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(kāi)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(guò)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(jiàn)， 在“操作演示”教學(xué)過(guò)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(kāi)設(shè)的 數(shù)控程序傳輸 校級(jí)公開(kāi)課為入手點(diǎn)， 開(kāi)始研究如何上好操作演示類(lèi)教學(xué)內(nèi)容， 并先 后嘗試了視頻、 動(dòng)畫(huà)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(guò)本課例研究，能尋找到操作演示類(lèi)教學(xué)的新方法和新途 徑。三

3、、課例設(shè)計(jì)說(shuō)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(pán)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(guò)教師通過(guò) CF卡往數(shù)控機(jī)床中傳輸程序，但是從 未見(jiàn)過(guò)利用U盤(pán)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(wú)涉及，這給教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)均帶來(lái)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(kāi)了深入研討，并基本達(dá)成一致性意見(jiàn)?，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(pán)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(pán)傳輸程序的優(yōu)缺點(diǎn)。技能目標(biāo)1. 能為U盤(pán)傳輸程序設(shè)置正確的I/O通道號(hào)。2. 能熟練完成U盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)，U盤(pán)中存入文件名為01102 01103勺加

5、工程序；3. 課前咨訊書(shū)(發(fā)布在班級(jí) QC群)、任務(wù)書(shū)。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(lái)， 經(jīng)常在電腦房練習(xí)編程， 在數(shù)控車(chē)床上調(diào)用別人的 程序加工零件?？墒?，大 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(tīng)、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(jiàn)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(chē)床上， 并且成功完成了首

6、件加 工?，F(xiàn)在他急需將該車(chē)床 中的加工程序快速錄入其 他車(chē)床，多臺(tái)車(chē)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(tīng) 教師說(shuō)明。了解任務(wù)的關(guān) 鍵點(diǎn)所在。依據(jù)教師提問(wèn) 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(jiàn)的程序傳輸樣式： CF卡、U盤(pán)、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(pán)：不需要其他硬結(jié)合PPT中的圖 片做簡(jiǎn)要講解。觀察、聆聽(tīng)、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(zhuān)用數(shù)據(jù)線，借助專(zhuān)用傳 輸軟件完成?！痉治觥縭鍛煉學(xué)生:閱讀完咨詢信息，你認(rèn)設(shè)問(wèn)，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(wèn)題的現(xiàn)？能力。決策【決策】采用U盤(pán)傳輸程序。下面，我們大家一起來(lái)學(xué) 習(xí)U盤(pán)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(shuō)明。觀看、聆聽(tīng)。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。【實(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(tīng)、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(kāi)通

8、USB接口， 這樣U盤(pán)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(wèn)題（1）將數(shù)控車(chē)床的程序輸 出到U盤(pán)；（2）將U盤(pán)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(chē)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(shū)，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(wèn)題。2闡明傳輸失敗的可能性因素：（1）U盤(pán)容量過(guò)大，數(shù)控系統(tǒng)不支持；（2）程序文件過(guò)大，輸出時(shí)超出U盤(pán)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(chē)加工程序存入 U盤(pán)，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(guò)討論， 決定首先嘗試拍攝類(lèi)視頻，即利用攝像機(jī)先行拍下教 師操作演示的全過(guò)程， 再借助專(zhuān)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(wèn)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(wèn)題在專(zhuān)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)長(zhǎng)，需要借助于專(zhuān)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(guò) 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(lèi)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(wèn)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(guò)多方請(qǐng)教，多輪思考，我決定利用 Flash 軟件制作動(dòng)畫(huà)類(lèi)視頻， 這種發(fā)布的動(dòng)畫(huà)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(huà)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(huà)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(pán)傳輸程序的動(dòng)畫(huà)。動(dòng)畫(huà)視頻中呈現(xiàn)的內(nèi)容均清晰可見(jiàn)，無(wú) 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(huà)元件庫(kù)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(huà)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(huà)視頻的興趣要明顯高于 拍攝類(lèi)視頻。下課時(shí)，學(xué)生還特意提醒我將動(dòng)畫(huà)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(pán)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(huà)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(huà)做 成交互式的， 即可徹底解決此類(lèi)操作演示的問(wèn)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(guò)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(wèn)題呢？經(jīng)過(guò)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(kāi)放人員幫助開(kāi)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(lèi)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(pán)等做成了動(dòng)畫(huà)元件，這些動(dòng)畫(huà)元件可直接用于虛 擬仿真機(jī)床開(kāi)發(fā)， 這在一定程度上縮短了開(kāi)發(fā)周期， 降低了開(kāi)發(fā)成本。 最終，上海交大計(jì)算機(jī)專(zhuān)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(kāi)發(fā)工作， 開(kāi)發(fā)總費(fèi)用僅為 8000 元。該軟件現(xiàn)已開(kāi)發(fā)完畢， 并成功應(yīng)用于教學(xué)