《PLC编程及应用》课程项目化教学模式探索＊

北京科技大学天津学院 王丽娜 班岚 张卫 刘俊培 张洪峰 王建亮

依据在智能制造背景下企业对自动化专业技术型人才的要求，针对自动化学生的工程应用能力培养问题，结合PLC编程及应用课程教学现状，坚持以学生为主体，教师为主导的教学理念，采用行动导向教学法与项目化教学相结合的教学方式，从教学目标、教学策略、教学实施、考核方式四个方面，展开PLC编程及应用课程的项目化教学模式的研究与探索。

我国向高端制造业转型过程中，大量先进的智能化设备装备进入企业，为适应现代化工业发展的需要，企业对自动化专业技术人才提出了新的要求。希望培养和造就既有扎实的专业理论基础又有较强的专业实操技能，同时负有国家情怀的高素质、复合型、实用型、现代型的自动化应用型人才。

而可编程控制器（简称PLC）是一种具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置，是当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备[1]。且PLC是将继电器技术、微型计算机技术、自动控制技术、网络通信技术融于一体的综合性、应用型课程[2]。基于此展开了PLC编程及应用课程的项目化教学模式的研究与探索。

PLC编程及应用课程充分利用PLC实训室，将理论内容融入具体项目中，采用行动导向教学法与项目化教学相结合建立系统的教学计划，以任务导向作为驱动，开展启发式、讨论式、参与式教学，来激发学生的学习兴趣，增强学生的团队精神，提升学生的创新意识和团队协作能力。教师要坚持以德立身、以德立学、以德施教的原则，将立德树人贯穿到整个PLC课程教学中，通过本课程的训练与学习，使学生具备PLC的基本知识与基本技能，掌握S7-200PLC的工程应用[3]，具备使用PLC进行控制系统的设计、安装与调试等方面的工程实践能力，培养学生的爱国主义情怀，精益求精的工匠精神及职业精神。同时鼓励带动学生参加竞赛与创新创业项目，以激发学生创新活力、培养创新精神，进一步巩固提升学生走向岗位所需的职业行为能力。教学目标如图1所示。

图1 教学目标Fig.1 Teaching objectives

1 PLC项目化教学策略探索

传统的教师灌输学生被动接受、重教轻学的理论课堂教学模式，存在学生学习积极性不高，工程应用能力差的问题，达不到应用的教学效果，而实践教学虽能增强学生的动手实践及工程应用能力，但与理论脱节，因此探究项目化教学方式。将理论课程知识融入到项目实践中，以学生为主体，以项目导向进行驱动，教师对教学项目进行编制，项目任务内容由浅入深，先从简单的项目实践内容入手，使学生熟悉PLC组成与基本工作原理，熟悉实验设备的使用方法和PLC的基本编程、接线、调试过程。然后通过完成整体项目设计如交通灯信号灯的PLC控制、四层电梯的控制系统设计等，培养学生可编程控制器系统设计、方案论证、软件编程、现场调试等方面的能力。在教师编制好的每个教学项目的引导下使学生有组织、有目的地进行学习。提升学生的积极性与自主性。使学生成为课堂的主体，通过一系列的模块划分以及实施执行，完成项目各环节的基本要求和实践技能，提升学生的理论知识和动手操作能力。

PLC项目化教学的课程实训装置采用的是德国西门子公司的S7-200系列的PLC，采用STEP7-Micro/WIN4编辑软件来实现程序的编辑、编译、调试和系统组态。教师对德国西门子S7-200系列的PLC进行介绍时，对国内外PLC市场及国产PLC现状进行分析，指出我国还未进入可编程控制器强国行列，激发学生的民族责任感以及紧迫感，从而引导学生树立技能报国理想、为国争光、为国奋斗的决心，培养家国情怀[4]。

以项目任务设计为主线的PLC课程的项目化教学设计如表1所示。将PLC教学课程分成两大部分：PLC基础应用模块（项目1-5）和PLC专项应用模块（项目6-13）。将要求掌握的理论内容均融入到各个项目的任务中。每个项目包含多个子任务，任务的设计由易到难，层层递进。PLC基础应用模块包含5个项目，主要使学生掌握PLC的硬件与工作原理，熟悉实验设备的使用方法和PLC的基本编程、接线、调试过程。

PLC专项应用模块包含8个项目。结合典型的工业案列进行展开，充分利用实训室资源并与生产实际相结合，使学生进一步了解和掌握PLC应用设计的方法与步骤，培养学生可编程控制器系统设计、方案论证、软件编程、现场调试等诸多方面的能力，加强对自动化专业知识的应用能力，培养学生刻苦钻研，认真敬业的职业思想，提升职业能力，往技能型人才培养的目标迈进。

