孟佳

摘 要：如何進(jìn)行在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)是線上教學(xué)中需要解決的難點(diǎn)之一。各類在線虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的逐步上線、虛擬仿真教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)與建設(shè)無(wú)疑為這一問(wèn)題找到了很好的解決方案。文章以PLC課程為例，介紹了利用在線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程，在一定程度上解決了當(dāng)前在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，最后給出在線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：PLC課程；在線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)；在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)

Research on PLC Online Training based on online virtual simulation platform

Meng Jia

（Mechanical Engineering Department，Baotou Vocational & Technical College，Baotou，Inner Mongolia 014030）

Abstract：How to carry out online practical training has become one of problems that need to be solved in online teaching.The gradual launching of various online virtual simulation teaching platforms and the development and construction of virtual simulation teaching resources，can undoubtedly provide a good solution to this problem.Taking the PLC course as an example，this paper briefly introduces the implementation process of online virtual simulation practical training by using a online training platform.To a certain extent，it solves the problems existing in the current online teaching and gives some suggestions for the implement of online virtual simulation practical training.

Key words：PLC course;online virtual simulation practical training;online practical teaching platform

PLC課程是機(jī)電一體化專業(yè)中的核心課程之一，主要解決機(jī)電設(shè)備智能控制的問(wèn)題，并且對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐技能要求較高，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是PLC課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。

隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，PLC課程的線下實(shí)訓(xùn)教學(xué)大多用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件為載體開(kāi)展。例如王曉燕運(yùn)用某機(jī)電控制仿真軟件對(duì)PLC進(jìn)行了仿真研究，［1］朱紅娟基于Factory IO軟件對(duì)PLC虛擬仿真控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。［2］然而，新冠疫情打破了線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的慣常秩序，PLC課程也開(kāi)啟了線上教學(xué)探索，例如趙洋、胡亞偉借助TIA Portal軟件和某公司推出的PLCSIM仿真軟件實(shí)現(xiàn)并完成了PLC線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)。［3］

在近幾年的線上教學(xué)實(shí)踐與探索中，我們發(fā)現(xiàn)：如何有效開(kāi)展在線實(shí)訓(xùn)（實(shí)驗(yàn)）教學(xué)成為目前理實(shí)一體化課程線上教學(xué)急需突破的難點(diǎn)，PLC課程也不例外。為解決此難點(diǎn)，一些在線實(shí)訓(xùn)互動(dòng)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，例如國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)、國(guó)家智慧教育公共服務(wù)平臺(tái)等官方平臺(tái)，以及諸多工程類、教育類軟件公司開(kāi)發(fā)的針對(duì)目標(biāo)行業(yè)及領(lǐng)域的在線教育平臺(tái)。本文選用了上海某軟件公司的在線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行PLC課程的線上交互式實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

一、教學(xué)實(shí)施

以PLC課程基礎(chǔ)案例——三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制項(xiàng)目為例，介紹基于虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)實(shí)施過(guò)程，包括理論教學(xué)、電路接線與安裝、PLC程序編寫、在線考核評(píng)價(jià)等四個(gè)方面，詳見(jiàn)流程圖（如圖1）。

1.點(diǎn)動(dòng)控制的理論教學(xué)

學(xué)生可通過(guò)軟件平臺(tái)進(jìn)入“在線課程”模塊自主學(xué)習(xí)，在線完成同步測(cè)試，平臺(tái)自動(dòng)打分，作為理論考核成績(jī)。平臺(tái)的理論考核內(nèi)容已將工程思維融入同步測(cè)試的題目中，比如成本和可選元器件在實(shí)際工程中很大程度上決定了工程方案的選擇與實(shí)施，因此，在同步測(cè)試中，較以往的“仿真實(shí)操”和“知識(shí)小測(cè)”，又增加了“實(shí)物測(cè)量”“成本測(cè)算”兩類問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生要注重工程應(yīng)用中的元件選型和成本問(wèn)題。

2.電氣控制線路的接線與安裝

以三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)電氣控制線路為例，包含四項(xiàng)在線仿真免安裝實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別為：試運(yùn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)接線、電氣接線圖繪制、點(diǎn)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)等。該軟件平臺(tái)電氣控制部分的實(shí)訓(xùn)構(gòu)建了從選取電氣元器件、進(jìn)行電氣圖設(shè)計(jì)到線路連接、檢測(cè)、運(yùn)行的全過(guò)程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，彌補(bǔ)了線下實(shí)訓(xùn)資源和場(chǎng)地的不足，做到了“人手一套虛擬實(shí)訓(xùn)設(shè)備”。

