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(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，在“操作演示”教學(xué)過(guò)程下，教與學(xué)的矛盾較為突出。為了破解上述矛盾，我校機(jī)械教研組

2、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(guò)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、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

3、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(guò)教師通過(guò)CF卡往數(shù)控機(jī)床中傳輸程序，但是從未見過(guò)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(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 數(shù)控程序傳輸U(kuò)盤傳輸課型 ( 一體化 )課時(shí)( 1 )教 學(xué) 目 標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解FANUC系統(tǒng)常用的文件傳輸樣式。2.識(shí)

4、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O1101；2.依據(jù)小組數(shù)準(zhǔn)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(jí)QQ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)

5、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(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)

6、的關(guān)鍵點(diǎn)，請(qǐng)學(xué)生談?wù)勛约旱南敕?。觀看任務(wù)，聆聽教師說(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?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(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)信息的意識(shí)。計(jì)劃【分析】閱讀完咨詢信息，你認(rèn)為哪種傳輸方式更易實(shí)現(xiàn)？設(shè)問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生回答。思考，回答。鍛

7、煉學(xué)生思考、分析問(wèn)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(lái)學(xué)習(xí)U盤傳輸程序的方法及步驟?？偨Y(jié)，闡明決策內(nèi)容，并對(duì)注點(diǎn)加以說(shuō)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)一任務(wù)實(shí)施思路。實(shí)施【實(shí)施】1、如何將自己的選擇告訴數(shù)控機(jī)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(jìn)冰箱”的步驟問(wèn)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(dǎo)學(xué)生思考，形成實(shí)施步驟。播放操作視頻，講解任務(wù)實(shí)施要求、實(shí)施步驟及注意點(diǎn)，往復(fù)巡視觀察。觀察、聆聽、思考、回

8、答。觀看、識(shí)記有用信息，討論分工，執(zhí)行任務(wù)。梳理實(shí)施步驟，提升實(shí)施效果。鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)、觀察記憶及小組協(xié)作能力。評(píng)價(jià)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)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盤容量或輸入時(shí)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(xiǎn)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(guò)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(guò)程，再借助專業(yè)

9、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

10、制作周期過(guò)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(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)過(guò)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)

11、畫視頻中呈現(xiàn)的內(nèi)容均清晰可見，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)畫視頻，這種教學(xué)方式的可復(fù)制性也將大幅提升。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

12、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(wèn)題，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)，很好的解決了先前教學(xué)