2 PLC项目化教学实施方案

项目化教学实施以团队协作和组间竞赛比拼的形式进行展开，由学生自行分组，每组2～3人。小组投票选定组长并实行组长负责制。完成一个项目后在下个项目开始前根据组内评价重新竞选组长，实现组内的角色互换，以此来提高所有学生学习的能动性，并培养学生在小组工作中同学相处、合作、交流与协调的能力。项目化教学实施过程包含以下三个环节：

2.1 课前

教师根据课程目标和项目内容，在相关网络课程平台发布项目任务及相关课件，要求学生查阅项目相关资料，完成课前测验，教师通过网络课程平台查阅学生课前测验结果，调整教学设计[3]。

2.2 课中

教师向学生阐明本次课程的教学目标和项目任务。并对各组学生的整个学习实践过程通过量化的形式记录下来，为多元考核方式提供依据。

（1）教师对项目中涉及的知识点进行讲解、示范操作步骤，对操作中的要点及危险点进行详细介绍，以电动机正反转运行控制为例，接线中，要和学生强调断电操作，按顺序接线，系统调试时分步操作，培养学生的规范意识与工匠精神，加强学生的安全防范意识。

（2）组内采用自由讨论式按照控制要求对项目进行方案论证，组长在教师指导下完成对组员的任务划分。小组完成项目后由指导教师进行验收，教师对各组的程序设计思路、综合调试、实现效果及完成时间进行记录并评定，并及时给予反馈，对编程中的创新思维提出表扬、以此增强学生的自信心，培养学生的创新精神。小组内部成员之间根据在项目中的具体分工和表现情况进行组内互评。

（3）所有组完成一个项目后教师根据教学时间安排选择若干小组进行汇报，由各组组长阐述此项目的设计思路及调试过程中遇到的问题及解决方案，其他小组根据评价标准进行互评，从而提升学生的再学习能力，实现有效学习。最后教师对此项目进行必要的讲解，对学生的汇报进行评价，对各组遇到的问题进行归纳总结，并对学生给予鼓励、赞扬，充分调动学生的学习热情，并评选出最佳小组。

2.3 课后

教师通过在线平台布置作业及发布下个项目的任务及课件，学生对所做的项目进行总结回顾，完成课后作业并提交项目报告，学生利用课程平台进行互评，教师利用教学平台进行评阅、答疑、提高时效性。对部分学有余力的学生，可以继续深入学习，鼓励学生积极申报大学生创新创业项目、参加学科竞赛。

3 考核方式探索

传统的理论课程考核多采取平时考核与理论知识考核的形式进行，考试形式单一、无法全面考查学生的知识应用能力，而实践考核多采用课程实践报告与答辩的考核形式，这种考核形式会忽略小组内部不同成员的表现情况，不能反映学生的真实水平。基于此，探索多元化的考核方式[5]即平时考核+分项目实践考核+理论知识考核，如图2所示。平时考核中的德育考核，使学生树立努力学习、严格自律、诚信做人的观念。分项目实践考核的实际操作考核加入口试环节，保证教师真实的掌握学生的技能水平。多元化的考核方式，坚持学生以学习的主导，既能充分调动学生学习的能动性，同时较好地实现了课程教学目标，又在一定程度上保证了评价的客观性和公正性[6]。

4 结语

理论与实践项目的结合，能使学生更好的理解抽象的知识点，让学生直观认识PLC的实际用途，掌握PLC控制系统的设计方法。以任务导向作为驱动的项目化教学，充分发挥学生在课堂的主体地位，教师通过下发项目任务，使学生的学习目的更加明确，提升学生学习的广度与深度及研究、动手和实践的能力，通过竞赛式的学习比拼，充分调动学生的积极性和主观能动性。同时思政元素的融入，增强教师立德树人的使命感和责任感，促进教学相长。使学生坚定理想信念、厚植爱国主义情怀，培养学生的严谨认真的工作态度、精益求精的工匠精神，培养学生良好的职业素养。

引用

[1] 赵亚范.电气控制实验室管理模式研究与实践[J].实验室科学, 2013,16(01):140-142.

[2] 童旺宇,涂军,蔡浩.PLC基础教程[M].北京:机械工业出版社, 2017.

[3] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2014.

[4] 李娜,许评,吴燕.高职院校《PLC原理及应用》课程思政改革路径探索[J]. 文化创新比较研究,2020,4(36):95-97.

[5] 韩磊,沈青,杨晨,等.高职电力类课程项目化教学探索与实践——以“电气设备及运行”课程为例[J].广东水利电力职业技术学院学报,2022,20(2):39-41+64.

[6] 张静,李成虎,盛海龙,等.地方院校《电气控制与PLC》课程实验教学改革实践——以河西学院为例[J].河西学院学报,2022,38(2): 111-115.