高职院校可编程序控制器课程的教学设计

冯美英 付 伟 史美娟

【摘要】本文针对高职教育的特点和培养目标,充分运用柳州职业技术学院所在的地域优越性,利用地方企业及学院拥有的资源,从教学内容、教学组织、教学方法等方面,对可编程序控制器课程的进行了大胆的设计与创新。在整个设计过程中,不仅突出学生动手能力、创新能力与自主学习能力的培养,而且注重学生与企业零距离对接,全面提高了该课程的教学质量与教学效果。

【关键词】 可编程序控制器高职教育教学设计程序设计

一、 课程的定位

可编程序控制器课程是柳州职业技术学院电气自动化、供用电技术、电子信息工程、计算机控制技术、机电一体化技术等专业的主干课程。一般在二年级时候开课,前修课程主要有:模拟电子技术、数字电子技术、电工基础、电力电子变流技术、电工初级操作证考证、机床电气控制技术等专业课程,后续课程主要有:变频调速技术、总线控制技术、计算机控制技术以及一些相关专业的课程设计和毕业设计等。相当多的同学毕业设计内容是以可编程序控制器为核心。在学生就业方面,很大一部分学生从事可编程应用技术方面的岗位工作。

该门课程是柳州职业技术学院五个专业的主干课程,学生对这门课程掌握程度如何,将直接影响他们的就业情况。因此,该院对这门课程的建设相当重视。由此也可以看出加强该门课程的教育技术教学建设显得尤为重要。

可编程序控制器课程是广西区级精品课程,自从批准为广西区级精品课程以来,柳州职业技术学院做了以下工作:一是加强了主讲教师和实验实训指导教师队伍的建设,目前已经形成一支年龄、学历、职称、双师素质相对合理的师资队伍;二是加强了教学改革的力度,为了使这一门课程的教学更加贴近工业企业的现场,该院进行了大量的社会调研,对课程的前修课程、后续课程以及课程设计和毕业设计等作了充分调整,进一步明确课程的作用和地位;三是加大了设备的投入,建立了工业控制技术实训分室,里面有可编程序控制器45套、计算机48台,透明仿真教学电梯、电机调速实验装置、恒压供水系统各1台,完全能满足可编程序控制器课程的实践课程和理论课程的教学。

二、 课程的性质和任务

(一) 课程性质

就课程性质而言,可编程序控制器课程是自动化技术专业(如电气工程自动化技术、工业自动化技术、生产过程自动化技术、工业自动化仪表及应用专业)的一门专业核心课程。

(二) 课程任务

通过可编程序控制器课程的学习,能达到对PLC的常见控制系统进行安装、调试以及运行和维护。课程结束后,要求学生交出3个完整的PLC系统设计方案。

三、 教学对象的分析

教学对象为电气自动化、供用电技术、电子信息工程、计算机控制技术、机电一体化技术等专业的二年级学生,学生的主要特点有:第一,经具备一定的专业基础课理论知识,并且具有一定的电工操作能力;第二,于课程对学生后续课程的学习和就业的作用,学生学习的积极性很高;第三,从历届学生的学习效果来看,都能掌握本课程的基本理论和典型应用。部分学生从基本理论到实际动手能力能够达到较高的水平,能够参加到企业的项目改革工作中去。

四、 教学目标设计

(一) 课程特点

可编程序控制器课程是一门理论与实践紧密结合,实践性很强的学科主干课程,因此,在教学中必须有效地把课堂教学、实验教学、实训教学、课程设计、毕业设计等结合起来,采用集视、听、做一体的教学模式来提高教学效果,提高学生的工程实践能力。

(二) 本课程目标

能力目标:(1)PLC硬件安装与接线;(2)PLC程序设计与调试;(3)PLC综合应用能力

知识目标:(1)了解PLC品牌型号结构、性能指标;(2)PLC编程软件安装、使用;(3)掌握PLC的基本工作原理;(4)掌握常用指令、程序控制类指令的应用;(5)掌握PLC程序设计的基本方法;(6)掌握PLC运行调试方法;(7)掌握PLC控制系统技术文档的撰写方法。

职业素养目标:(1)用电安全意识;(2)产品质量意识;(3)节能环保意识(4)团队合作意识;(5)相互沟通意识;(6)自主学习意识。

(三) 本课程教学内容和要求

项目1是运料小车控制系统。其内容包括:控制系统软硬件安装和接线,PLC程序录入,PLC指令运用,运料小车控制系统程序设计,系统调试方法。要求为:PLC品牌型号识别;PLC系统规范安装;PLC系统接线;PLC编程软件安装与使用;PLC简单的程序输入;程序编写;仿真调试;联机调试。

项目2是自动仓储系统。其内容包括:硬件选择,控制系统软硬件安装和接线,PLC程序录入,PLC顺序功能指令运用,自动仓储控制系统程序设计,系统调试方法,仓储系统调试与运行维护。要求为:了解自动仓储系统总体功能设计目标及方案设计;掌握自动仓储系统硬件型号选择;掌握机械部件安装方法;掌握电动机安装与接线方法;掌握系统综合布线工艺;掌握PLC程序编写流程;掌握顺序控制编程方法;掌握PLC控制系统调试。

