(rèn)識(shí)和接受教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，化抽象為具體，根據(jù)課堂設(shè)置的任務(wù)，利用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，指導(dǎo)學(xué)生所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)例中，加強(qiáng)學(xué)生二次體驗(yàn)。充分拓展學(xué)生學(xué)習(xí)思路，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，切實(shí)獲得知識(shí)。

二、體驗(yàn)式教學(xué)法的概述與含義

體驗(yàn)式教學(xué)指在教學(xué)過程中為了達(dá)到既定的教學(xué)目的，從教學(xué)需要出發(fā)，引入、創(chuàng)造或創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的具體場(chǎng)景或氛圍，以引起學(xué)生的情感體驗(yàn)，幫助學(xué)生迅速而正確地理解教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生情感，讓學(xué)生親自去感知、領(lǐng)悟知識(shí)，并能在實(shí)踐中加以運(yùn)用，是促進(jìn)他們的心理機(jī)能全面和諧發(fā)展的一種教學(xué)方法。體驗(yàn)式教學(xué)同樣適合于中職學(xué)校的《可編程控制器》課程教學(xué)。

在《可編程控制器》課程教學(xué)上，教師若脫離實(shí)際空洞地講解PLC的指令系統(tǒng)，要讓學(xué)生掌握全部指令基本不可能。比如：OMRON系列PLC微分指令部分，如果只告訴學(xué)生DIFU的功能是當(dāng)邏輯條件從OFF到ON時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖。DIFD的功能是當(dāng)邏輯條件從ON到OFF時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖，學(xué)生只能記住表象的理論，遇到實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍難以分辨。所以，先讓學(xué)生體驗(yàn)微分指令在實(shí)際案例中的應(yīng)用，讓他們感覺和體會(huì)指令的特點(diǎn)和用法。然后讓他們總結(jié)有幾種微分指令，用法有何不同，不同在哪里等。這樣，不但讓學(xué)生有了直觀的認(rèn)識(shí)，而且培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，遇到問題就會(huì)自主思考。在這種“體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)、再體驗(yàn)、再認(rèn)識(shí)”的過程中，通過體驗(yàn)與認(rèn)識(shí)的交互作用，促成學(xué)生行為和認(rèn)知的統(tǒng)一。

三、《可編程控制器》體驗(yàn)式課堂教學(xué)模式的實(shí)施

通常在《可編程控制器》的教材中都有很多經(jīng)典的設(shè)計(jì)案例，在課堂中實(shí)施體驗(yàn)式教學(xué)時(shí)可以以這些案例為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生的思維。由于接近生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，容易引起學(xué)生的共鳴，再通過加深和拓展，進(jìn)一步達(dá)到教學(xué)中的情感和認(rèn)知培養(yǎng)目標(biāo)。

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入案例

運(yùn)用體驗(yàn)式教學(xué)法創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的方法有：

（1）利用多媒體課件、影音資料、動(dòng)畫模擬真實(shí)環(huán)境引導(dǎo)學(xué)生從心理上參與“虛擬經(jīng)歷”從而獲得感性的認(rèn)識(shí)。

（2）直接讓學(xué)生動(dòng)手操作，直觀感受，從行為上直接參與等。

電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路是實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的典型控制線路，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。因其電氣控制電路一般機(jī)電專業(yè)學(xué)生都已學(xué)過，且輸入輸出元器件較少，同時(shí)，其程序都由基本指令組成，最適合作為《可編程控制器》課程的入門教學(xué)案例。本文選擇機(jī)電專業(yè)學(xué)生都操作過的6140型普通車床主軸電路的PLC設(shè)計(jì)為情境案例，引入教學(xué)內(nèi)容：

（1）播放普通車床6140、運(yùn)料小車往返、貨運(yùn)電梯等視頻，從學(xué)生熟悉的一些認(rèn)識(shí)和經(jīng)歷入手，讓學(xué)生分析這些控制線路的共同點(diǎn)———電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。

（2）分別展示由接觸器—繼電器控制和PLC控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)線路板，并通電演示。讓學(xué)生討論分析PLC控制與接觸器—繼電器控制的不同之處，并提出問題：PLC替代了接觸器—繼電器控制的哪一部分。

