从操作演示到虚拟仿真

1、从“操作演示”到“虚拟仿真”中职数控程序传输教学案例研究上海市松江区新桥职业技术学校 杜振东一、研究背景 在数控技术课程教学中，数控机床的操作方法、步骤及注意 事项是该课程教学的核心内容之一， 授课教师多会采用 “教师课上操 作演示，学生先分组观看，再分组操作”的方式开展教学。对学生而 言，数控机床操作面板的按键繁多，显示器只有 12 寸，很难看清教 师操作演示内容，不明白教师在讲些什么；对教师而言，同一个教学 内容，需要反复演示多次，教学效率低，教学效果差，而且在这样的 教学过程中， 很难关注到全体学生， 难免为实训安全担忧。 由此可见， 在“操作演示”教学过程下，教与学的矛盾较为突出。为了

2、破解上述矛盾， 我校机械教研组以我开设的 数控程序传输 校级公开课为入手点， 开始研究如何上好操作演示类教学内容， 并先 后尝试了视频、 动画和虚拟仿真软件三种形式教学， 最终找到了破解 这一难题的金钥匙。二、研究对象 选择数控程序传输这节课作为研究对象的原因有以下几点原 因：其一，该知识点是企业数控加工岗位的重要技能之一；其二，教 师操作演示时， 需要学生观看的区域主要是 CRT/MDI 面板和机床操 作面板，已涵盖学生难以看清的主要区域；其三，教学内容包括参数 修改、程序输出、程序输入三部分内容，操作步骤较繁琐，具有代表 性。希望通过本课例研究，能寻找到操作演示类教学的新方法和新途 径。三

3、、课例设计说明本节课安排在高三年级上学期，所教的 14机电班成绩属于中等 偏上的班级，教学时分为二组，每组均独立教学。具体教学内容为数 控程序传输U盘传输，学生之前已经学会了在数控机床上手工输入程序，并看到过教师通过 CF卡往数控机床中传输程序，但是从 未见过利用U盘向数控机床传输程序；所用教材对该教学内容的讲 解仅限于文字，且多在讲解作用和意义，对具体的操作方法及步骤并 无涉及，这给教师教学及学生学习均带来了一定困难。 为了有效实施 教学，我校机械教研组围绕教学内容和教学设计展开了深入研讨，并基本达成一致性意见。现将该课的首稿教学设计介绍如下：课题课型数控程序传输U盘传输(一体化)课时(1

4、)教学 目 标知 识 目 标1. 了解FANU係统常用的文件传输样式。2. 识记USB接口对应的I/O通道号。3. 辨析文件名、程序名的概念。4. 了解U盘传输程序的优缺点。技能目标1. 能为U盘传输程序设置正确的I/O通道号。2. 能熟练完成U盘与数控系统间的程序传输。情 感 目 标1. 培养学生不断学习先进技术，完备自身知识技能体系的意识。2. 培养学生细致观察及短时记忆能力。教学 重 点U盘与数控系统间传输程序的方法及步骤。教学 难点U盘与数控系统间传输程序的方法及步骤。课前准备1. 数控系统中仅存入程序 01101;2. 依据小组数准备U盘，U盘中存入文件名为01102 01103勺加

5、工程序；3. 课前咨讯书(发布在班级 QC群)、任务书。教学环节教学内容教师活动预设学生活动预设设计 意图任务导入自同学们学习数控以来， 经常在电脑房练习编程， 在数控车床上调用别人的 程序加工零件。可是，大 豕自己编制的程序却很少 录入机床用于加工，也许 录入程序就会成为大家在 生产岗位上遇到的第一个 难题。讲解，引导学生 思考，发现自身 的能力弱项。观看、聆听、回 答。对照企业 生产岗位 实际，指 出学生知 识能力体 系中的盲 点。任务描述【任务】N厂新接了一张加工单，零 件图纸见附件1，零件加工 数量为900，该厂程序调试 员A君已将加工程序手工 录入到一台数控车床上， 并且成功完成了首

6、件加 工。现在他急需将该车床 中的加工程序快速录入其 他车床，多台车床加工可 以快速完成加工订单。如 果你是A君,你会怎么做？播放PPT,展示任 务。讲解任务的关键 点，请学生谈谈 自己的想法。观看任务，聆听 教师说明。了解任务的关 键点所在。依据教师提问 做答。明确任务 要求及关 键点所 在，增加 学习、思 考的针对 性。咨讯【咨讯】1. 常见的程序传输样式： CF卡、U盘、以太网端口 传输。2. 传输样式简介：(1) CF卡传输，一般需配 有USB读卡器、PCMCIA卡 套。(2) U盘：不需要其他硬结合PPT中的图 片做简要讲解。观察、聆听、思 考。做好知识 铺垫，培 养学生收 集相关信

7、 息的意 识。件。（3）以太网端口传输：适 用于电脑和数控机床间传 输程序，需要连接网线或 专用数据线，借助专用传 输软件完成。【分析】锻炼学生阅读完咨询信息，你认设问，引导学生思考，回答。思考、分计划为哪种传输方式更易实回答。析问题的现？能力。决策【决策】采用U盘传输程序。下面，我们大家一起来学 习U盘传输程序的方法及 步骤。总结，阐明决策 内容，并对注点 加以说明。观看、聆听。培养学生 勇于表达 自我观点 的意识， 统任务 实施思 路。【实施】1、如何将自己的选择告诉引导学生思考，观察、聆听、思梳理实施数控机床？形成实施步骤。考、回答。步骤，提程序传输的样式有多种，升实施效先要选择开通US

