視頻數(shù)字化實訓教學設備改造與應用實踐研究

陳冰+查維康

【摘 要】以數(shù)控機床實訓為例，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于數(shù)控實訓教學設備上的改造、應用開展實踐探究，構建視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架，并對視頻數(shù)字化實訓教學設備改造后的教學功能、研究功能、經(jīng)濟適用性等進行研究。

【關鍵詞】視頻實訓教學設備改造實踐研究

一、職業(yè)學校實訓教學存在的問題

目前職業(yè)學校通過示范校建設、品牌專業(yè)建設和實訓基地建設，在專業(yè)師資、課程結構、實訓設備特別是理實一體化教室的配置方面已逐步具備了實施項目教學的條件。但我們也發(fā)現(xiàn)校內(nèi)實訓基地在設備的數(shù)量和先進性上雖然有了很大改觀，但教學的功能還有待改善。以數(shù)控機床的實訓為例，數(shù)控機床的操作演示教學仍然是教師一邊操作一邊講解，學生觀摩操作過程。這樣的實訓教學，存在以下幾個問題：一是教師操作的細節(jié)和機床加工的細節(jié)學生看不清，教學效果不理想；二是外圍的學生學習狀況教師不了解，課堂管理難兼顧；三是學生以教師為中心擁擠在機床的周圍，存在安全隱患。如何解決這種教與學的現(xiàn)狀，我們從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到啟發(fā)，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于數(shù)控機床實訓教學，在設備上進行改造，以提高數(shù)控機床教學性功能，初步構建了視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架。

二、視頻數(shù)字化實訓設備的改造框架

視頻數(shù)字化實訓設備的改造框架，就是在實訓設備的操作及運轉(zhuǎn)的關鍵教學工位點加裝攝像機，通過多屏顯卡（或視頻分配器），將各教學工位的實時視頻經(jīng)由計算機進行處理并投影，服務于教學的需要。視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架示意圖（見圖1）。

圖1視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架示意圖

以數(shù)控車床的教學為例，第一個攝像機安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，用于拍攝刀具切削過程的影像；第二個攝像機也安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，用于拍攝機床加工區(qū)主軸與刀架相對運動過程的影像；在操控面板上方加裝第三個攝像頭，用于拍攝面板操作影像。將三個攝像頭的視頻信號經(jīng)過多屏顯卡（或視頻分配器）傳輸?shù)接嬎銠C。數(shù)控車床實訓教學過程中，一位實訓指導教師在數(shù)控車床上進行加工操作演示，另一位實訓主講教師在理實一體化教室（或教學島）對計算機中加工操作步驟、刀具切削過程，工件與刀具的相對運動三路視頻進行分屏、切換，通過投影對學生進行詳細的同步講解、評價。

三、視頻數(shù)字化實訓設備的實現(xiàn)功能

（一）視頻數(shù)字化實訓設備的教學性功能

1.教學環(huán)節(jié)可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，徹底改變了傳統(tǒng)的低效實訓教學。在理實一體化教室（或教學島）內(nèi)，每一位學生都能通過視頻投影對指導教師的操作過程和加工細節(jié)行全面觀察，每一個教學環(huán)節(jié)都交待得很清晰，需要時還能反復播放進行學習。

2.課堂管理可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，教師再也不用擔心外圍學生是否看得見、是否認真聽，學生全部坐在理實一體化教室（或講學島），兩位教師分工明確，一位操作演示，一位進行講解，課堂管理有序。學生操作訓練時，也可通過視頻來加強對操作過程的管理。

3.操作安全可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，實訓加工區(qū)與理實一體化教室（或教學島）一般用透明的鋼化玻璃強分隔開。實訓指導教師操作是在實訓加工區(qū)的機床上進行操作，而學生是在理實一體化教室（或教學島）觀察視頻并聽取實訓主講教師講解的。即使是學生在多人同機操作練習時，也可以一人操作其他同學在理實一體化教室（或教學島）觀察視頻，實訓操作更加安全可靠。

（二）視頻數(shù)字化實訓設備的研究性功能

1.視頻數(shù)字化實訓設備具有教學實施的研究功能

視頻數(shù)字化實訓設備不僅僅能提供某工種的專業(yè)實訓，也可以用來進行相關課程研究性學習，如在數(shù)控車床的加工過程中，刀具切削過程和切屑的形成過程就可以用在金屬材料、切削原理、刀具等多門專業(yè)課程的研究性學習中。

