數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室建設(shè)研究

謝遠(yuǎn)輝，高炳輝，陳世鵬

（1.贛州技師學(xué)院，江西 贛州341000，2.集美輕工業(yè)學(xué)校，福建 廈門361022）

1 背景

職業(yè)教育傳統(tǒng)課堂教學(xué)固有的灌輸式教學(xué)方法已經(jīng)越來越不適應(yīng)教育的發(fā)展要求。如今的職業(yè)教育必須加以改革，否則，提高學(xué)生的全面素質(zhì)和綜合能力就是一句空話。為了順應(yīng)時(shí)代潮流發(fā)展，我校和幾個(gè)兄弟院校聯(lián)合進(jìn)行了教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)了一體化教學(xué)。下面以我校數(shù)控應(yīng)用技術(shù)專業(yè)為例，依托“數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室建設(shè)研究”課題，與大家分享建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

2 數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室建設(shè)

（1）理實(shí)一體化教學(xué)環(huán)境建設(shè)。理實(shí)一體化教學(xué)環(huán)境建設(shè)主旨是：理論教學(xué)和實(shí)踐操作合二為一。教室布局：一機(jī)多模小型臺(tái)式數(shù)控車床、銑床；多系統(tǒng)教師機(jī)、學(xué)生機(jī)；一機(jī)多模數(shù)控教學(xué)軟件；智能控制中心；交互式演示系統(tǒng)；視覺處理核心器；聽覺處理核心器；其他配套設(shè)施。數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室標(biāo)準(zhǔn)配置包括20臺(tái)多系統(tǒng)學(xué)生機(jī)（HNC-35N），1臺(tái)多系統(tǒng)教師機(jī)（HNC-33N），1臺(tái)一機(jī)多模小型臺(tái)式數(shù)控車床（HNC-210T），1臺(tái)一機(jī)多模小型臺(tái)式數(shù)控銑床（HNC-150M），智能控制中心（多媒體教學(xué)軟件、多媒體講臺(tái)、中央控制器、監(jiān)控電腦），交互式演示系統(tǒng)（投影儀、電子白板），視覺處理核心器（網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)），聽覺處理核心器（功放、無線麥克風(fēng)、音箱），其他配套設(shè)施（網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、單相高精度穩(wěn)壓器）等。整個(gè)教室通過網(wǎng)絡(luò)連接成為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制等功能，使理論知識(shí)和實(shí)際教學(xué)相互融合、無縫銜接。

多系統(tǒng)學(xué)生機(jī)/教師機(jī)體積小、外表美觀、功能全面，機(jī)器的整體尺寸與教室中的課桌大小相近，方便在教室中擺放，也便于教師組織課堂教學(xué)。裝有HNC-35多模數(shù)控系統(tǒng)的教師機(jī)用于教師操作演示，演示過程可同步顯示在投影儀上。相對(duì)于大型工業(yè)機(jī)床，小型臺(tái)式數(shù)控機(jī)床更便于按照教室不同的布局進(jìn)行不同的布置，無需對(duì)教室進(jìn)行改造及另外布置電源線；開放式的布局更便于攝像頭進(jìn)行拍攝；多系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床可實(shí)際加工操作，與監(jiān)控電腦相連，可隨時(shí)上傳加工程序，同時(shí)也可隨教學(xué)內(nèi)容的變化，切換不同的系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。

智能控制中心的核心是教師監(jiān)控電腦，而交互式演示系統(tǒng)從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，將黑板、粉筆、投影、圖文、音視頻等整合為一體，打造全新的授課方式，同時(shí)不改變教室的任何授課習(xí)慣，操作簡(jiǎn)單易用。機(jī)床實(shí)際操作、加工及教師機(jī)的操作視頻由分布在機(jī)床周圍及教師機(jī)上方的高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭錄入，實(shí)時(shí)錄入的視頻通過千兆以太網(wǎng)交換機(jī)輸入到網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)中錄制，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)的輸出視頻可通過多媒體中控傳輸給投影儀在白板上播放。在機(jī)床上面會(huì)配置2個(gè)攝像頭，一個(gè)采用微距拍攝，主要記錄工件加工時(shí)刀具的軌跡和加工的情況；另外一個(gè)拍攝整臺(tái)機(jī)床的情況。在HNC-33N教師機(jī)上會(huì)配置1個(gè)攝像頭，主要拍攝教師示范操作時(shí)的情況。其他配套設(shè)施由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和單相高精度穩(wěn)壓器等組成；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是整個(gè)一體化教室的基礎(chǔ)，可以將整個(gè)教室的學(xué)生機(jī)、教師機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)等通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，保障基于網(wǎng)絡(luò)的軟件、數(shù)據(jù)、視頻等正常運(yùn)行；高精度穩(wěn)壓電源保障了整個(gè)一體化教室設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。多系統(tǒng)學(xué)生機(jī)如圖1所示，我校數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室布局如圖2所示。

圖1 多系統(tǒng)學(xué)生機(jī)

