從操作演示到虛擬仿真

1、從“操作演示”到“虛擬仿真”中職數(shù)控程序傳輸教學(xué)案例研究上海市松江區(qū)新橋職業(yè)技術(shù)學(xué)校 杜振東一、研究背景 在數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中，數(shù)控機(jī)床的操作方法、步驟及注意 事項(xiàng)是該課程教學(xué)的核心內(nèi)容之一， 授課教師多會(huì)采用 “教師課上操 作演示，學(xué)生先分組觀看，再分組操作”的方式開展教學(xué)。對(duì)學(xué)生而 言，數(shù)控機(jī)床操作面板的按鍵繁多，顯示器只有 12 寸，很難看清教 師操作演示內(nèi)容，不明白教師在講些什么；對(duì)教師而言，同一個(gè)教學(xué) 內(nèi)容，需要反復(fù)演示多次，教學(xué)效率低，教學(xué)效果差，而且在這樣的 教學(xué)過程中， 很難關(guān)注到全體學(xué)生， 難免為實(shí)訓(xùn)安全擔(dān)憂。 由此可見， 在“操作演示”教學(xué)過程下，教與學(xué)的矛盾較為突出。為了

2、破解上述矛盾， 我校機(jī)械教研組以我開設(shè)的 數(shù)控程序傳輸 校級(jí)公開課為入手點(diǎn)， 開始研究如何上好操作演示類教學(xué)內(nèi)容， 并先 后嘗試了視頻、 動(dòng)畫和虛擬仿真軟件三種形式教學(xué)， 最終找到了破解 這一難題的金鑰匙。二、研究對(duì)象 選擇數(shù)控程序傳輸這節(jié)課作為研究對(duì)象的原因有以下幾點(diǎn)原 因：其一，該知識(shí)點(diǎn)是企業(yè)數(shù)控加工崗位的重要技能之一；其二，教 師操作演示時(shí)， 需要學(xué)生觀看的區(qū)域主要是 CRT/MDI 面板和機(jī)床操 作面板，已涵蓋學(xué)生難以看清的主要區(qū)域；其三，教學(xué)內(nèi)容包括參數(shù) 修改、程序輸出、程序輸入三部分內(nèi)容，操作步驟較繁瑣，具有代表 性。希望通過本課例研究，能尋找到操作演示類教學(xué)的新方法和新途 徑。三

3、、課例設(shè)計(jì)說明本節(jié)課安排在高三年級(jí)上學(xué)期，所教的 14機(jī)電班成績(jī)屬于中等 偏上的班級(jí)，教學(xué)時(shí)分為二組，每組均獨(dú)立教學(xué)。具體教學(xué)內(nèi)容為數(shù) 控程序傳輸U(kuò)盤傳輸，學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)會(huì)了在數(shù)控機(jī)床上手工輸入程序，并看到過教師通過 CF卡往數(shù)控機(jī)床中傳輸程序，但是從 未見過利用U盤向數(shù)控機(jī)床傳輸程序；所用教材對(duì)該教學(xué)內(nèi)容的講 解僅限于文字，且多在講解作用和意義，對(duì)具體的操作方法及步驟并 無涉及，這給教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)均帶來了一定困難。 為了有效實(shí)施 教學(xué)，我校機(jī)械教研組圍繞教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)展開了深入研討，并基本達(dá)成一致性意見?，F(xiàn)將該課的首稿教學(xué)設(shè)計(jì)介紹如下：課題課型數(shù)控程序傳輸U(kuò)盤傳輸(一體化)課時(shí)(1

