高职电气自动化专业课程教案

——以“电机正反转与顺序控制”教学单元为例一、课程定位与学情画像《PLC应用技术》是高职电气自动化专业的核心技能课，面向工业自动化设备运维、电气控制系统设计等岗位，需培养学生“能编程、会调试、善排故”的工程实践能力。学情分析：授课对象为高职二年级学生，已掌握电工基础、电气控制线路等前置知识，但对“软逻辑”（PLC程序）的抽象性理解不足；学习风格偏向“做中学”，但在复杂逻辑设计时易出现“机械模仿”而非“原理迁移”的问题。需通过“具象化案例+阶梯式任务”降低学习门槛，激发探究欲。二、教学目标体系（三维度设计）（一）知识目标1.掌握PLC（以西门子S____为例）的基本逻辑指令（LD、LDI、OUT、ANB、ORB等）与软元件功能（输入/输出继电器、辅助继电器）；2.理解“继电器控制”与“PLC控制”的逻辑差异，能分析典型控制电路的程序映射关系。（二）能力目标1.能独立完成“电机正反转”“交通灯模拟”等简单控制系统的PLC程序设计、仿真与硬件调试；2.具备“需求分析→程序架构→故障排查”的工程思维，能运用“分段测试法”定位程序逻辑错误。（三）素养目标1.培养团队协作能力（分组项目中明确分工、互补互助）；2.树立“规范编程、安全操作”的职业意识（如硬件接线前断电验电、程序注释清晰化）。三、教学重难点突破策略（一）教学重点PLC程序设计的“逻辑转化”能力——将电气控制线路的“硬件逻辑”转化为PLC的“软件逻辑”。突破方法：采用“继电器→PLC”对比教学法，以“电机正反转控制”为载体：先展示传统继电器互锁电路（实物/动画），分析“硬件触点互锁”的原理；再演示PLC软逻辑的“软件互锁”（用辅助继电器M实现），通过仿真软件（TIAPortal）实时观测软元件状态变化，让抽象逻辑“可视化”。（二）教学难点复杂顺序控制的程序调试与故障排查（如多设备联动的时序逻辑错误）。突破方法：设计“三层电梯模拟”阶梯任务：任务1（基础层）：单楼层启停控制（熟悉指令操作）；任务2（进阶层）：多楼层互锁控制（解决信号冲突）；任务3（挑战层）：电梯门机与轿厢的联动（综合时序逻辑）。通过“任务分层+教师巡导+peerreview（同伴互评）”，引导学生从“试错”到“析错”再到“避错”。四、教学方法与资源整合（一）教学方法1.项目驱动法：以“电梯控制系统”为贯穿项目，分解为“电机控制→单灯闪烁→交通灯→电梯模拟”递进子任务，实现“学用同步”；2.理实一体化：理论讲解（教室）与实操训练（实训室）无缝衔接，如讲解“定时器指令”后，立即在实训台完成“风扇延时启停”的编程调试；3.数字赋能法：引入虚拟仿真平台（如PLCsimAdvanced），让学生在无硬件设备时也能进行程序仿真，降低实操成本。（二）教学资源硬件：西门子S____实训台、电机控制套件、万用表；软件：TIAPortalV17、PLC仿真软件、教学微课视频（含“指令速查”“故障案例库”）；文本：自编活页教材《PLC项目化教程》（含行业案例，如智能制造产线控制）。五、教学过程设计（45分钟课堂+90分钟实训，共2.5课时）（一）情境导入（5分钟）播放汽车焊装线PLC控制系统运行视频，聚焦“机械臂精准抓取”的控制逻辑，提问：“如何让PLC‘听懂’人类指令，精准控制设备动作？”结合学生已有“继电器控制”知识，引出本节课核心问题——“软逻辑”如何替代“硬接线”实现更灵活的控制？（二）新知探究（15分钟：理论+仿真）1.逻辑指令精讲：以“电机正反转”为例，拆解控制需求（正转/反转/停止、互锁保护），讲解LD（取指令）、LDI（取反）、OUT（输出）、ANB（块与）的功能与编程规范（如“左母线→指令→线圈→右母线”的梯形图结构）。2.仿真验证：学生在TIAPortal中搭建虚拟PLC，编写“电机正反转”程序，通过仿真观测I/Q/M元件的状态变化，理解“软元件替代硬件触点”的逻辑。（三）实践深化（90分钟：实训+项目）项目任务：分组完成“三层电梯模拟控制系统”设计，要求：需求分析：明确“轿厢升降、楼层显示、门机联动”的控制逻辑；程序设计：用梯形图编写程序，含“楼层信号互锁”“运行超时保护”等功能；硬件调试：在实训台完成I/O接线（输入：按钮/传感器；输出：指示灯/继电器），通电调试并记录故障点。教师支持：巡视指导：针对“楼层信号冲突”“定时器参数设置错误”等典型问题，引导学生用“分段测试法”（如先测试单个楼层按钮的响应，再整合多楼层逻辑）；案例库推送：在班级群分享“电梯控制常见故障案例”（如“门机与轿厢不同步”的排查思路），供学生参考。（四）总结提升（10分钟）1.学生展示：每组派代表演示项目成果，讲解“程序架构+故障解决思路”；2.互评反思：其他组从“程序规范性”“调试效率”“创新点”三方面点评，教师补充“软元件优化技巧”（如用移位寄存器替代重复逻辑）；3.作业布置：拓展任务“自动售货机PLC控制”（含“投币识别→货道选择→找零控制”），要求提交“需求分析报告+梯形图程序”。六、教学评价与反馈（一）多元评价体系评价维度评价方式权重---------------------------------------------------------过程性评价课堂参与度、团队协作、故障排查思路30%成果性评价程序正确率、硬件接线规范性、报告质量50%反思性评价自评知识盲点、改进计划20%（二）反馈改进通过“课堂观察+作业分析+实训日志”，若发现学生“对定时器/计数器的时序理解不足”，则在后续课程中增加“时间继电器与PLC定时器的对比实验”，强化时序逻辑认知。七、教学反思与优化1.分层教学的必要性：部分基础薄弱学生在“三层电梯”任务中进度滞后，需在下次课增设“1对1帮扶小组”，由完成度高的学生带教；2.虚实结合的深化：硬件实训台数量有限，可引入“虚拟仿真+实物调试”混合模式，让学生先在虚拟环境中完成程序预调试，再到实训室验证，提升实操效率；3.行业案例的拓展：后续可引入“智能制造产线”“AGV小车控制”等企业真实案例，增强课程的岗位适配性。教案特色：以“岗位需求”为导向，通过“具象化案例+阶梯式