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)控程序傳輸教學案例研究上海市松江區(qū)新橋職業(yè)技術(shù)學校 杜振東一、研究背景在數(shù)控技術(shù)課程教學中，數(shù)控機床的操作方法、步驟及注意事項是該課程教學的核心內(nèi)容之一，授課教師多會采用“教師課上操作演示，學生先分組觀看，再分組操作”的方式開展教學。對學生而言，數(shù)控機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；對教師而言，同一個教學內(nèi)容，需要反復演示多次，教學效率低，教學效果差，而且在這樣的教學過程中，很難關(guān)注到全體學生，難免為實訓安全擔憂。由此可見，在“操作演示”教學過程下，教與學的矛盾較為突出。為了破解上述矛盾，我校機械教研組

2、以我開設(shè)的數(shù)控程序傳輸校級公開課為入手點，開始研究如何上好操作演示類教學內(nèi)容，并先后嘗試了視頻、動畫和虛擬仿真軟件三種形式教學，最終找到了破解這一難題的金鑰匙。二、研究對象選擇數(shù)控程序傳輸這節(jié)課作為研究對象的原因有以下幾點原因：其一，該知識點是企業(yè)數(shù)控加工崗位的重要技能之一；其二，教師操作演示時，需要學生觀看的區(qū)域主要是CRT/MDI面板和機床操作面板，已涵蓋學生難以看清的主要區(qū)域；其三，教學內(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的新方法和新途徑。三、課例設(shè)計說明本節(jié)課安排在高三年級上學期，所教的14機電班成績屬于

3、中等偏上的班級，教學時分為二組，每組均獨立教學。具體教學內(nèi)容為數(shù)控程序傳輸U盤傳輸，學生之前已經(jīng)學會了在數(shù)控機床上手工輸入程序，并看到過教師通過CF卡往數(shù)控機床中傳輸程序，但是從未見過利用U盤向數(shù)控機床傳輸程序；所用教材對該教學內(nèi)容的講解僅限于文字，且多在講解作用和意義，對具體的操作方法及步驟并無涉及，這給教師教學及學生學習均帶來了一定困難。為了有效實施教學，我校機械教研組圍繞教學內(nèi)容和教學設(shè)計展開了深入研討，并基本達成一致性意見?，F(xiàn)將該課的首稿教學設(shè)計介紹如下：課 題 數(shù)控程序傳輸U盤傳輸課型 ( 一體化 )課時( 1 )教 學 目 標知識目標1.了解FANUC系統(tǒng)常用的文件傳輸樣式。2.識

4、記USB接口對應(yīng)的I/O通道號。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。技能目標1.能為U盤傳輸程序設(shè)置正確的I/O通道號。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1.培養(yǎng)學生不斷學習先進技術(shù)，完備自身知識技能體系的意識。2.培養(yǎng)學生細致觀察及短時記憶能力。教 學 重 點U盤與數(shù)控系統(tǒng)間傳輸程序的方法及步驟。教 學 難 點U盤與數(shù)控系統(tǒng)間傳輸程序的方法及步驟。課前準備1.數(shù)控系統(tǒng)中僅存入程序O1101；2.依據(jù)小組數(shù)準備U盤，U盤中存入文件名為O1102、O1103的加工程序；3.課前咨訊書（發(fā)布在班級QQ群）、任務(wù)書。教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教師活動預設(shè)學生活動預設(shè)設(shè)計

5、意圖任務(wù)導入自同學們學習數(shù)控以來，經(jīng)常在電腦房練習編程，在數(shù)控車床上調(diào)用別人的程序加工零件?？墒?，大家自己編制的程序卻很少錄入機床用于加工，也許錄入程序就會成為大家在生產(chǎn)崗位上遇到的第一個難題。講解，引導學生思考，發(fā)現(xiàn)自身的能力弱項。觀看、聆聽、回答。對照企業(yè)生產(chǎn)崗位實際，指出學生知識能力體系中的盲點。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數(shù)控車床上，并且成功完成了首件加工?，F(xiàn)在他急需將該車床中的加工程序快速錄入其他車床，多臺車床加工可以快速完成加工訂單。如果你是A君，你會怎么做？播放PPT，展示任務(wù)。講解任務(wù)

6、的關(guān)鍵點，請學生談?wù)勛约旱南敕?。觀看任務(wù)，聆聽教師說明。了解任務(wù)的關(guān)鍵點所在。依據(jù)教師提問做答。明確任務(wù)要求及關(guān)鍵點所在，增加學習、思考的針對性。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：不需要其他硬件。（3）以太網(wǎng)端口傳輸：適用于電腦和數(shù)控機床間傳輸程序，需要連接網(wǎng)線或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)線，借助專用傳輸軟件完成。結(jié)合PPT中的圖片做簡要講解。觀察、聆聽、思考。做好知識鋪墊，培養(yǎng)學生收集相關(guān)信息的意識。計劃【分析】閱讀完咨詢信息，你認為哪種傳輸方式更易實現(xiàn)？設(shè)問，引導學生回答。思考，回答。鍛