2.視頻數(shù)字化實訓設備具有教學評價的研究功能

視頻數(shù)字化實訓具備更加開放的研究功能。教師既可以通過視頻數(shù)字化實訓設備進行教學，也可以將視頻進行同步錄像以數(shù)字化資料的形式進行存儲，作為教學資料開展教學研究。有條件的學校還可以將同類實訓設備都進行視頻數(shù)字化改造，通過局域網(wǎng)開展遠程教學管理、評價。

3.視頻數(shù)字化實訓設備具有教師行為的研究功能

視頻數(shù)字化實訓設備除了應用于課堂教學的研究，在教師課堂行為、儀態(tài)等研究，同題異構公開課的研究方面，都可以通過視頻數(shù)字化錄像的對比、重播、慢放等功能來實現(xiàn)。對不同錄像資源的剪輯還可以制作出高質(zhì)量的教學視頻資源。

（三）視頻數(shù)字化實訓設備改造的經(jīng)濟性功能

視頻數(shù)字化實訓設備改造不但適用于數(shù)控機床，也同樣適用于大多數(shù)專業(yè)工種的實訓，像機電類、數(shù)控類、汽修類、建筑類、化工類等等。特別是部分學校在實訓基地建設過程中即使沒有理實一體化教室，也可以通過視頻數(shù)字化實訓教學設備改造來改善實訓教學的條件。攝像機工位點數(shù)根據(jù)相關工種及需要實現(xiàn)的功能而定，改造靈活。視頻數(shù)字化實訓設備改造所需要的設備主要有工業(yè)攝像頭、多屏顯卡（或視頻分配器）、電腦、投影儀等通用設備，市場上容易購買，改造成本也不高（見表1）。

目前，視頻數(shù)字化實訓設備的改造在江蘇昆山、連云港等地進行了一些實踐性應用與探究，對數(shù)控類的實訓設備進行部分改造已取得了非常明顯的效果。我們將進一步拓展、延伸視頻數(shù)字化實訓教學設備改造的思路，實現(xiàn)校內(nèi)實訓基地設備的聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控及信息采集，通過聯(lián)網(wǎng)結合視頻監(jiān)控及信息采集，形成對生產(chǎn)現(xiàn)場及設備運行狀態(tài)、設備運行參數(shù)和設備現(xiàn)場環(huán)境的實時了解，構建可以在校園網(wǎng)上任意一個經(jīng)過授權的計算機終端查看生產(chǎn)現(xiàn)場設備運行狀態(tài)的數(shù)字化工廠。

本文為江蘇省教育科學規(guī)劃辦“十二五”規(guī)劃2013年度職教重點自籌課題“基于課程綜合化的中職機械加工技能課程的研究”成果之一。

【摘 要】以數(shù)控機床實訓為例，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于數(shù)控實訓教學設備上的改造、應用開展實踐探究，構建視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架，并對視頻數(shù)字化實訓教學設備改造后的教學功能、研究功能、經(jīng)濟適用性等進行研究。

【關鍵詞】視頻實訓教學設備改造實踐研究

一、職業(yè)學校實訓教學存在的問題

目前職業(yè)學校通過示范校建設、品牌專業(yè)建設和實訓基地建設，在專業(yè)師資、課程結構、實訓設備特別是理實一體化教室的配置方面已逐步具備了實施項目教學的條件。但我們也發(fā)現(xiàn)校內(nèi)實訓基地在設備的數(shù)量和先進性上雖然有了很大改觀，但教學的功能還有待改善。以數(shù)控機床的實訓為例，數(shù)控機床的操作演示教學仍然是教師一邊操作一邊講解，學生觀摩操作過程。這樣的實訓教學，存在以下幾個問題：一是教師操作的細節(jié)和機床加工的細節(jié)學生看不清，教學效果不理想；二是外圍的學生學習狀況教師不了解，課堂管理難兼顧；三是學生以教師為中心擁擠在機床的周圍，存在安全隱患。如何解決這種教與學的現(xiàn)狀，我們從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到啟發(fā)，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于數(shù)控機床實訓教學，在設備上進行改造，以提高數(shù)控機床教學性功能，初步構建了視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架。

