姚芝鳳?徐鳳霞?巨勇智

摘要：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，項(xiàng)目導(dǎo)引，促進(jìn)職業(yè)能力的培養(yǎng)。給出了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法在課程中的具體實(shí)施過(guò)程和應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法取得良好的教學(xué)效果。具體的實(shí)施過(guò)程包括如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、項(xiàng)目的制定、項(xiàng)目的實(shí)施和項(xiàng)目的完成等幾個(gè)方面；通過(guò)學(xué)生完成項(xiàng)目時(shí)的錄屏和錄像，以及學(xué)生完成項(xiàng)目上交的文件等形式給出取得的教學(xué)效果。充分體現(xiàn)了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程中起到的積極教學(xué)作用和取得的良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電氣控制；PLC；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法；仿真實(shí)驗(yàn)

一、前言

2020年1月19日，工信部發(fā)布《2019年中國(guó)電子信息制造業(yè)綜合發(fā)展指數(shù)報(bào)告》，該報(bào)告指出，5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能化升級(jí)和數(shù)字新型基礎(chǔ)設(shè)施的快速推進(jìn)為電子信息制造業(yè)帶來(lái)重要發(fā)展機(jī)遇。從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)看，PLC（可編程邏輯控制器）、工控計(jì)算機(jī)、工業(yè)用智能模組等工業(yè)類(lèi)電子設(shè)備都將出現(xiàn)新興裂變和迭代升級(jí)，獲得進(jìn)一步發(fā)展機(jī)遇。而大部分學(xué)生學(xué)習(xí)“電氣控制與PLC技術(shù)“這門(mén)課程之后不能真正掌握PLC電氣控制方面的軟硬件設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試，有些學(xué)生不具備項(xiàng)目流程的整體設(shè)計(jì)能力。學(xué)生的能力與社會(huì)需求之間存在著較大的差距。段春霞在“應(yīng)用型本科院?！半姎饪刂婆cPLC技術(shù)”課程教學(xué)改革探討”中，提出了應(yīng)用型本科院?！半姎饪刂婆cPLC技術(shù)”課程應(yīng)該注重實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)模式的變革、考核模式的變化，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的變通能力和一定的創(chuàng)新能力，以適應(yīng)社會(huì)技術(shù)發(fā)展的需要[1]。林雪冬、孫建在《基于虛擬仿真技術(shù)的電氣控制與PLC教學(xué)改革實(shí)踐研究》中提出通過(guò)教學(xué)改革實(shí)踐借助虛擬仿真技術(shù)使抽象的電氣控制原理圖“動(dòng)起來(lái)”，生動(dòng)具體地展現(xiàn)電氣控制過(guò)程與電氣元件的響應(yīng)情況；同時(shí)，探索PLC-電氣控制仿真與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方法，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果的目的[2]。張冰，趙黎明在《突出工程導(dǎo)向的“電氣控制及PLC”課程教改》中提出以突出“工程實(shí)踐”為導(dǎo)向，對(duì)課程教學(xué)的內(nèi)容、方法、手段、考核方式以及實(shí)驗(yàn)設(shè)置及課程實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等方面進(jìn)行改革研究和實(shí)踐，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目的[3]。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在實(shí)際的教學(xué)中已有很多成功的案例，張彥軍、劉文怡針對(duì)工程技術(shù)人才培養(yǎng)同生產(chǎn)和創(chuàng)新實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，提出的基于科研成果驅(qū)動(dòng)式的電子綜合實(shí)踐教改方法，有效提升了學(xué)生處理工程問(wèn)題的能力[4]；徐東升根據(jù)幾年的探索和實(shí)踐寫(xiě)了一本《包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目教學(xué)》教材[5]；李麗萍將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法應(yīng)用在計(jì)算機(jī)軟件課程中，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力[6]。

