基于PLC 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的職業(yè)學(xué)校教學(xué)儀器自制與應(yīng)用

顧加亭

無(wú)錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇省無(wú)錫市 214000

1 自制教學(xué)儀器的背景

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，現(xiàn)代教學(xué)儀器的種類(lèi)發(fā)生了翻天覆地的變化，但有時(shí)卻因其復(fù)雜的功能而喪失了每個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行設(shè)備改造的可能性與靈活性?；诖?，教師為了在教學(xué)時(shí)對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善，往往需要通過(guò)自行研制教學(xué)儀器或者設(shè)備?？傊?，在對(duì)教學(xué)儀器進(jìn)行自制時(shí)，“雙師型”教師需要將自己實(shí)際的教學(xué)需求與發(fā)揮主觀創(chuàng)造性相結(jié)合，以達(dá)到教學(xué)需求、教師能力以及學(xué)生能力三方面的均衡發(fā)展。

對(duì)于剛開(kāi)始接觸可編程序控制器（Programmable Logic Controller， 簡(jiǎn) 稱(chēng)PLC）的中職學(xué)生而言，不可避免的會(huì)接觸到一些具體的PLC 應(yīng)用問(wèn)題，比如彩燈控制系統(tǒng)、PLC 控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的功能和三相交流異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ 降壓?jiǎn)?dòng)控制系統(tǒng)等。而在后期深入的學(xué)習(xí)過(guò)程中，這類(lèi)學(xué)生將要面臨電工職業(yè)資格的中高級(jí)鑒定，不可避免的會(huì)接觸到一些較復(fù)雜的應(yīng)用問(wèn)題，例如十字路口紅綠燈問(wèn)題和運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)往返控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。以上問(wèn)題是學(xué)習(xí)PLC 的學(xué)生所要面對(duì)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。教師需要將以上較為復(fù)雜和抽象的實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)某種具體的演示過(guò)程，促使學(xué)生對(duì)某些抽象問(wèn)題進(jìn)行形象化。

職業(yè)教育是與普通教育有所差別的一種類(lèi)型教育，在職業(yè)教育的過(guò)程當(dāng)中，要始終堅(jiān)持以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，多措并舉打造“雙師型”教師隊(duì)伍。教師的發(fā)展即師資隊(duì)伍建設(shè)不僅是提高教育質(zhì)量的核心力量，并且是職校發(fā)展的重要戰(zhàn)略?xún)?nèi)容。目前，職業(yè)教育大多數(shù)教師具有較高的思想政治素質(zhì)、優(yōu)良的職業(yè)道德、扎實(shí)的理論知識(shí)和較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力，可以將思想政治工作有效融入專(zhuān)業(yè)課教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。因此，為了進(jìn)一步提升職業(yè)學(xué)校教師的綜合能力，需要同時(shí)將思想政治工作、理論知識(shí)與專(zhuān)業(yè)技能這三個(gè)方面進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。職業(yè)院校的“雙師型”教師需要帶領(lǐng)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)際操作以鞏固理論知識(shí)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在此情況下，不僅能夠達(dá)到更好的教學(xué)效果，而且可以提升“雙師型”教師的專(zhuān)業(yè)技能與學(xué)生的動(dòng)手能力。

2 自制教學(xué)儀器的意義

本研究不局限于服務(wù)教學(xué)和科研，而是為社會(huì)培養(yǎng)所緊缺的應(yīng)用型人才。在自制教學(xué)儀器的過(guò)程當(dāng)中可以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)訓(xùn)設(shè)備使用率，進(jìn)一步提高“雙師型”教師的工作積極性，同時(shí)還能改善實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備維修保養(yǎng)的困難和節(jié)約實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)成本，都具有較為深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)影響和社會(huì)效益。自制教學(xué)儀器設(shè)備主要有以下意義。