二、視頻數(shù)字化實訓設備的改造框架

視頻數(shù)字化實訓設備的改造框架，就是在實訓設備的操作及運轉(zhuǎn)的關鍵教學工位點加裝攝像機，通過多屏顯卡（或視頻分配器），將各教學工位的實時視頻經(jīng)由計算機進行處理并投影，服務于教學的需要。視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架示意圖（見圖1）。

圖1視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架示意圖

以數(shù)控車床的教學為例，第一個攝像機安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，用于拍攝刀具切削過程的影像；第二個攝像機也安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，用于拍攝機床加工區(qū)主軸與刀架相對運動過程的影像；在操控面板上方加裝第三個攝像頭，用于拍攝面板操作影像。將三個攝像頭的視頻信號經(jīng)過多屏顯卡（或視頻分配器）傳輸?shù)接嬎銠C。數(shù)控車床實訓教學過程中，一位實訓指導教師在數(shù)控車床上進行加工操作演示，另一位實訓主講教師在理實一體化教室（或教學島）對計算機中加工操作步驟、刀具切削過程，工件與刀具的相對運動三路視頻進行分屏、切換，通過投影對學生進行詳細的同步講解、評價。

三、視頻數(shù)字化實訓設備的實現(xiàn)功能

（一）視頻數(shù)字化實訓設備的教學性功能

1.教學環(huán)節(jié)可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，徹底改變了傳統(tǒng)的低效實訓教學。在理實一體化教室（或教學島）內(nèi)，每一位學生都能通過視頻投影對指導教師的操作過程和加工細節(jié)行全面觀察，每一個教學環(huán)節(jié)都交待得很清晰，需要時還能反復播放進行學習。

2.課堂管理可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，教師再也不用擔心外圍學生是否看得見、是否認真聽，學生全部坐在理實一體化教室（或講學島），兩位教師分工明確，一位操作演示，一位進行講解，課堂管理有序。學生操作訓練時，也可通過視頻來加強對操作過程的管理。

3.操作安全可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，實訓加工區(qū)與理實一體化教室（或教學島）一般用透明的鋼化玻璃強分隔開。實訓指導教師操作是在實訓加工區(qū)的機床上進行操作，而學生是在理實一體化教室（或教學島）觀察視頻并聽取實訓主講教師講解的。即使是學生在多人同機操作練習時，也可以一人操作其他同學在理實一體化教室（或教學島）觀察視頻，實訓操作更加安全可靠。

（二）視頻數(shù)字化實訓設備的研究性功能

1.視頻數(shù)字化實訓設備具有教學實施的研究功能

視頻數(shù)字化實訓設備不僅僅能提供某工種的專業(yè)實訓，也可以用來進行相關課程研究性學習，如在數(shù)控車床的加工過程中，刀具切削過程和切屑的形成過程就可以用在金屬材料、切削原理、刀具等多門專業(yè)課程的研究性學習中。

2.視頻數(shù)字化實訓設備具有教學評價的研究功能

視頻數(shù)字化實訓具備更加開放的研究功能。教師既可以通過視頻數(shù)字化實訓設備進行教學，也可以將視頻進行同步錄像以數(shù)字化資料的形式進行存儲，作為教學資料開展教學研究。有條件的學校還可以將同類實訓設備都進行視頻數(shù)字化改造，通過局域網(wǎng)開展遠程教學管理、評價。

3.視頻數(shù)字化實訓設備具有教師行為的研究功能

視頻數(shù)字化實訓設備除了應用于課堂教學的研究，在教師課堂行為、儀態(tài)等研究，同題異構公開課的研究方面，都可以通過視頻數(shù)字化錄像的對比、重播、慢放等功能來實現(xiàn)。對不同錄像資源的剪輯還可以制作出高質(zhì)量的教學視頻資源。

（三）視頻數(shù)字化實訓設備改造的經(jīng)濟性功能

視頻數(shù)字化實訓設備改造不但適用于數(shù)控機床，也同樣適用于大多數(shù)專業(yè)工種的實訓，像機電類、數(shù)控類、汽修類、建筑類、化工類等等。特別是部分學校在實訓基地建設過程中即使沒有理實一體化教室，也可以通過視頻數(shù)字化實訓教學設備改造來改善實訓教學的條件。攝像機工位點數(shù)根據(jù)相關工種及需要實現(xiàn)的功能而定，改造靈活。視頻數(shù)字化實訓設備改造所需要的設備主要有工業(yè)攝像頭、多屏顯卡（或視頻分配器）、電腦、投影儀等通用設備，市場上容易購買，改造成本也不高（見表1）。