二、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在課程中的意義

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程中應(yīng)用的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目思維，使學(xué)生具有解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力，能完成程序的編寫(xiě)和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。教學(xué)達(dá)到以下效果：1.理論與實(shí)踐結(jié)合模式的轉(zhuǎn)變：從被動(dòng)完成老師安排的實(shí)驗(yàn)變成學(xué)生主動(dòng)、挑戰(zhàn)式地完成選擇或設(shè)計(jì)的項(xiàng)目；2.知識(shí)掌握程度的變化：從知識(shí)的局部掌握變成知識(shí)的全面掌握與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目思維能力；3.工程能力的培養(yǎng)：通過(guò)具體、實(shí)際與工程結(jié)合的項(xiàng)目鍛煉學(xué)生獨(dú)立地完成電氣程序架構(gòu)設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、編寫(xiě)程序、開(kāi)發(fā)以及測(cè)試，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程應(yīng)用能力；4.團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)：幾名同學(xué)共同完成一個(gè)項(xiàng)目，可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的相互溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)引促進(jìn)了對(duì)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)。從全局設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的一般過(guò)程出發(fā)，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成項(xiàng)目任務(wù)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜地培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目思維；將理論教學(xué)、實(shí)踐操作和綜合設(shè)計(jì)訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生具有解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力，能對(duì)具體項(xiàng)目進(jìn)行I/O分配、畫(huà)出接線圖、完成程序的編寫(xiě)和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)高校畢業(yè)生有關(guān)電氣控制與PLC技術(shù)方向的職位要求，提高自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)率。

三、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在課程中的具體實(shí)施

“電氣控制與PLC技術(shù)”課程應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。首先通過(guò)播放往屆學(xué)生獨(dú)立完成具體項(xiàng)目錄制的視頻，生動(dòng)具體地讓學(xué)生感受到本門(mén)課程的趣味性、實(shí)用性和可學(xué)性，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效果的目的；然后布置具體的項(xiàng)目，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成并錄制視頻，鍛煉學(xué)生的工程思維能力、動(dòng)腦動(dòng)手、實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程如圖1所示，包括激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、項(xiàng)目的制定、項(xiàng)目的實(shí)施和項(xiàng)目的考核四個(gè)環(huán)節(jié)。

（一）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

首先激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有了學(xué)習(xí)興趣才能積極地參與，達(dá)到預(yù)想的學(xué)習(xí)效果。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢？首先是實(shí)用性，通過(guò)求職網(wǎng)讓學(xué)生了解社會(huì)對(duì)PLC方向人才的需求量以及崗位要求；其次是可行性，首先要樹(shù)立學(xué)生的自信心，相信自己可以通過(guò)努力完成一個(gè)與PLC相關(guān)的項(xiàng)目。通過(guò)播放往屆學(xué)生獨(dú)立完成項(xiàng)目錄制的視頻，如圖2所示，讓學(xué)生感受到本門(mén)課程設(shè)定的項(xiàng)目是可以通過(guò)自己的努力完成的。

（二）項(xiàng)目的制定

項(xiàng)目的來(lái)源主要是通過(guò)在知網(wǎng)查詢(xún)歷年與PLC相關(guān)的優(yōu)秀本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)；與PLC方向相關(guān)的優(yōu)秀省級(jí)、國(guó)家級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目、PLC方面的大賽；與已畢業(yè)且從事PLC相關(guān)行業(yè)的學(xué)生進(jìn)行交流等多種方式。

項(xiàng)目選定之后，相關(guān)教師要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)做，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估。包括項(xiàng)目的難易程度、項(xiàng)目的數(shù)量、幾名同學(xué)完成一個(gè)項(xiàng)目、項(xiàng)目完成后的效果，項(xiàng)目對(duì)學(xué)生各方面的鍛煉都是設(shè)定項(xiàng)目時(shí)值得反復(fù)推敲的。

（三）項(xiàng)目的實(shí)施

具體的項(xiàng)目選定后，在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中一定要體現(xiàn)學(xué)生的獨(dú)立性，相信學(xué)生解決問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力，加以啟發(fā)式引導(dǎo)、情感鼓勵(lì)，加強(qiáng)學(xué)生的成就感、獲得感，從而使學(xué)生更有學(xué)習(xí)興趣，形成良性循環(huán)。