8、B接口， 这样U盘才能与数控系统 交换信息。2、解决“大象进冰箱”的果。实施步骤问题（1）将数控车床的程序输 出到U盘；（2）将U盘的程序输入到播放操作视频，观看、识记有用锻炼学生其他数控车床中。讲解任务实施要信息，讨论分自主学3、观看操作视频，阅读任求、实施步骤及工，执行任务。习、观察务书，完成程序输出和输注意点，往复巡记忆及小入。视观察。组协作能 力。1.逐工位查看，检查并演示告知学生正确的操作结果。集合后再依据课堂实评价际生成进行评价，总结成功经验，分析存在问题。2阐明传输失败的可能性因素：（1）U盘容量过大，数控系统不支持；（2）程序文件过大，输出时超出U盘容量或输入时查出数控系统内存

9、容量。课后作业将CAM课上生成的数控车加工程序存入 U盘，在数控实习课时温习程序输入 操作。教学反思首稿教学设计的争议点在于： 实施环节中如何获取和呈现操作视 频。经过讨论， 决定首先尝试拍摄类视频，即利用摄像机先行拍下教 师操作演示的全过程，再借助专业软件进行剪辑， 形成微课教学视频。 该微课教学视频的制作可谓步步艰辛， 首先出现是显示屏及操作面板 反光的问题，其次出现的是数控机床产生的电磁波会引起视频闪动、 模糊。好在这些问题在专业公司的帮助下基本得到解决，最终历时 2 周时间，微课视频终于制作成功并投入教学应用。四、教学反思与总结1、首试牛刀经过首轮教学实践验证， 我们发现拍摄制作的微课

10、视频确实能吸 引学生的注意力， 破解“教师反复演示， 演示内容看不清， 不能回放” 等诸多问题，并显著提升教学效率和效果，基本达到预期。可是教学展示课结束后，我们发现了新的问题，学生反映：视频 中某些部位存在反光， 显示屏及机床面板按键上的字体较小， 难以看 清楚。教研组教师则提出：视频制作周期过长，需要借助于专业视频 制作公司，内容不便修改，而且视频存储量超过 700M, 不利于网上 发布，也不利于学生下载观看，难以真正将教学延伸至课堂之外，因 此此类教学转变的可复制性较差，难以大面积推广。2、二番修改 鉴于首轮教学中存在的问题， 我将二番修改的重点放在了解决反 光和内容修改方便上。经过多方

11、请教，多轮思考，我决定利用 Flash 软件制作动画类视频， 这种发布的动画视频一定不会存在反光， 而且 将机床面板、屏幕显示内容均做成动画元件， 当需要修改显示内容时， 只需修改或更换将动画源文件中的元件， 再次发布视频即可。 大约用 了一周的时间，我完成了全部元件的制作， 又用了约 2 小时的时间完 成了 U 盘传输程序的动画。动画视频中呈现的内容均清晰可见，无 任何反光现象，而且存储量不足 3M ，很适合网上发布及手机下载观 看。我只需将 Flash 动画元件库分享给教研组的其他教师， 其他教师 也可以用 2-3 个小时制作出自己想要的动画视频， 这种教学方式的可 复制性也将大幅提升。在

12、第二轮课堂教学时， 我发现学生对动画视频的兴趣要明显高于 拍摄类视频。下课时，学生还特意提醒我将动画视频发布在班级 QQ 群中，当他们踏上工作岗位后，忘记如何利用 U 盘传输程序时，可 以随时随地登录 QQ 群下载回看。正当我满怀欣喜， 认为课例研究即将完美收官之时， 又有老师提 出了新的异议 Flash 动画只能按照固定的顺序呈现教学内容， 用 于新课教学尚可，可是在实际操作时， 操作的顺序却存在多种选择性， 如不考虑这一实际情况， 学生多会认为仅此一种操作顺序， 易于形成 思维定式， 对学生的成长和发展有一定的不利影响。 如果能将动画做 成交互式的， 即可彻底解决此类操作演示的问题， 教师

13、或学生在演示 不同的顺序的操作步骤时， 只需要借助录屏软件即可记录下操作过程 中的每一个细节，从而获取演示视频。3、三次改进 如何实现操作教学的交互问题呢？经过第三轮教研组研讨， 我们 逐渐找到了解决办法虚拟仿真技术。 即：请数控软件公司或专业 软件开放人员帮助开发本校数控机床的虚拟仿真机床， 并将我校操作 演示类的教学内容融入到该虚拟仿真机床。因先前我已将机床面板、 显示屏、 MDI 键盘等做成了动画元件，这些动画元件可直接用于虚 拟仿真机床开发， 这在一定程度上缩短了开发周期， 降低了开发成本。 最终，上海交大计算机专业的 2 名大学生承担了我校虚拟仿真机床应 用软件的开发工作， 开发总费用仅为 8000 元。该软件现已开发完毕， 并成功应用于教学