王茜

（廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校 廣東 廣州 510435）

《電氣控制與PLC》課程培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的研究

王茜

（廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校 廣東 廣州 510435）

《電氣控制與PLC》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)在機(jī)電、自動(dòng)化專業(yè)的靈活應(yīng)用。學(xué)生學(xué)知識(shí)是為了用知識(shí)，即用所學(xué)的知識(shí)來解決各種各樣的問題。本文通過問題及問題解決性質(zhì)的闡述，說明了問題解決的一般模式，提出了在《電氣控制與PLC》課程中培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的一般方法。

電氣控制與PLC；問題解決；心理定勢(shì)，功能固著

《電氣控制與PLC》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)在機(jī)電、自動(dòng)化專業(yè)的靈活應(yīng)用。學(xué)生學(xué)知識(shí)是為了用知識(shí)，即用所學(xué)的知識(shí)來解決各種各樣的問題。企業(yè)普遍認(rèn)為職業(yè)學(xué)校學(xué)生不缺乏吃苦耐勞的精神，最缺乏的是問題解決的能力，即綜合職業(yè)能力中的關(guān)鍵能力。因此，在職業(yè)院校教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力更應(yīng)占重要地位，盡管在所有的解決問題的過程中都會(huì)運(yùn)用知識(shí)，但并不是所有運(yùn)用知識(shí)的過程都是在解決問題，這就涉及教師對(duì)問題性質(zhì)和問題解決方法的把握。

問題解決的性質(zhì)

什么是問題？問題即情境，是個(gè)體想做某件事，但不能馬上知道所需采用的一系列行為。我們已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)完全能夠直接解答的問題不是真正的問題，真正的問題沒有現(xiàn)成的答案和解法。這就需要教師在教學(xué)環(huán)節(jié)中提出真正的問題。

什么是問題解決？即在問題情境中超越過去所學(xué)原理簡(jiǎn)單運(yùn)用而產(chǎn)生一個(gè)解決方案。當(dāng)常規(guī)或自動(dòng)化的反應(yīng)不適應(yīng)當(dāng)前的情境時(shí)，問題解決就發(fā)生了。它需要把簡(jiǎn)單原理（包括概念）重新組合，以適用于當(dāng)前情境。

比如常見的幾種控制電路改錯(cuò)訓(xùn)練：

圖1 控制電路改錯(cuò)訓(xùn)練圖

（a）圖考查自鎖控制；（b）圖考查電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；（c）圖考查電氣互鎖控制；（d）考查點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)轉(zhuǎn)換控制。

以上都是通過練習(xí)鞏固學(xué)習(xí)新知識(shí)。

若給出設(shè)計(jì)情境：第1臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)5s后第2臺(tái)自行啟動(dòng)，第2臺(tái)運(yùn)行5s后第1臺(tái)停止，同時(shí)第3臺(tái)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，第3臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)5s后電動(dòng)機(jī)全部停止。學(xué)生也只應(yīng)用順序控制與時(shí)間繼電器的知識(shí)就能設(shè)計(jì)電路。

設(shè)計(jì)金屬與非金屬分撿控制電路：已學(xué)過電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路和接近開關(guān)的用途，未學(xué)過電感式接近開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)、原理、接線圖，這就是一個(gè)問題，它的解決過程不能利用已知條件直接完成，必須把接近開關(guān)和其他一些已學(xué)過的機(jī)械、電氣知識(shí)綜合運(yùn)用才能完成。

由此可見問題解決的過程具有的特征：親自獨(dú)立地解決新問題，所遇到問題是初次遇到。如果一個(gè)問題已經(jīng)解答過許多遍，就只能算練習(xí)、復(fù)習(xí)或操練；必須將以前的知識(shí)重新組織才能完成，僅是照學(xué)過的原理就能解答，則只是一個(gè)原理和概念的具體化過程，不算問題解決；問題一旦解決，學(xué)生的能力將有所變化，能獲得新的高級(jí)規(guī)則，且在以后的問題解決或?qū)W習(xí)中可直接加以運(yùn)用。因此，問題解決是一種高級(jí)形式的學(xué)習(xí)。

問題解決的過程與模式

問題解決的學(xué)習(xí)能使學(xué)生獲得知識(shí)及關(guān)于知識(shí)的信念，能形成邏輯的、科學(xué)的、創(chuàng)造性的思維，認(rèn)識(shí)到教材上知識(shí)的實(shí)踐價(jià)值。學(xué)生在問題解決過程中可形成探索性地研究問題的心向，并獲得探索經(jīng)驗(yàn)。教師可通過一定的訓(xùn)練幫助學(xué)生建立問題解決的模式，培養(yǎng)其綜合職業(yè)能力。問題解決的一般過程如圖2所示：