（1）改變實(shí)驗(yàn)室完全依靠購(gòu)買(mǎi)外來(lái)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的現(xiàn)狀，自制具有教學(xué)特色的儀器設(shè)備，打造教學(xué)特色實(shí)訓(xùn)室。在自制儀器設(shè)備的過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生愛(ài)勞動(dòng)，愛(ài)惜教學(xué)設(shè)備的行為習(xí)慣，對(duì)實(shí)訓(xùn)室儀器設(shè)備的維修保養(yǎng)情況具有較為重要的作用，可以進(jìn)一步形成更加完整與規(guī)范的儀器設(shè)備保養(yǎng)維修體系，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)效率的提高和儀器維修費(fèi)用的節(jié)約具有深遠(yuǎn)的影響。

（2）創(chuàng)新教師隊(duì)伍，自制儀器設(shè)備可以調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教師的工作積極性、提升技術(shù)水平并且穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍，最終可以促進(jìn)“雙師型”教師的在思政，理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能這三個(gè)方面的全面發(fā)展。

（3）改善傳統(tǒng)以教師為主的教學(xué)方式，有利于樹(shù)立以學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，自制儀器設(shè)備根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果倒推出實(shí)驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生深刻思考如何完成實(shí)訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)，需要用什么設(shè)備去完成相對(duì)應(yīng)的任務(wù)，甚至能不能設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)。如此模式有利于消除學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的神秘感，激發(fā)參與實(shí)驗(yàn)的興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

3 自制教學(xué)儀器運(yùn)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的方式和途徑

教學(xué)設(shè)備制作完成不僅僅是作為簡(jiǎn)單的展示或者普通的教學(xué)設(shè)備，而是在自制教學(xué)設(shè)備時(shí)，需要特別注意將其運(yùn)用于實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)模式。該模式應(yīng)以學(xué)生為中心，教師為輔的教學(xué)模式，此方式不僅可以充分發(fā)揮職業(yè)學(xué)校學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐進(jìn)一步相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的興趣，而且可以共同提高“雙師型”教師實(shí)踐能力與職校學(xué)生的動(dòng)手能力。如何將自制設(shè)備更好地運(yùn)用在實(shí)訓(xùn)教學(xué)，主要有以下幾個(gè)方面。

3.1 構(gòu)建合理的實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程體系

在職校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系當(dāng)中一般包含基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)和專(zhuān)業(yè)性的實(shí)訓(xùn)，而將專(zhuān)業(yè)性的實(shí)驗(yàn)的課程課時(shí)比例應(yīng)當(dāng)高于60%及以上總的實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)是相對(duì)較為合理的安排。而專(zhuān)業(yè)性實(shí)驗(yàn)的要求是相對(duì)較高，在此過(guò)程中學(xué)生的理論知識(shí)與動(dòng)手能力都是極為重要的。在此基礎(chǔ)上，需要學(xué)生組建自己的團(tuán)隊(duì)對(duì)任務(wù)提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)任務(wù)方案、分析任務(wù)和解決問(wèn)題等一系列步驟。任務(wù)失敗有時(shí)是不可避免的問(wèn)題，所以目前傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法已不能適應(yīng)如此較高的要求。針對(duì)以上問(wèn)題，可以采取具體的方法如下：

（1）針對(duì)在動(dòng)手能力與理論知識(shí)學(xué)習(xí)能力資質(zhì)一般的學(xué)生，在進(jìn)行專(zhuān)業(yè)性實(shí)訓(xùn)時(shí)，指定特定的指導(dǎo)教師，根據(jù)教師在現(xiàn)有的儀器設(shè)備特定的情況下，學(xué)生完成專(zhuān)業(yè)性實(shí)訓(xùn)的任務(wù)；