4、)教學(xué) 目 標(biāo)知 識(shí) 目 標(biāo)1. 了解FANU係統(tǒng)常用的文件傳輸樣式。2. 識(shí)記USB接口對(duì)應(yīng)的I/O通道號(hào)。3. 辨析文件名、程序名的概念。4. 了解U盤傳輸程序的優(yōu)缺點(diǎn)。技能目標(biāo)1. 能為U盤傳輸程序設(shè)置正確的I/O通道號(hào)。2. 能熟練完成U盤與數(shù)控系統(tǒng)間的程序傳輸。情 感 目 標(biāo)1. 培養(yǎng)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，完備自身知識(shí)技能體系的意識(shí)。2. 培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致觀察及短時(shí)記憶能力。教學(xué) 重 點(diǎn)U盤與數(shù)控系統(tǒng)間傳輸程序的方法及步驟。教學(xué) 難點(diǎn)U盤與數(shù)控系統(tǒng)間傳輸程序的方法及步驟。課前準(zhǔn)備1. 數(shù)控系統(tǒng)中僅存入程序 01101;2. 依據(jù)小組數(shù)準(zhǔn)備U盤，U盤中存入文件名為01102 01103勺加

5、工程序；3. 課前咨訊書(發(fā)布在班級(jí) QC群)、任務(wù)書。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)設(shè)計(jì) 意圖任務(wù)導(dǎo)入自同學(xué)們學(xué)習(xí)數(shù)控以來， 經(jīng)常在電腦房練習(xí)編程， 在數(shù)控車床上調(diào)用別人的 程序加工零件?？墒牵?豕自己編制的程序卻很少 錄入機(jī)床用于加工，也許 錄入程序就會(huì)成為大家在 生產(chǎn)崗位上遇到的第一個(gè) 難題。講解，引導(dǎo)學(xué)生 思考，發(fā)現(xiàn)自身 的能力弱項(xiàng)。觀看、聆聽、回 答。對(duì)照企業(yè) 生產(chǎn)崗位 實(shí)際，指 出學(xué)生知 識(shí)能力體 系中的盲 點(diǎn)。任務(wù)描述【任務(wù)】N廠新接了一張加工單，零 件圖紙見附件1，零件加工 數(shù)量為900，該廠程序調(diào)試 員A君已將加工程序手工 錄入到一臺(tái)數(shù)控車床上， 并且成功完成了首

6、件加 工?，F(xiàn)在他急需將該車床 中的加工程序快速錄入其 他車床，多臺(tái)車床加工可 以快速完成加工訂單。如 果你是A君,你會(huì)怎么做？播放PPT,展示任 務(wù)。講解任務(wù)的關(guān)鍵 點(diǎn)，請(qǐng)學(xué)生談?wù)?自己的想法。觀看任務(wù)，聆聽 教師說明。了解任務(wù)的關(guān) 鍵點(diǎn)所在。依據(jù)教師提問 做答。明確任務(wù) 要求及關(guān) 鍵點(diǎn)所 在，增加 學(xué)習(xí)、思 考的針對(duì) 性。咨訊【咨訊】1. 常見的程序傳輸樣式： CF卡、U盤、以太網(wǎng)端口 傳輸。2. 傳輸樣式簡(jiǎn)介：(1) CF卡傳輸，一般需配 有USB讀卡器、PCMCIA卡 套。(2) U盤：不需要其他硬結(jié)合PPT中的圖 片做簡(jiǎn)要講解。觀察、聆聽、思 考。做好知識(shí) 鋪墊，培 養(yǎng)學(xué)生收 集相關(guān)信

7、 息的意 識(shí)。件。（3）以太網(wǎng)端口傳輸：適 用于電腦和數(shù)控機(jī)床間傳 輸程序，需要連接網(wǎng)線或 專用數(shù)據(jù)線，借助專用傳 輸軟件完成。【分析】r鍛煉學(xué)生:閱讀完咨詢信息，你認(rèn)設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生思考，回答。思考、分計(jì)劃為哪種傳輸方式更易實(shí)回答。析問題的現(xiàn)？能力。決策【決策】采用U盤傳輸程序。下面，我們大家一起來學(xué) 習(xí)U盤傳輸程序的方法及 步驟。總結(jié)，闡明決策 內(nèi)容，并對(duì)注點(diǎn) 加以說明。觀看、聆聽。培養(yǎng)學(xué)生 勇于表達(dá) 自我觀點(diǎn) 的意識(shí)， 統(tǒng)任務(wù) 實(shí)施思 路?！緦?shí)施】1、如何將自己的選擇告訴引導(dǎo)學(xué)生思考，觀察、聆聽、思梳理實(shí)施數(shù)控機(jī)床？形成實(shí)施步驟?？?、回答。步驟，提程序傳輸?shù)臉邮接卸喾N，升實(shí)施效先要選擇開通