项目3是恒压供水控制系统。其内容包括:硬件选择,控制系统软硬件安装和接线,PLC程序设计,PLC指令的综合运用,模拟量的应用,变频器的使用,恒压供水控制系统程序设计,系统调试方法,系统运行与维护。要求为:熟悉恒压供水系统功能,懂得系统各种类硬件型号的选择,掌握水泵、压力计、变频器、PLC的硬件安装与操作,能够采用PLC来控制恒压供水系统,进行整体软硬件系统设计,编写完整的控制程序,并完成恒压供水控制系统的调试。

项目4是中央空调控制系统。其内容包括:硬件选择,系统软硬件安装,工程绘图,工程接线,PLC程序设计,PLC指令的综合运用,模拟量的应用,变频器的综合使用,中央空调控制系统程序设计,系统调试与运行维护。要求为:熟悉中央空调系统功能;懂得中央空调系统各种类硬件型号的选择;掌握水泵、压缩机、变频器、PLC的硬件安装与操作;能够采用PLC来控制中央空调系统,进行整体软硬件系统设计;编写完整的控制程序,并完成中央空调控制系统的调试。

项目5是工程实践。其内容包括:资料查找、网络结构设计、实际工程的安装接线、实际工程的编程、工程程序的调试与试运行、技术文档撰写。要求为:掌握PLC控制系统的功能分析方法;掌握PLC安装接线图的绘制能力;懂得PLC硬件选型;熟练掌握PLC I/O表编制方法;掌握PLC安装接线工艺; 掌握PLC控制系统程序设计方法;熟练掌握系统运行调试;具备技术文档撰写能力。

五、 教学过程策略设计与教法设计

可编程序控制器课程的教学过程以学生为主体,教师为助手,教师在适当的时候才进行讲解。借助文字教材、西门子系列PLC、课程网站、五个项目等媒体来实现教学目标。文字教材是在教和学中贯穿始终的重要依据,PLC及其相应的软件是学习的根本。课程网站中的教学课件是课堂授课的主要媒体之一,在课程网站上提供的不仅有理论方面的信息内容,还有实训方面的内容,讲究理论实践一体化,帮助学生在学完理论知识时,能运用相应的理论知识解决企业现场可能碰到的问题。同时,课程网站可以帮助学生预习和复习。假设学生在课堂中漏了什么内容,则可以到网站上下载该部分内容再学习。

(一)课堂总体授课设计

一是教学主要媒体与设备。课堂授课的主要教学媒体与设备包括电子教案、粉笔+黑板、STEP7-Micro/WIN32(我们目前主要以西门子S7-200机型授课)软件+PLC+计算机等。(1)电子教案:本课程授课的主要教学媒体,电子教案以文字、梯形图程序、指令表、外部接线图及主电路等生动形象的表达课程内容,突出重点内容和难点,以提高学生的学习兴趣和注意力,加深学生对知识的理解。(2)粉笔+黑板:把每一次课需要学生重点记忆的内容板书出来,让学生知道每一次课的重点是什么。当教师讲到这一部分时能引起学生的注意。同时也可以把一些学生或教师临时想到的相关实例写出来讲解。(3)STEP7-Micro/WIN32(我们目前主要以西门子S7-200机型授课)软件+PLC+计算机:主要是通过现场编程,把计算机上的程序送入到PLC上,能够直观的体现程序(或指令)的功能。

二是授课方式。在每一次课中,以上的教学媒体是不可缺的。在教学的过程中,对于每一个项目,我们是实行先把相关的指令讲解,然后让学生查找相关资料,进行项目设计。在整个过程中教师只是辅助作用,学生才是主体。

每一个项目教学完毕后,学生必须交出相应的学习成果。

(二) 课外辅导设计

1.自学。一般会有一部分学生的学习底子比较好,而对于教学大纲中要求掌握的内容如果他们已经掌握了,那么教师就应该激励他们扩展新的知识,往往是适当的引导他们做一些小设计,或者让他们参与企业的一些项目改造工作,在这一过程中他们就必须要学会自学一些知识。这些知识的获取有两种方式:一是在教师的课外指导下获取;二是从我们的网站上获取。

2. 组织学生讨论。一般是以宿舍为单位组成讨论小组,指定舍长负责组织,可以就某个内容讨论,也可以在网站上开展讨论,这时负责教师可以在线,也可以不在线。

3. 以信息技术为核心充分利用柳州职业技术学院提供的网络和其他教学资源,如信函、电话答疑、网络课堂、电子邮件等。

【参考文献】

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【基金项目】 广西教育厅新世纪广西高等教育教学改革工程项目“十一五”立项项目(2009c129)

【作者简介】 冯美英(1972-),女,广西柳州人,柳州职业技术学院副教授,研究方向:电气自动化;付伟(1963-),男,广西柳州人,柳州职业技术学院讲师,研究方向:电气自动化;史美娟(1980-),女,陕西咸阳人,柳州职业技术学院助教,硕士,研究方向:电力系统及其自动化。

(责编何田田)