圖2 問題解決的一般過程圖

理解并表征問題 并不是當(dāng)前面臨的所有信息和已知條件對(duì)解決問題都是必不可少的或是有用的，有些甚至起干擾和迷惑作用。要整理所有有用的信息，完成對(duì)問題情境的正確理解，在理解的基礎(chǔ)上對(duì)問題形成最有效的表征。對(duì)一個(gè)問題情境，可有多種表征方式，有些可能會(huì)妨礙問題的順序解決，或使問題情境復(fù)雜化。例如，用PLC、變頻器設(shè)計(jì)7段速度的恒壓供水系統(tǒng)：2臺(tái)水泵，用水高峰時(shí)，1臺(tái)工頻全壓運(yùn)行，1臺(tái)變頻運(yùn)行；用水低谷時(shí)，只1臺(tái)變頻運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器的7段調(diào)速來控制，7段速度與變頻器的控制端子有相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在這個(gè)問題中，變頻器控制端子STF、STR及PID設(shè)定是無關(guān)條件，不涉及電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，也不是真正意義的恒壓，而是分段恒壓，必須加以識(shí)別。在理解問題時(shí)，學(xué)生常把變頻器中RL、RM、RH理解為低、中、高速，因此陷入復(fù)雜的其余4個(gè)速度怎么獲得的困境中。而實(shí)際上能理解變頻器7段調(diào)速是由變頻器控制端子來選擇，而怎樣選擇？把7段速度進(jìn)行二進(jìn)制編碼（23），選擇控制端子的信號(hào)通過PLC的輸出繼電器Y1、Y2、Y3來控制變頻器RL、RM、RH的通斷，這樣問題變得十分簡(jiǎn)單。學(xué)生走錯(cuò)方向，主要受閱讀問題時(shí)自然發(fā)生形象表征的影響。在實(shí)際問題解決中，學(xué)生常一看問題就很快明白問題，這主要是因?yàn)樗麄冾^腦中已有的相應(yīng)圖式被迅速激活，自然會(huì)聯(lián)想出一個(gè)頓悟的解決方案，直接進(jìn)入嘗試解答的階段，如果沒有現(xiàn)成的圖式可循，就需進(jìn)入尋求解答的階段。

尋求解答的階段 即算法式和啟發(fā)式。算法就是解答問題所采取的一步步類同的程序。如利用順控程序編程，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，對(duì)于每個(gè)順序控制，只要清楚找出所有工作狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就可以順利完成。啟發(fā)式中手段目的分析法：將解答目標(biāo)分成許多子目標(biāo)，使問題轉(zhuǎn)化為若干個(gè)小問題，通過尋求每個(gè)小問題的解答而獲得對(duì)問題的最終解決。如分析鏜床控制電路，先分析它有幾種運(yùn)動(dòng)形式及相應(yīng)的控制要求，后分析電氣控制線路，而控制線路中先分析主電路，再分析低/高速正反轉(zhuǎn)控制、制動(dòng)、變速，最后是進(jìn)給變速控制及快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制。逆向反推法：從問題的目標(biāo)狀態(tài)開始，反過來推到問題的已知條件或初始狀態(tài)，如設(shè)計(jì)控制電路和PLC程序調(diào)試就是反向逆推法中的一種。類比法：從與問題情境類似的其他問題的解答辦法中得到啟發(fā)，尋求問題的解答，如由彩燈循環(huán)點(diǎn)亮順序控制找到十字路口交通燈控制系統(tǒng)的控制思路。

嘗試某種解答的階段 在執(zhí)行解答方案時(shí)，學(xué)生常會(huì)犯錯(cuò)誤。學(xué)生常有邏輯地或很有規(guī)律地犯“聰明的”錯(cuò)誤。比如利用PLC多路輸出和進(jìn)/出棧指令時(shí)，學(xué)生總是把多路輸出與棧指令運(yùn)用情況混淆。因此，教師對(duì)學(xué)生在解答中出現(xiàn)的錯(cuò)誤僅做一般性的提醒，或是把學(xué)習(xí)習(xí)慣與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)做歸因，可能是不夠的。

評(píng)價(jià)結(jié)果階段 執(zhí)行完解答方案之后，還應(yīng)對(duì)解決問題的過程和結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，以確認(rèn)該辦法是否有效，結(jié)論是否可靠。

影響問題解決能力培養(yǎng)的因素

問題情境設(shè)置的合理性 教師給出的問題情境刺激與學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)所形成的差異越大，越不利于問題的有效表征，也就越難解決問題。如開始進(jìn)入PLC學(xué)習(xí)時(shí)，引入正反轉(zhuǎn)控制電路轉(zhuǎn)換成PLC指令的問題。若控制電路圖不同，PLC指令就不一樣。（a）和（b）實(shí)現(xiàn)的控制是一樣的，但（a）圖編寫指令表時(shí)會(huì)涉及多路輸出指令，這對(duì)剛學(xué)習(xí)PLC基本指令時(shí)有很大難度，（b）圖只需簡(jiǎn)單的單觸點(diǎn)串聯(lián)即可，較容易實(shí)現(xiàn)。