8、USB接口， 這樣U盤才能與數(shù)控系統(tǒng) 交換信息。2、解決“大象進(jìn)冰箱”的果。實(shí)施步驟問題（1）將數(shù)控車床的程序輸 出到U盤；（2）將U盤的程序輸入到播放操作視頻，觀看、識(shí)記有用鍛煉學(xué)生其他數(shù)控車床中。講解任務(wù)實(shí)施要信息，討論分自主學(xué)3、觀看操作視頻，閱讀任求、實(shí)施步驟及工，執(zhí)行任務(wù)。習(xí)、觀察務(wù)書，完成程序輸出和輸注意點(diǎn)，往復(fù)巡記憶及小入。視觀察。組協(xié)作能 力。1.逐工位查看，檢查并演示告知學(xué)生正確的操作結(jié)果。集合后再依據(jù)課堂實(shí)評(píng)價(jià)際生成進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，分析存在問題。2闡明傳輸失敗的可能性因素：（1）U盤容量過大，數(shù)控系統(tǒng)不支持；（2）程序文件過大，輸出時(shí)超出U盤容量或輸入時(shí)查出數(shù)控系統(tǒng)

9、內(nèi)存容量。課后作業(yè)將CAM課上生成的數(shù)控車加工程序存入 U盤，在數(shù)控實(shí)習(xí)課時(shí)溫習(xí)程序輸入 操作。教學(xué)反思首稿教學(xué)設(shè)計(jì)的爭(zhēng)議點(diǎn)在于： 實(shí)施環(huán)節(jié)中如何獲取和呈現(xiàn)操作視 頻。經(jīng)過討論， 決定首先嘗試拍攝類視頻，即利用攝像機(jī)先行拍下教 師操作演示的全過程， 再借助專業(yè)軟件進(jìn)行剪輯， 形成微課教學(xué)視頻。 該微課教學(xué)視頻的制作可謂步步艱辛， 首先出現(xiàn)是顯示屏及操作面板 反光的問題，其次出現(xiàn)的是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的電磁波會(huì)引起視頻閃動(dòng)、 模糊。好在這些問題在專業(yè)公司的幫助下基本得到解決，最終歷時(shí) 2 周時(shí)間，微課視頻終于制作成功并投入教學(xué)應(yīng)用。四、教學(xué)反思與總結(jié)1、首試牛刀經(jīng)過首輪教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證， 我們發(fā)現(xiàn)拍攝制作

10、的微課視頻確實(shí)能吸 引學(xué)生的注意力， 破解“教師反復(fù)演示， 演示內(nèi)容看不清， 不能回放” 等諸多問題，并顯著提升教學(xué)效率和效果，基本達(dá)到預(yù)期?？墒墙虒W(xué)展示課結(jié)束后，我們發(fā)現(xiàn)了新的問題，學(xué)生反映：視頻 中某些部位存在反光， 顯示屏及機(jī)床面板按鍵上的字體較小， 難以看 清楚。教研組教師則提出：視頻制作周期過長(zhǎng)，需要借助于專業(yè)視頻 制作公司，內(nèi)容不便修改，而且視頻存儲(chǔ)量超過 700M, 不利于網(wǎng)上 發(fā)布，也不利于學(xué)生下載觀看，難以真正將教學(xué)延伸至課堂之外，因 此此類教學(xué)轉(zhuǎn)變的可復(fù)制性較差，難以大面積推廣。2、二番修改 鑒于首輪教學(xué)中存在的問題， 我將二番修改的重點(diǎn)放在了解決反 光和內(nèi)容修改方便上。經(jīng)