（2）對(duì)于動(dòng)手能力較強(qiáng)能夠?qū)I(yè)技能大賽項(xiàng)目的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在完成其專(zhuān)業(yè)性實(shí)訓(xùn)的指導(dǎo)教師一般由該項(xiàng)目的指導(dǎo)教師擔(dān)任，而學(xué)生將對(duì)應(yīng)項(xiàng)目結(jié)題的必要條件就是需要完成該時(shí)間段內(nèi)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)并且至少親自制作完成一件相應(yīng)的儀器設(shè)備。

自實(shí)施該方法以來(lái)，本校的學(xué)生不僅對(duì)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，動(dòng)手能力還取得了質(zhì)的提高。

3.2 結(jié)合理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)

理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)是相輔相成的關(guān)系，在職業(yè)教育課程當(dāng)中他們關(guān)系緊密，互相支撐。而在傳統(tǒng)的教學(xué)模式里，理論教學(xué)一般由純理論教師承擔(dān)，而實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)由純實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師完成，這樣就會(huì)導(dǎo)致理論與實(shí)際操作出現(xiàn)較大的偏差，使學(xué)生無(wú)法更好的適應(yīng)未來(lái)的工作環(huán)境。因此目前培養(yǎng)“雙師型”教師是迫在眉睫的事情，即不僅可以講授理論知識(shí)還可以完成實(shí)訓(xùn)課程的安排，也就是無(wú)論是在理論知識(shí)的講授，還是在實(shí)訓(xùn)時(shí)間，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，實(shí)訓(xùn)器材以及樣品的準(zhǔn)備都是由“雙師型”教師獨(dú)立完成。采用此種方法的優(yōu)點(diǎn)是“雙師型”教師可以利用課堂教學(xué)讓學(xué)生充分了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)訓(xùn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、設(shè)備的工作原理、實(shí)訓(xùn)設(shè)備與工業(yè)設(shè)備的差異運(yùn)用于實(shí)際案例等，同時(shí)可以確保課堂教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)在內(nèi)容上和時(shí)間上的相統(tǒng)一。在此基礎(chǔ)上，同時(shí)還需要教師不斷更新現(xiàn)有知識(shí)，與企業(yè)最新的技術(shù)相結(jié)合，以保證職校學(xué)生出校門(mén)后人人有技能。

3.3 改進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式

在常規(guī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，引入自制儀器設(shè)備的實(shí)踐教學(xué)模式，并將其納入實(shí)踐成績(jī)考核范圍?！半p師型”教師在教學(xué)過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生參與自制儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)與研究，通過(guò)查找參考文獻(xiàn)、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)施與論證，體會(huì)科學(xué)研究的全過(guò)程。在此過(guò)程中，學(xué)生的理論知識(shí)、思維能力、動(dòng)手能力與解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力得到了進(jìn)一步的鍛煉。經(jīng)過(guò)自制教學(xué)儀器設(shè)備的過(guò)程，職校學(xué)生不僅可以在對(duì)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理論加深的基礎(chǔ)上激發(fā)出學(xué)習(xí)的熱情，同時(shí)還可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)認(rèn)同感與幸福感，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從理論知識(shí)型向科學(xué)知識(shí)應(yīng)用技能型的轉(zhuǎn)化。

4 自制彩燈控制系統(tǒng)教學(xué)儀器的實(shí)施步驟

任務(wù)要求：按下啟動(dòng)按鈕SB1，指示燈A 和B 亮，1S 后指示燈A 滅并且指示燈B和C 亮，再1S 后指示燈B 滅并且指示燈C和D 亮，依次規(guī)律，直到指示燈N 滅并且指示燈A 和B 再次亮，彩燈控制系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)亮燈，任何時(shí)候按下停止按鈕SB2，彩燈控制系統(tǒng)停止工作。

根據(jù)任務(wù)要求分析任務(wù)要求，繪制I/O地址分配表，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的PLC 接線圖，并設(shè)計(jì)梯形圖程序。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)輸入功能主要有啟動(dòng)按鈕SB1 和停止按鈕SB2，輸出功能有指示燈A-N。如下表1 所示，為該任務(wù)的I/O 地址分配表。