目前，視頻數(shù)字化實訓設備的改造在江蘇昆山、連云港等地進行了一些實踐性應用與探究，對數(shù)控類的實訓設備進行部分改造已取得了非常明顯的效果。我們將進一步拓展、延伸視頻數(shù)字化實訓教學設備改造的思路，實現(xiàn)校內(nèi)實訓基地設備的聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控及信息采集，通過聯(lián)網(wǎng)結合視頻監(jiān)控及信息采集，形成對生產(chǎn)現(xiàn)場及設備運行狀態(tài)、設備運行參數(shù)和設備現(xiàn)場環(huán)境的實時了解，構建可以在校園網(wǎng)上任意一個經(jīng)過授權的計算機終端查看生產(chǎn)現(xiàn)場設備運行狀態(tài)的數(shù)字化工廠。

本文為江蘇省教育科學規(guī)劃辦“十二五”規(guī)劃2013年度職教重點自籌課題“基于課程綜合化的中職機械加工技能課程的研究”成果之一。

【摘 要】以數(shù)控機床實訓為例，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于數(shù)控實訓教學設備上的改造、應用開展實踐探究，構建視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架，并對視頻數(shù)字化實訓教學設備改造后的教學功能、研究功能、經(jīng)濟適用性等進行研究。

【關鍵詞】視頻實訓教學設備改造實踐研究

一、職業(yè)學校實訓教學存在的問題

目前職業(yè)學校通過示范校建設、品牌專業(yè)建設和實訓基地建設，在專業(yè)師資、課程結構、實訓設備特別是理實一體化教室的配置方面已逐步具備了實施項目教學的條件。但我們也發(fā)現(xiàn)校內(nèi)實訓基地在設備的數(shù)量和先進性上雖然有了很大改觀，但教學的功能還有待改善。以數(shù)控機床的實訓為例，數(shù)控機床的操作演示教學仍然是教師一邊操作一邊講解，學生觀摩操作過程。這樣的實訓教學，存在以下幾個問題：一是教師操作的細節(jié)和機床加工的細節(jié)學生看不清，教學效果不理想；二是外圍的學生學習狀況教師不了解，課堂管理難兼顧；三是學生以教師為中心擁擠在機床的周圍，存在安全隱患。如何解決這種教與學的現(xiàn)狀，我們從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到啟發(fā)，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于數(shù)控機床實訓教學，在設備上進行改造，以提高數(shù)控機床教學性功能，初步構建了視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架。

二、視頻數(shù)字化實訓設備的改造框架

視頻數(shù)字化實訓設備的改造框架，就是在實訓設備的操作及運轉(zhuǎn)的關鍵教學工位點加裝攝像機，通過多屏顯卡（或視頻分配器），將各教學工位的實時視頻經(jīng)由計算機進行處理并投影，服務于教學的需要。視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架示意圖（見圖1）。

圖1視頻數(shù)字化實訓教學設備改造框架示意圖

以數(shù)控車床的教學為例，第一個攝像機安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，用于拍攝刀具切削過程的影像；第二個攝像機也安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，用于拍攝機床加工區(qū)主軸與刀架相對運動過程的影像；在操控面板上方加裝第三個攝像頭，用于拍攝面板操作影像。將三個攝像頭的視頻信號經(jīng)過多屏顯卡（或視頻分配器）傳輸?shù)接嬎銠C。數(shù)控車床實訓教學過程中，一位實訓指導教師在數(shù)控車床上進行加工操作演示，另一位實訓主講教師在理實一體化教室（或教學島）對計算機中加工操作步驟、刀具切削過程，工件與刀具的相對運動三路視頻進行分屏、切換，通過投影對學生進行詳細的同步講解、評價。