3.PLC程序編寫

PLC程序編寫實(shí)訓(xùn)任務(wù)中，通過(guò)“任務(wù)要求”“技術(shù)資料”“仿真操作”“填寫報(bào)告”四部分將電氣控制場(chǎng)景與PLC程序運(yùn)行結(jié)果關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生參考“技術(shù)資料”中的PLC接線地址進(jìn)行編程，將編寫好的程序下載到虛擬PLC中，對(duì)電機(jī)進(jìn)行“仿真操作”，驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)是否滿足“任務(wù)要求”。該過(guò)程與線下實(shí)訓(xùn)步驟和實(shí)訓(xùn)效果相同。

PLC編程需要建立編程邏輯思維，并掌握編程方法，對(duì)于目前高職學(xué)生來(lái)講有一定難度。在線實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目案例將動(dòng)作細(xì)化、分解為單獨(dú)的工作任務(wù)，如自動(dòng)卷簾門控制案例包括三個(gè)工作任務(wù)：開(kāi)門程序、關(guān)門程序、完整的開(kāi)關(guān)門控制程序。極大程度上將學(xué)習(xí)內(nèi)容分步、分塊，學(xué)習(xí)難度降低，符合學(xué)生認(rèn)知和學(xué)習(xí)習(xí)慣，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)獲得感，并從中獲得自我激勵(lì)。

使用在線教學(xué)仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為學(xué)生提供了更加開(kāi)放的自主學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。學(xué)生可隨時(shí)隨地用電腦或手機(jī)登錄平臺(tái)，進(jìn)行在線學(xué)習(xí)；且平臺(tái)資源豐富，包括與實(shí)訓(xùn)教學(xué)配套的理論資源、實(shí)訓(xùn)過(guò)程的人機(jī)交互實(shí)時(shí)反饋、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的示教視頻等，方便學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課中跟學(xué)、課后測(cè)驗(yàn)和復(fù)習(xí)。學(xué)生通過(guò)自主探索、實(shí)訓(xùn)操作，大幅提高了學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，課程的教學(xué)效果也隨之有明顯提升。

4.在線考核評(píng)價(jià)

針對(duì)在線實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如何進(jìn)行全面、客觀的考核并由系統(tǒng)自動(dòng)生成考核成績(jī)，是考核評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。該平臺(tái)對(duì)每個(gè)項(xiàng)目設(shè)置了分階段任務(wù)和總?cè)蝿?wù)，例如自動(dòng)卷簾門程序控制項(xiàng)目中，分別設(shè)置了開(kāi)門程序、關(guān)門程序、總程序三個(gè)任務(wù)，學(xué)生需要逐一完成仿真操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫等。平臺(tái)可通過(guò)對(duì)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)操作過(guò)程和完成情況進(jìn)行自動(dòng)考核評(píng)分，評(píng)分結(jié)果可直接用作虛擬仿真實(shí)訓(xùn)模塊的成績(jī)，再結(jié)合線上理論測(cè)試成績(jī)、線下實(shí)訓(xùn)操作的考評(píng)成績(jī)及“理、虛、實(shí)”各模塊所占的權(quán)重比，即可對(duì)學(xué)生本門課程的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

二、目前在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)已解決的問(wèn)題

以往在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，大多采用在電腦上安裝虛擬仿真軟件的方法，老師在課堂上在線示教（屏幕共享）軟件的下載、安裝、使用、編程、仿真、監(jiān)控調(diào)試等實(shí)訓(xùn)步驟。一旦學(xué)生注意力不集中或出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，部分操作環(huán)節(jié)則可能被遺漏。另外，如果教師示教的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)操作步驟較多或較復(fù)雜，也不便于學(xué)生課上記憶。雖然在線課程通常可以錄制并回放，但實(shí)質(zhì)上，回放對(duì)于教學(xué)效果的補(bǔ)充與提高收效甚微?，F(xiàn)在運(yùn)用在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)，能夠解決以往存在的四個(gè)問(wèn)題：