（3）引出本堂課的教學(xué)內(nèi)容——如何用PLC實(shí)現(xiàn)6140車床主軸正反轉(zhuǎn)。

2.案例引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，體驗(yàn)探究

（1）案例分析體驗(yàn)。根據(jù)電氣原理圖，如圖1所示，讓學(xué)生分組討論，完成6140車床主軸正反轉(zhuǎn)控制要求（表1）。

（2）教師引導(dǎo)設(shè)問，學(xué)生自主探索。先將PLC的主要設(shè)計(jì)步驟要求具體化，包括：輸入、輸出點(diǎn)的分配，PLC外部接線、編程設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)試等環(huán)節(jié)。具體實(shí)施步驟如下：

任務(wù)一：根據(jù)控制電路要求，讓學(xué)生完成PLC控制的輸入輸出地址分配表，如表2所示（以O(shè)MRON型CPM1A系列PLC為例）。

根據(jù)輸入輸出地址分配表可知：PLC的I/O點(diǎn)數(shù)為3/2，共用到5點(diǎn)，本次任務(wù)重點(diǎn)讓學(xué)生掌握：

①PLC的輸入輸出寄存器通道和地址的概念

②讓學(xué)生理解接觸器—繼電器控制電路中的主控元件、執(zhí)行元件與PLC輸入輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

任務(wù)二：學(xué)習(xí)硬件接線，畫出PLC的I/O口接線圖（如圖2所示）。

學(xué)生根據(jù)接線圖完成PLC外部接線，在該過程中，學(xué)生較難理解的是輸入、輸出元器件與PLC I/O口如何形成回路。為此，講解時(shí)要通過PPT等教學(xué)軟件展示PLC輸入輸出的等效電路，再通過學(xué)生動(dòng)手完成接線，體驗(yàn)和理解PLC I/O口的工作原理。

任務(wù)三：畫出電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖與指令的編寫

教師在講解PLC梯形圖時(shí)，先通過PPT等教學(xué)軟件展示學(xué)生熟悉的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖，再因勢(shì)利導(dǎo)，鼓勵(lì)指導(dǎo)學(xué)生將其一步步轉(zhuǎn)化為PLC梯形圖（如圖3所示）。

3.總結(jié)領(lǐng)會(huì)，評(píng)價(jià)反饋，升華體驗(yàn)

引導(dǎo)學(xué)生講述在本堂課的教學(xué)情境中的體驗(yàn)，總結(jié)本堂課的知識(shí)點(diǎn)。

（1）PLC基本應(yīng)用。

（2）PLC設(shè)計(jì)的步驟，從設(shè)計(jì)要求分析到PLC的輸入輸出地址分配到I/O口接線再到程序設(shè)計(jì)。

（3）重點(diǎn)掌握了梯形圖的繪制方法和基本指令

（4）OMRON系列PLC編程軟件的使用。

評(píng)價(jià)分為兩部分，一是通過自評(píng)表（如表3所示），量化考核，讓學(xué)生完成自評(píng)，二是教師對(duì)本堂課學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，點(diǎn)評(píng)時(shí)應(yīng)當(dāng)在鼓勵(lì)和表揚(yáng)學(xué)生的基礎(chǔ)上提出一些改進(jìn)的建議。

通過學(xué)生的總結(jié)，教師可以了解到自己設(shè)計(jì)的情感和教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成，此外，在每一項(xiàng)任務(wù)中可以讓學(xué)生記下自己不理解的問題，在總結(jié)時(shí)進(jìn)行反饋，教師可給出時(shí)間讓學(xué)生提問，且由能夠理解的學(xué)生回答，實(shí)在解決不了的問題再由教師指導(dǎo)解決問題的方法，讓學(xué)生在課后思考、完成，充分給予學(xué)生自主思考和探索的空間，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、《可編程控制器》體驗(yàn)式教學(xué)課堂中知識(shí)的拓展

在《可編程控制器》教學(xué)中，很多知識(shí)點(diǎn)可以在此情境案例的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上拓展延伸，只需要教師把握住拓展的知識(shí)量、拓展知識(shí)的前后聯(lián)系。比如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能指令，知識(shí)拓展只要將情境設(shè)置的控制要求提高，增加時(shí)間和技術(shù)控制等。

借助體驗(yàn)式教學(xué)手段，在情境案例中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的滲透，讓學(xué)生在PLC實(shí)際應(yīng)用的情境中體驗(yàn)，在應(yīng)用中學(xué)習(xí)探索，不僅有助于教師教授專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，努力探索的專業(yè)精神。這就是體驗(yàn)式教學(xué)的精髓，也是專業(yè)教學(xué)的至高目標(biāo)。