三、視頻數(shù)字化實訓設備的實現(xiàn)功能

（一）視頻數(shù)字化實訓設備的教學性功能

1.教學環(huán)節(jié)可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，徹底改變了傳統(tǒng)的低效實訓教學。在理實一體化教室（或教學島）內(nèi)，每一位學生都能通過視頻投影對指導教師的操作過程和加工細節(jié)行全面觀察，每一個教學環(huán)節(jié)都交待得很清晰，需要時還能反復播放進行學習。

2.課堂管理可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，教師再也不用擔心外圍學生是否看得見、是否認真聽，學生全部坐在理實一體化教室（或講學島），兩位教師分工明確，一位操作演示，一位進行講解，課堂管理有序。學生操作訓練時，也可通過視頻來加強對操作過程的管理。

3.操作安全可控

使用視頻數(shù)字化實訓設備教學，實訓加工區(qū)與理實一體化教室（或教學島）一般用透明的鋼化玻璃強分隔開。實訓指導教師操作是在實訓加工區(qū)的機床上進行操作，而學生是在理實一體化教室（或教學島）觀察視頻并聽取實訓主講教師講解的。即使是學生在多人同機操作練習時，也可以一人操作其他同學在理實一體化教室（或教學島）觀察視頻，實訓操作更加安全可靠。

（二）視頻數(shù)字化實訓設備的研究性功能

1.視頻數(shù)字化實訓設備具有教學實施的研究功能

視頻數(shù)字化實訓設備不僅僅能提供某工種的專業(yè)實訓，也可以用來進行相關課程研究性學習，如在數(shù)控車床的加工過程中，刀具切削過程和切屑的形成過程就可以用在金屬材料、切削原理、刀具等多門專業(yè)課程的研究性學習中。

2.視頻數(shù)字化實訓設備具有教學評價的研究功能

視頻數(shù)字化實訓具備更加開放的研究功能。教師既可以通過視頻數(shù)字化實訓設備進行教學，也可以將視頻進行同步錄像以數(shù)字化資料的形式進行存儲，作為教學資料開展教學研究。有條件的學校還可以將同類實訓設備都進行視頻數(shù)字化改造，通過局域網(wǎng)開展遠程教學管理、評價。

3.視頻數(shù)字化實訓設備具有教師行為的研究功能

視頻數(shù)字化實訓設備除了應用于課堂教學的研究，在教師課堂行為、儀態(tài)等研究，同題異構公開課的研究方面，都可以通過視頻數(shù)字化錄像的對比、重播、慢放等功能來實現(xiàn)。對不同錄像資源的剪輯還可以制作出高質(zhì)量的教學視頻資源。

（三）視頻數(shù)字化實訓設備改造的經(jīng)濟性功能

視頻數(shù)字化實訓設備改造不但適用于數(shù)控機床，也同樣適用于大多數(shù)專業(yè)工種的實訓，像機電類、數(shù)控類、汽修類、建筑類、化工類等等。特別是部分學校在實訓基地建設過程中即使沒有理實一體化教室，也可以通過視頻數(shù)字化實訓教學設備改造來改善實訓教學的條件。攝像機工位點數(shù)根據(jù)相關工種及需要實現(xiàn)的功能而定，改造靈活。視頻數(shù)字化實訓設備改造所需要的設備主要有工業(yè)攝像頭、多屏顯卡（或視頻分配器）、電腦、投影儀等通用設備，市場上容易購買，改造成本也不高（見表1）。

目前，視頻數(shù)字化實訓設備的改造在江蘇昆山、連云港等地進行了一些實踐性應用與探究，對數(shù)控類的實訓設備進行部分改造已取得了非常明顯的效果。我們將進一步拓展、延伸視頻數(shù)字化實訓教學設備改造的思路，實現(xiàn)校內(nèi)實訓基地設備的聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控及信息采集，通過聯(lián)網(wǎng)結合視頻監(jiān)控及信息采集，形成對生產(chǎn)現(xiàn)場及設備運行狀態(tài)、設備運行參數(shù)和設備現(xiàn)場環(huán)境的實時了解，構建可以在校園網(wǎng)上任意一個經(jīng)過授權的計算機終端查看生產(chǎn)現(xiàn)場設備運行狀態(tài)的數(shù)字化工廠。

本文為江蘇省教育科學規(guī)劃辦“十二五”規(guī)劃2013年度職教重點自籌課題“基于課程綜合化的中職機械加工技能課程的研究”成果之一。