表1 彩燈控制系統(tǒng)I/O地址分配表

在繪制完成彩燈控制系統(tǒng)的I/O 地址分配表后，接下來(lái)還需要完成PLC 電氣原理圖的設(shè)計(jì)，以針對(duì)正確的電氣原理圖對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際接線做鋪墊。如下圖1 所示，為彩燈控制系統(tǒng)的電氣原理圖。

圖1 彩燈控制系統(tǒng)的電氣原理圖

在完成了彩燈控制系統(tǒng)的I/O 地址分配表和電氣原理圖的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)任務(wù)要求完成程序設(shè)計(jì)。

在完成系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)進(jìn)行搭建。針對(duì)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，“雙師型”教師提出了自制設(shè)計(jì)方案，學(xué)生根據(jù)彩燈控制系統(tǒng)的任務(wù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)位置圖，并進(jìn)行圖紙繪制與反復(fù)討論進(jìn)行論證，利用現(xiàn)有條件進(jìn)行儀器設(shè)備自制，主要選用了低壓斷路器，熔斷器，24V 開(kāi)關(guān)電源和PLC 型號(hào)為三菱的FX3U-32MR 等實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有設(shè)備。如下圖2 所示，為學(xué)生設(shè)計(jì)的彩燈控制系統(tǒng)位置圖。

圖2 彩燈控制系統(tǒng)位置圖

在根據(jù)設(shè)計(jì)好的圖紙搭建硬件平臺(tái)，對(duì)于搭建好的平臺(tái)，經(jīng)過(guò)程序編輯、寫(xiě)入和設(shè)備調(diào)試等一系列操作，最終完成了彩燈控制系統(tǒng)設(shè)備的自制過(guò)程。如下圖3 所示，為自制的實(shí)訓(xùn)設(shè)備彩燈控制系統(tǒng)實(shí)物圖。在自制彩燈控制系統(tǒng)的過(guò)程中，不僅可以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步掌握所教授的課程，還可以將自制好的儀器設(shè)備應(yīng)用直接應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)中進(jìn)行演示教學(xué)。在教師傳授知識(shí)與學(xué)生使用自制設(shè)備的過(guò)程中，當(dāng)面臨一些問(wèn)題時(shí)需要大家進(jìn)行一起研討并針對(duì)性的去解決問(wèn)題，最終可以對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行更新或增加。最終，可以將自制成果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行應(yīng)用推廣，形成規(guī)模，打造教學(xué)示范特色。

圖3 彩燈控制系統(tǒng)實(shí)物圖

自制儀器設(shè)備研究采用以學(xué)生為主與教師為輔的指導(dǎo)方法，在自制過(guò)程中，注重教師改進(jìn)與學(xué)生檢驗(yàn)以不斷改進(jìn)自制儀器設(shè)備中存在的問(wèn)題，促進(jìn)教學(xué)改革順利進(jìn)行。自制儀器設(shè)備除用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)，還用于課程設(shè)計(jì)或者畢業(yè)設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

自制儀器設(shè)備在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中具有非常重要的意義，通過(guò)儀器設(shè)備的自制，使學(xué)生觸及前沿技術(shù)和學(xué)科最新進(jìn)展，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)自信和興趣，激發(fā)他們自主設(shè)計(jì)、主動(dòng)參與創(chuàng)新的熱情，從已知中發(fā)現(xiàn)未知，拉近了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)習(xí)與科研之間的距離，同時(shí)也提高了教師的理論知識(shí)水平和科技攻關(guān)能力，極大地推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，起到了很好的教學(xué)效果。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，職業(yè)院校的“雙師型”教師需要帶領(lǐng)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)際操作以鞏固理論知識(shí)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在此情況下，不僅能夠達(dá)到更好的教學(xué)效果，而且可以提升“雙師型”教師的專(zhuān)業(yè)技能與學(xué)生的動(dòng)手能力。