11、過多方請(qǐng)教，多輪思考，我決定利用 Flash 軟件制作動(dòng)畫類視頻， 這種發(fā)布的動(dòng)畫視頻一定不會(huì)存在反光， 而且 將機(jī)床面板、屏幕顯示內(nèi)容均做成動(dòng)畫元件， 當(dāng)需要修改顯示內(nèi)容時(shí)， 只需修改或更換將動(dòng)畫源文件中的元件， 再次發(fā)布視頻即可。 大約用 了一周的時(shí)間， 我完成了全部元件的制作， 又用了約 2 小時(shí)的時(shí)間完 成了 U 盤傳輸程序的動(dòng)畫。動(dòng)畫視頻中呈現(xiàn)的內(nèi)容均清晰可見，無 任何反光現(xiàn)象，而且存儲(chǔ)量不足 3M ，很適合網(wǎng)上發(fā)布及手機(jī)下載觀 看。我只需將 Flash 動(dòng)畫元件庫分享給教研組的其他教師， 其他教師 也可以用 2-3 個(gè)小時(shí)制作出自己想要的動(dòng)畫視頻， 這種教學(xué)方式的可 復(fù)制性也將大幅

12、提升。在第二輪課堂教學(xué)時(shí)， 我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)動(dòng)畫視頻的興趣要明顯高于 拍攝類視頻。下課時(shí)，學(xué)生還特意提醒我將動(dòng)畫視頻發(fā)布在班級(jí) QQ 群中，當(dāng)他們踏上工作崗位后，忘記如何利用 U 盤傳輸程序時(shí)，可 以隨時(shí)隨地登錄 QQ 群下載回看。正當(dāng)我滿懷欣喜， 認(rèn)為課例研究即將完美收官之時(shí)， 又有老師提 出了新的異議 Flash 動(dòng)畫只能按照固定的順序呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容， 用 于新課教學(xué)尚可，可是在實(shí)際操作時(shí)， 操作的順序卻存在多種選擇性， 如不考慮這一實(shí)際情況， 學(xué)生多會(huì)認(rèn)為僅此一種操作順序， 易于形成 思維定式， 對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和發(fā)展有一定的不利影響。 如果能將動(dòng)畫做 成交互式的， 即可徹底解決此類操作演示的問題

13、， 教師或?qū)W生在演示 不同的順序的操作步驟時(shí)， 只需要借助錄屏軟件即可記錄下操作過程 中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，從而獲取演示視頻。3、三次改進(jìn) 如何實(shí)現(xiàn)操作教學(xué)的交互問題呢？經(jīng)過第三輪教研組研討， 我們 逐漸找到了解決辦法虛擬仿真技術(shù)。 即：請(qǐng)數(shù)控軟件公司或?qū)I(yè) 軟件開放人員幫助開發(fā)本校數(shù)控機(jī)床的虛擬仿真機(jī)床， 并將我校操作 演示類的教學(xué)內(nèi)容融入到該虛擬仿真機(jī)床。因先前我已將機(jī)床面板、 顯示屏、 MDI 鍵盤等做成了動(dòng)畫元件，這些動(dòng)畫元件可直接用于虛 擬仿真機(jī)床開發(fā)， 這在一定程度上縮短了開發(fā)周期， 降低了開發(fā)成本。 最終，上海交大計(jì)算機(jī)專業(yè)的 2 名大學(xué)生承擔(dān)了我校虛擬仿真機(jī)床應(yīng) 用軟件的開發(fā)工作， 開發(fā)總費(fèi)用僅為 8000 元。該軟件現(xiàn)已開發(fā)完畢， 并成功應(yīng)用于教學(xué)