諸如PLC的基本指令、定時(shí)器的運(yùn)行、PLC的功能指令等這樣的小知識(shí)點(diǎn)采用課堂授課→軟件驗(yàn)證→學(xué)生錄屏的方式打牢基礎(chǔ)知識(shí)；具體項(xiàng)目諸如變頻器、觸摸屏的應(yīng)用等采用課堂授課→實(shí)驗(yàn)教學(xué)→項(xiàng)目設(shè)計(jì)→學(xué)生錄像的方式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法教學(xué)。以實(shí)際項(xiàng)目作為教學(xué)載體，由易到難、由簡(jiǎn)到繁、逐層深入、步步遞進(jìn)地展開(kāi)教學(xué)，確保項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法的有效實(shí)施。

（四）項(xiàng)目的考核

強(qiáng)化過(guò)程考核。項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，階段性地記錄分?jǐn)?shù)，即使最終項(xiàng)目沒(méi)完成，也會(huì)將考核成績(jī)納入到課程期末總成績(jī)中，提高學(xué)生的項(xiàng)目參與度。課程成績(jī)?nèi)绻剑?）所示。

a=b×50%+c×50%（1）

其中表示課程成績(jī)，表示平時(shí)成績(jī)，表示期末考試成績(jī)。平時(shí)成績(jī)的構(gòu)成如公式（2）所示。

b=d×50%+e×50%（2）

其中表示上課狀態(tài)，表示項(xiàng)目參與情況。的構(gòu)成如公式（3）所示。

e=f×30%+g×30%+h×40%（3）

其中表示項(xiàng)目的難易程度，表示團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況，?表示項(xiàng)目的完成情況。

四、具體的項(xiàng)目實(shí)施案例

以藥品灌裝機(jī)PLC控制設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，包括PLC電路接線圖的設(shè)計(jì)、PLC程序的編寫(xiě)調(diào)試以及組態(tài)畫(huà)面的建立。

（一）PLC的I/O端口分配

該項(xiàng)目用到了PLC的五個(gè)輸入端口和八個(gè)輸出端口，PLC的I/O端口分配如表1所示。

（二）藥品灌裝機(jī)系統(tǒng)的主電路和控制電路設(shè)計(jì)

根據(jù)PLC的I/O端口分配以及控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主電路和控制電路，分別如圖3和圖4所示。

（三）藥品灌裝機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件流程如圖5所示，包括報(bào)警部分、運(yùn)行模式的選擇以及程序的正常執(zhí)行。

（四）藥品灌裝機(jī)控制組態(tài)仿真

應(yīng)用三菱GT Simulator3仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，如圖6所示?？刂祈?yè)面主要包括系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止、自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的切換、裝藥數(shù)量的選擇、指示燈的顯示。

五、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法實(shí)踐效果

通過(guò)兩年在實(shí)際教學(xué)中采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法，達(dá)到了一定的預(yù)期效果，學(xué)生的參與度顯著增加，自動(dòng)化16級(jí)學(xué)生總?cè)藬?shù)117人，參與項(xiàng)目33人，除了考研的3名同學(xué)之外，其他同學(xué)均已就業(yè)；自動(dòng)化17級(jí)學(xué)生總?cè)藬?shù)125人，參與項(xiàng)目87人，除了考研的9名同學(xué)，其他同學(xué)目前已就業(yè)58人（截至2021年1月29日）。近兩年畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇PLC方向的學(xué)生明顯比之前多，而且畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量明顯提高，學(xué)生找與PLC相關(guān)的行業(yè)的工作也有所增加。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法也支持線上教學(xué)，2019—2020年春季學(xué)期的“電氣控制與PLC技術(shù)”課程采用的是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，雖然項(xiàng)目沒(méi)有硬件部分，但部分學(xué)生用電腦進(jìn)行了項(xiàng)目的仿真實(shí)驗(yàn)并錄屏。

六、結(jié)語(yǔ)

本文給出了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“電氣控制與PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中的具體實(shí)施過(guò)程，同時(shí)也給出了近兩年應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法取得的良好教學(xué)效果：激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法不僅使自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生或開(kāi)設(shè)PLC相關(guān)課程的本科學(xué)生受益，而且對(duì)于在該方向有興趣的教師也是一個(gè)加強(qiáng)綜合能力的過(guò)程。

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