1.解決了在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)受限于軟硬件的問(wèn)題

對(duì)于很多自然科學(xué)類課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，電腦等基礎(chǔ)硬件都是必要的。而在很多經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，全班學(xué)生的電腦人均擁有量低于50%，比如我校平均每班有電腦的同學(xué)不超過(guò)20%——但使用手機(jī)的同學(xué)幾乎是100%。這就造成了在線教學(xué)期間，大部分學(xué)生只能用手機(jī)觀看老師操作，而無(wú)法參與實(shí)訓(xùn)互動(dòng)，導(dǎo)致課程的在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果不佳。而很多在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)用手機(jī)即可登錄，且操作方法和呈現(xiàn)效果均與電腦端相同，方便所有學(xué)生在手機(jī)端邊聽(tīng)邊練。很多實(shí)訓(xùn)軟件安裝流程較復(fù)雜，即便在線下實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生通常都無(wú)法獨(dú)立完成安裝，需要老師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。線上教學(xué)環(huán)境下，老師對(duì)此的指導(dǎo)更是難以開(kāi)展。大部分在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)已將實(shí)訓(xùn)軟件內(nèi)嵌到平臺(tái)內(nèi)，無(wú)需單獨(dú)安裝，學(xué)生點(diǎn)擊登錄后即可直接打開(kāi)，為線上實(shí)訓(xùn)教學(xué)節(jié)省了很多時(shí)間。

為解決以上問(wèn)題，可考慮由教育供給方（學(xué)校、老師、教育平臺(tái)等）提供的技術(shù)支持保障多一點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的客觀條件要求少一點(diǎn)。只有學(xué)校與軟件企業(yè)聯(lián)手，打破教育技術(shù)壁壘、降低課程教學(xué)的硬件條件門檻，才能從開(kāi)課第一步化解學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的無(wú)力感，給予所有學(xué)生公平學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

2.解決了在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)受限于平臺(tái)可用的問(wèn)題

相較于線上理論教學(xué)成熟的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和技術(shù)手段，要想實(shí)現(xiàn)線上實(shí)訓(xùn)教學(xué)，在線交互式實(shí)訓(xùn)平臺(tái)必不可少。教育類軟件公司瞄準(zhǔn)這一教育轉(zhuǎn)型需求，已根據(jù)各自的行業(yè)領(lǐng)域或優(yōu)勢(shì)特色，開(kāi)發(fā)出行業(yè)定位明確的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目或建設(shè)在線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。截至2022年9月初，國(guó)家職業(yè)教育智慧教育平臺(tái)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心共建有704條虛擬仿真類素材，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)共建有3257個(gè)實(shí)驗(yàn)中心。

關(guān)于仿真資源與平臺(tái)的對(duì)接問(wèn)題，教育部平臺(tái)和企業(yè)平臺(tái)的不同點(diǎn)在于：國(guó)家級(jí)平臺(tái)是為推動(dòng)智慧教育而搭建的開(kāi)放式大平臺(tái)，主要通過(guò)平臺(tái)接口技術(shù)鏈接到資源所在的具體平臺(tái)。通常，這些具體平臺(tái)都需要單獨(dú)的賬號(hào)密碼才能進(jìn)入并使用，因此，目前國(guó)家級(jí)虛擬仿真平臺(tái)的賬戶在真正意義上并非“一路暢通”。而企業(yè)平臺(tái)通常為自主開(kāi)發(fā)，不存在與外部資源對(duì)接的接口問(wèn)題，登陸后可以在該平臺(tái)內(nèi) “一通到底”。

3.解決了在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)受限于資源適用的問(wèn)題

目前，很多課程平臺(tái)上在線精品開(kāi)放課的課程資源形式集中在文檔、動(dòng)畫、微課、視頻等，其中，與實(shí)訓(xùn)教學(xué)有關(guān)的資源大多以文檔形式給出實(shí)訓(xùn)教程、任務(wù)工單、實(shí)訓(xùn)報(bào)告和測(cè)評(píng)題，以ppt、動(dòng)畫、微課、視頻等形式呈現(xiàn)實(shí)訓(xùn)操作原理，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)示教視頻（拍攝錄制）為主講解實(shí)操步驟?？傮w來(lái)講，目前平臺(tái)上的在線課資源類型仍以教學(xué)輸出為主，僅能滿足學(xué)生的自主線上理論學(xué)習(xí)需求，而無(wú)法真正落實(shí)到在線交互實(shí)訓(xùn)。

