仿真技术是运用计算机对现实进行仿真, 让学生在假定的虚拟的真实环境下, 模拟演练, 从而获得真实的感觉, 将抽象理论形象化、直观化, 有利于激发学生学习兴趣。仿真技术的应用, 为PLC教学找到了发展的突破口, 缓解了教学资源紧缺、提高课堂教学效能、在培养学生自主探索和创新能力等方面有独到之处, 取得事半功倍的教学效果。仿真技术是运用计算机对现实进行仿真, 让学生在假定的虚拟的环境下, 模拟演练, 从而获得真实的感觉, 将抽象理论形象化、直观化, 它不仅是一个演示媒体, 还是一个设计工具, 它可以把设计者的构思变成看得见的虚拟物体和环境, 有利于激发学生学习兴趣, 扩宽了学生自主探索学习的空间, 培养学生认知能力、理解能力、创新能力, 丰富学生的想象力。
1 构建“理论学习—虚拟演练—实操训练”的教学模式
我校PLC教学在探索中构建了“理论学习—虚拟演练—实操训练”三步曲的教学模式。该模式是在传统教学模式上增设虚拟演练, 运用虚拟现实技术将专业理论学习内容与模拟实物、各种仪器设备、环境等虚拟对象结合起来, 将各种实验通过计算机产生逼真图象, 让学生进入虚拟环境中模拟实操演练, 进行指令、元件的功能检测、调试, 从而获得视觉、触觉、听觉、动觉等多种感知, 然后到实际设备中进行实习训练来掌握真正的知识技能, 让学生有一种真实的感觉。这种教学模式让学生尝到更多成功的喜悦, 增强学生学习的自信心, 增加学生的竞争能力。
2 仿真教学能将抽象理论形象化、直观化
实现模拟场景中的仿真运行, 可帮助学生更好地理解PLC的工作原理要让学生对P L C的工作过程有全面的认识和了解, 除具备一定的编程能力, 掌握基本的编程技巧外, 还要让学生按照实际的控制要求进行仿真运行和调试, 从而找到程序中的不足和漏洞, 进行反复修改, 达到优化程序、熟悉编程的目的。而仿真教学软件就是这样一个能提供各种控制要求、仿真运行各种控制程序的教学平台。它操作简单, 利用虚拟设计, 模拟出各种真实场景。例如:交通信号灯控制、正反转控制、机械手、电梯控制等等。学生可以按照控制要求进行编程, 绘出梯形图, 并对PLC进行仿真运行操作, 在仿真运行中可以观察运行结果是否符合设计要求。同时, 在运行中还可以确认各个元件与程序的状态, 适时监控各个元件的工作过程。通过运行监控, 学生更好地理解和掌握PLC各个元件的作用, 巩固课堂上所学的理论知识。使得教学过程形象化、直观化。
3 仿真教学能节省资金, 降低实验风险, 弥补实验设备不足等问题
随着计算机应用的普及和发展, 各学校都建立起多个计算机实验室和多媒体教室, 只要给实验室的计算机上安装仿真软件, 就相当建立起了一个仪器设备种类齐全、电子元器件丰富的虚拟实验室, 要进行某个电路仿真, 只需要运行该软件, 根据实际控制电路, 转化为梯形图, 简单从计算机屏幕的元件库中调出所需的元件, 并联接成梯形图, 控制接通输入、输出电路, 即可开始仿真, 就可以和实物实验一样对电路进行测试分析。使用计算机仿真模拟, 具有经济、可靠、实用、安全、灵活、效率、可多次重复使用和成本低、风险小的优点, 使学生摆脱了实验室的局限性, 避免了实际电路调试的烦琐过程, 不用反复拆装元件、损坏元件;整个过程快捷方便, 省时省力, 把它应用到PLC课堂教学, 既避免了实验仪器的损坏与实验材料的消耗, 降低教学成本, 又能让学生完成各种与实际实验相似的实验实习, 学到相关的专业知识和专业技能, 为学校节省了实验实习和设备维修费用。同时, 许多实验设备, 在学校资金不足无力购买的情况下, 应用仿真软件让学生完成各项相应的实验实践活动, 采用虚拟仿真的手段, 以“虚”补“实”, 快捷方便, 省时省力, 弥补实验设备不足带来的问题。
4 实现理论教学与实验实践有机结合, 提高课堂教学质量和教学效果
传统的PLC教学, 要实现理论与实践有机结合同步进行, 往往需要的仪器设备较多, 实验成本高, 实验存在安全风险, 调试不方便, 实验效果不明显, 再加上学校实验设备不足等因素的影响, 很难做到理论教学与实验实践有机结合。应用仿真实验, 课堂教学只需把学生带到计算机房, 教师在进行理论讲授的同时, 应用电脑进行仿真实验演示给学生观察, 然后让学生在电脑上进行实验验证, 把理论教学与实验实践有机结合起来。课堂教学由原来以教师讲授为主的教学模式, 转变成老师讲授、演示与学生实验实践相结合的师生互动教学模式, 使原来抽象难学的理论知识, 变成趣味、形象直观、简单易学的科普知识, 学生从被动接受转变成为主动学习, 发挥学生学习的主观能动性, 培养并有效提高学生思维能力、综合分析能力及创新能力, 充分体现了以学生为主体的开放实验模式的特征从而有效激发学生的学习兴趣, 提高课堂教学质量和教学效果。
总之, 把虚拟仿真实验引入PLC教学, 既方便老师教, 又方便学生学, 使理论教学与实践实验有机结合起来, 有效激发学生的学习兴趣, 提高课堂教学质量和教学效果, 在实验教学中应用具有传统模式所不具备的优势, 但其缺乏一种实物实验的真实感, 并不能替代传统的实验手段。我们在教学中要将实物实验与仿真实验相结合, 发挥各自的优点, 就可以帮助学生更快更好地掌握知识, 进一步培养和提高学生的综合实验和创新的能力。
摘要：本文介绍了仿真软件的特点, 讨论了仿真软件在PLC实验教学中的应用。认为应用PLC仿真软件能充分发挥学生的主观能动性, 培养并有效提高学生思维能力、综合分析能力及创新能力, 节约设计及实验时间, 弥补学校实验仪器及元件缺乏带来的不足, 节约实验室的建设费用以及维护费, 对PLC教学的意义重大。
关键词：仿真软件,PLC实验教学,应用研究