7、煉學生思考、分析問題的能力。決策【決策】采用U盤傳輸程序。下面，我們大家一起來學習U盤傳輸程序的方法及步驟?？偨Y(jié)，闡明決策內(nèi)容，并對注點加以說明。觀看、聆聽。培養(yǎng)學生勇于表達自我觀點的意識，統(tǒng)一任務(wù)實施思路。實施【實施】1、如何將自己的選擇告訴數(shù)控機床？程序傳輸?shù)臉邮接卸喾N，先要選擇開通USB接口，這樣U盤才能與數(shù)控系統(tǒng)交換信息。2、解決“大象進冰箱”的步驟問題（1）將數(shù)控車床的程序輸出到U盤；（2）將U盤的程序輸入到其他數(shù)控車床中。3、觀看操作視頻，閱讀任務(wù)書，完成程序輸出和輸入。引導學生思考，形成實施步驟。播放操作視頻，講解任務(wù)實施要求、實施步驟及注意點，往復巡視觀察。觀察、聆聽、思考、回

8、答。觀看、識記有用信息，討論分工，執(zhí)行任務(wù)。梳理實施步驟，提升實施效果。鍛煉學生自主學習、觀察記憶及小組協(xié)作能力。評價1.逐工位查看，檢查并演示告知學生正確的操作結(jié)果。集合后再依據(jù)課堂實際生成進行評價，總結(jié)成功經(jīng)驗，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，輸出時超出U盤容量或輸入時查出數(shù)控系統(tǒng)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)控實習課時溫習程序輸入操作。教學反思首稿教學設(shè)計的爭議點在于：實施環(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，即利用攝像機先行拍下教師操作演示的全過程，再借助專業(yè)

9、軟件進行剪輯，形成微課教學視頻。該微課教學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)控機床產(chǎn)生的電磁波會引起視頻閃動、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2周時間，微課視頻終于制作成功并投入教學應(yīng)用。四、教學反思與總結(jié)1、首試牛刀經(jīng)過首輪教學實踐驗證，我們發(fā)現(xiàn)拍攝制作的微課視頻確實能吸引學生的注意力，破解“教師反復演示，演示內(nèi)容看不清，不能回放”等諸多問題，并顯著提升教學效率和效果，基本達到預期。可是教學展示課結(jié)束后，我們發(fā)現(xiàn)了新的問題，學生反映：視頻中某些部位存在反光，顯示屏及機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

10、制作周期過長，需要借助于專業(yè)視頻制作公司，內(nèi)容不便修改，而且視頻存儲量超過700M,不利于網(wǎng)上發(fā)布，也不利于學生下載觀看，難以真正將教學延伸至課堂之外，因此此類教學轉(zhuǎn)變的可復制性較差，難以大面積推廣。2、二番修改鑒于首輪教學中存在的問題，我將二番修改的重點放在了解決反光和內(nèi)容修改方便上。經(jīng)過多方請教，多輪思考，我決定利用Flash軟件制作動畫類視頻，這種發(fā)布的動畫視頻一定不會存在反光，而且將機床面板、屏幕顯示內(nèi)容均做成動畫元件，當需要修改顯示內(nèi)容時，只需修改或更換將動畫源文件中的元件，再次發(fā)布視頻即可。大約用了一周的時間，我完成了全部元件的制作，又用了約2小時的時間完成了U盤傳輸程序的動畫。動

11、畫視頻中呈現(xiàn)的內(nèi)容均清晰可見，無任何反光現(xiàn)象，而且存儲量不足3M，很適合網(wǎng)上發(fā)布及手機下載觀看。我只需將Flash動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個小時制作出自己想要的動畫視頻，這種教學方式的可復制性也將大幅提升。在第二輪課堂教學時，我發(fā)現(xiàn)學生對動畫視頻的興趣要明顯高于拍攝類視頻。下課時，學生還特意提醒我將動畫視頻發(fā)布在班級QQ群中，當他們踏上工作崗位后，忘記如何利用U盤傳輸程序時，可以隨時隨地登錄QQ群下載回看。正當我滿懷欣喜，認為課例研究即將完美收官之時，又有老師提出了新的異議Flash動畫只能按照固定的順序呈現(xiàn)教學內(nèi)容，用于新課教學尚可，可是在實際操作時，操作的順

12、序卻存在多種選擇性，如不考慮這一實際情況，學生多會認為僅此一種操作順序，易于形成思維定式，對學生的成長和發(fā)展有一定的不利影響。如果能將動畫做成交互式的，即可徹底解決此類操作演示的問題，教師或?qū)W生在演示不同的順序的操作步驟時，只需要借助錄屏軟件即可記錄下操作過程中的每一個細節(jié)，從而獲取演示視頻。3、三次改進如何實現(xiàn)操作教學的交互問題呢？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)控機床的虛擬仿真機床，并將我校操作演示類的教學內(nèi)容融入到該虛擬仿真機床。因先前我已將機床面板、顯示屏、MDI鍵盤等做成了動畫元件，這些動畫元件可直接用于虛擬仿真機床開發(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，上海交大計算機專業(yè)的2名大學生承擔了我校虛擬仿真機床應(yīng)用軟件的開發(fā)工作，開發(fā)總費用僅為8000元。該軟件現(xiàn)已開發(fā)完畢，并成功應(yīng)用于教學，很好的解決了先前教學