圖3 控制電路圖

心理定勢(shì) 學(xué)生在過去經(jīng)驗(yàn)的影響下，解決問題時(shí)具有一定傾向性。職校學(xué)生很習(xí)慣教師四階段教學(xué)法，消極的心理定勢(shì)使學(xué)生解決問題的方法固定化，一旦教師不采用此方法教學(xué)，學(xué)生根本無從下手解決問題。

功能固著 即把某功能賦予某種元器件的傾向性。如按鈕用于接通或斷開控制電路，行程開關(guān)用于控制運(yùn)行方向及行程等等。在解決問題時(shí)，學(xué)生能否改變?cè)骷逃泄δ苓m應(yīng)新問題情境的需要，常成為解決問題的關(guān)鍵。如程序調(diào)試，因受實(shí)訓(xùn)設(shè)備限制，程序運(yùn)用的接近開關(guān)不能提供，學(xué)生常會(huì)陷入到?jīng)]有這種接近開關(guān)怎么設(shè)計(jì)和調(diào)試程序的困擾中，其實(shí)只需用按鈕模擬接近開關(guān)觸點(diǎn)通/斷即可；又如學(xué)生能用光電開關(guān)檢測(cè)流水線上產(chǎn)品“有”的狀態(tài)，但對(duì)“無”產(chǎn)品經(jīng)過檢測(cè)又不知所措。

知識(shí)經(jīng)驗(yàn) 問題解決要依據(jù)有關(guān)的知識(shí)才能為問題的解決確定方向、選擇途徑和方法，因而學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累也尤其重要。

培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的方法

培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑和問題解決的內(nèi)在動(dòng)機(jī) 教師根據(jù)教材設(shè)置的問題解決任務(wù)，基本類型都明確，學(xué)生（尤其是差生）把他們看成是無可奈何的任務(wù)，增加解決問題的心理阻力，不利于學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的樂趣和信心，學(xué)習(xí)變得被動(dòng)。成功教學(xué)創(chuàng)設(shè)的問題情境應(yīng)來源于生活，且貼合現(xiàn)代新信息、新技術(shù)的發(fā)展需求。例如十字路口交通燈、機(jī)械手、溫度控制程序設(shè)計(jì)，配上相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)模板，學(xué)生非常想嘗試自己設(shè)計(jì)的程序能達(dá)到什么效果。這樣，學(xué)生的興趣能較好地得到激發(fā)。

幫助學(xué)生正確表征問題，且能陳述自己的假設(shè)及其步驟 經(jīng)常訓(xùn)練學(xué)生從不同的角度，用不同的方式來表征問題是有好處的，學(xué)生可從中獲得對(duì)問題靈活的、有效的表征經(jīng)驗(yàn)。畫控制電路圖、列表、編寫梯形圖、寫指令表等都是常用的方式。學(xué)生能夠清楚地意識(shí)到自己的解題過程，就能自覺地對(duì)自己的解題過程和方法加以反思，明白自己理解上的錯(cuò)誤和偏差，也能理清自己的思路，有利于及時(shí)、正確地歸納和總結(jié)解題的經(jīng)驗(yàn)與方法，進(jìn)行自我指導(dǎo)和監(jiān)察。

幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題和對(duì)問題歸類的習(xí)慣 在分析的基礎(chǔ)上對(duì)不同的問題進(jìn)行歸類和組織，有利于獲得各種解決問題的方法。比如何時(shí)用步進(jìn)指令比基本指令簡(jiǎn)單，步進(jìn)指令編程一般方法，溫度控制程序設(shè)計(jì)用什么方法等都有利于學(xué)生解決問題。

指導(dǎo)學(xué)生善于從記憶中提取信息 解決問題需要將已有知識(shí)、原理、經(jīng)驗(yàn)加以重新組織，因此要訓(xùn)練學(xué)生迅速地提取有關(guān)信息的能力。但要防止學(xué)生養(yǎng)成總是重復(fù)過去方法的做法，鼓勵(lì)他們從不同的角度、用新方法解決同類的問題。

毋庸置疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，既包括思維或認(rèn)知的成分，也涉及情緒和動(dòng)機(jī)成分，還有行為成分，這就要求教師更新教育觀念、改進(jìn)教學(xué)方法、鉆研教學(xué)技巧。

[1]簡(jiǎn)銀蓮.培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力[J].湖南教育，2000，（17）.

[2]張聯(lián)朋.提高職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)能力的方法研究[J].機(jī)械職業(yè)教育，2007，（8）.

[3]阮友德.電氣控制與PLC[M].北京：人民郵電出版社，2009.

王茜（1977—），女，廣東廣州人，廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校電氣講師，主要從事電氣自動(dòng)化和數(shù)控電氣維修教學(xué)。

（本欄責(zé)任編輯：尚傳梅）

G712

A

1672-5727（2010）11-0088-02