要實(shí)現(xiàn)在線交互實(shí)訓(xùn)或建設(shè)線上實(shí)訓(xùn)課程，平臺(tái)上必須有可用的虛擬仿真類型的實(shí)訓(xùn)資源。以國(guó)家職業(yè)教育智慧教育平臺(tái)的虛擬仿真類素材為例，16.76%為3D實(shí)訓(xùn)軟件、81%為3D模型、2.4%為3D場(chǎng)景，其中3D模型和3D場(chǎng)景基本上是用于支撐前面3D實(shí)訓(xùn)軟件的素材，而3D實(shí)訓(xùn)軟件大部分為VR/MR虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件。經(jīng)了解，國(guó)家級(jí)平臺(tái)上大部分VR/MR虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件需要VR配套硬件才能呈現(xiàn)。某些實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)雖僅有二維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，但其仿真項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計(jì)合理、內(nèi)容完整，可滿足在線交互式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)這一基本要求；關(guān)鍵是對(duì)硬件設(shè)備的要求門檻較低，在教學(xué)推廣性、普適性、實(shí)用性上反而更占優(yōu)勢(shì)。在資源層面上，目前亟需解決的是“有沒(méi)有”的問(wèn)題，后續(xù)才能談“好不好”的問(wèn)題。

4.解決了在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)受限于考核評(píng)價(jià)的問(wèn)題

教學(xué)評(píng)價(jià)一直是教育改革閉環(huán)的重點(diǎn)內(nèi)容，在線實(shí)訓(xùn)教學(xué)也不例外。現(xiàn)有的在線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中大部分實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目均涵蓋該模塊。

三、在線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)施建議

1.校企合作開(kāi)發(fā)典型教學(xué)案例

從職業(yè)教育發(fā)展來(lái)看，首先需要加快產(chǎn)教融合、校企合作的步伐，從技術(shù)發(fā)展和教學(xué)規(guī)律兩個(gè)維度，共同開(kāi)發(fā)出既符合行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展、又符合職業(yè)教育規(guī)律的典型教學(xué)案例。

2.借助軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)在線互動(dòng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目

除了與生產(chǎn)企業(yè)合作，還要積極尋找、對(duì)接教育服務(wù)類企業(yè)，充分運(yùn)用軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)在線實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，將典型教學(xué)案例以虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的形式在教學(xué)平臺(tái)上呈現(xiàn)，滿足學(xué)生能夠進(jìn)行在線交互實(shí)訓(xùn)、實(shí)操過(guò)程得到實(shí)時(shí)反饋的需求。

3.依托線上教學(xué)資源建設(shè)在線理實(shí)一體化課程

針對(duì)在線互動(dòng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，還要建設(shè)配套的數(shù)字圖書館、教學(xué)資源庫(kù)和必要的實(shí)操步驟引導(dǎo)、測(cè)評(píng)系統(tǒng)等互動(dòng)資源體系，這樣，才能建設(shè)一門資源完備的、可實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)、在線實(shí)訓(xùn)、在線測(cè)評(píng)的“理實(shí)一體化”課程。為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)資源，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化自主學(xué)習(xí)。

四、結(jié)語(yǔ)

在線教育是教育信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物，信息化教學(xué)水平和教育技術(shù)的提升也是諸位老師要面臨的時(shí)代大考。我們要跟隨國(guó)家教育改革政策的引導(dǎo)，主動(dòng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)思路和模式，嘗試探索新的教育技術(shù)、教學(xué)平臺(tái)和實(shí)現(xiàn)方式，不斷了解信息化教育市場(chǎng)的發(fā)展與變化，才能切實(shí)找到適合本專業(yè)的在線教學(xué)解決方案。

參考文獻(xiàn)：

［1］王曉燕.基于洗衣機(jī)的PLC仿真研究［J］.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（35）：77-78.

［2］朱紅娟.基于Factory IO的PLC虛擬仿真控制系統(tǒng)研究［J］.信息與電腦（理論版），2020（14）：224-226.

［3］趙洋，胡亞偉.基于工業(yè)軟件的“PLC原理及應(yīng)用”線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2021，38（1）：175-178.

（責(zé)任編輯 陳潤(rùn)梅）