圖2 數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室

（2）理實(shí)一體化教學(xué)資源建設(shè)。理實(shí)一體化教學(xué)資源建設(shè)主要包括配套專業(yè)教材、課程設(shè)計(jì)建議書、PPT及習(xí)題庫等。配套使用的兩本數(shù)控專業(yè)教材：《數(shù)控車削編程與操作》、《數(shù)控銑削編程與操作》；課程設(shè)計(jì)建議書主要是介紹設(shè)計(jì)教材的方法，可參考華中數(shù)控《數(shù)控車削編程與操作》和《數(shù)控銑削編程與操作》兩本專業(yè)教材配套的《課程設(shè)計(jì)建議書》。建議書涵蓋了課時(shí)分配表、課前準(zhǔn)備、教學(xué)目的及要求、教學(xué)過程等課堂組織內(nèi)容。而PPT及習(xí)題庫主要依靠本校老師進(jìn)行制作，同時(shí)根據(jù)實(shí)際的教學(xué)情況進(jìn)行相應(yīng)的修訂。

（3）理實(shí)一體化師資培養(yǎng)?！袄韺?shí)一體化”的教學(xué)方式對(duì)教師的能力提出更高的要求，模糊了傳統(tǒng)教學(xué)中理論課教師與實(shí)訓(xùn)教師之間的界線，只有既懂理論又懂操作的“雙師型教師”才能適應(yīng)“理實(shí)一體化”的教學(xué)。因此，理實(shí)一體化師資培養(yǎng)的方向主要是兩個(gè)：雙師型教師培訓(xùn)和理實(shí)一體化教室使用培訓(xùn)。雙師型教師培訓(xùn)既可以“派出去”也可以“請(qǐng)進(jìn)來”：派遣專業(yè)教師到企業(yè)進(jìn)行一段時(shí)間學(xué)習(xí)，以此來提高教師對(duì)行業(yè)的了解和專業(yè)技能的掌握；或者請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)老工人和專家到學(xué)校講學(xué)和指導(dǎo)教師操作。而理實(shí)一體化教室使用培訓(xùn)則通過企業(yè)或者行業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)來完成。

3 數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室特色

3.1 創(chuàng)新教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量

數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)教學(xué)：由于職業(yè)院校的數(shù)控教學(xué)普遍只采用一種數(shù)控系統(tǒng)來進(jìn)行教學(xué)，但是實(shí)際工廠中的數(shù)控機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)多種多樣，學(xué)生剛到工廠工作的時(shí)候不能很快的上手操作。而多系統(tǒng)學(xué)生機(jī)/教師機(jī)包括F系統(tǒng)、M系統(tǒng)、S系統(tǒng)和華中數(shù)控HNC-21數(shù)控系統(tǒng)，有效地解決了這個(gè)問題。

3.2 虛擬機(jī)床驗(yàn)證加工

在學(xué)生編程學(xué)習(xí)后，會(huì)有一個(gè)綜合任務(wù)供學(xué)生當(dāng)堂進(jìn)行編程練習(xí)，當(dāng)學(xué)生完成任務(wù)后，教師會(huì)收集學(xué)生所編寫的程序中不合理的地方進(jìn)行點(diǎn)評(píng)修改，然后將程序發(fā)送到教室中的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行演示加工。在提交給教師之前，學(xué)生自己就可以在各自的HNC-35N學(xué)生機(jī)上使用虛擬機(jī)床驗(yàn)證自己編寫的程序，通過虛擬機(jī)床模擬加工可以發(fā)現(xiàn)程序中存在的一些錯(cuò)誤并加以修正。

3.3 遠(yuǎn)程控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)

在數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室中，每一臺(tái)HNC-35N學(xué)生機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)都能遠(yuǎn)程與教室中配置的多系統(tǒng)小型臺(tái)式數(shù)控車/銑床相連。首先由教師決定哪一臺(tái)HNC-35N學(xué)生機(jī)來連接機(jī)床，然后授權(quán)給這臺(tái)HNC-35N學(xué)生機(jī)與機(jī)床遠(yuǎn)程連接，連接成功后，學(xué)生在自己的座位上通過HNC-35N學(xué)生機(jī)就能控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程會(huì)通過機(jī)床里面的攝像頭實(shí)時(shí)地傳輸在電子白板上，使得教室里所有學(xué)生都能夠觀察學(xué)習(xí)，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生圍著機(jī)床無法完整觀察和安全隱患的問題。

3.4 優(yōu)化課堂組織，提高教學(xué)效率

在教學(xué)中，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，不分先實(shí)后理或先理后實(shí)，而是理中有實(shí)，實(shí)中有理。例如：老師每講解完一個(gè)操作知識(shí)點(diǎn)后，就立即可以使用數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室中的機(jī)床演示相關(guān)操作步驟，而相關(guān)操作步驟包括機(jī)床運(yùn)動(dòng)整個(gè)過程通過高清攝像頭實(shí)時(shí)顯示在投影儀上，達(dá)到了在教學(xué)中理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，如果學(xué)生看不清楚，也可以在學(xué)生機(jī)上觀看。

3.5 學(xué)中做，做中學(xué)

教師將理論知識(shí)融于實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)，在學(xué)練中理解理論知識(shí)、掌握技能。例如：老師講解某個(gè)編程知識(shí)點(diǎn)時(shí)，學(xué)生通過觀看老師講解的理論知識(shí)點(diǎn)、演示的操作步驟、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡與加工零件后，就可以立即使用自己身邊的學(xué)生機(jī)進(jìn)行當(dāng)前編程知識(shí)點(diǎn)的練習(xí)，系統(tǒng)地鞏固所學(xué)知識(shí)，掌握技能。學(xué)生在練習(xí)時(shí)，老師可以使用教師機(jī)隨時(shí)監(jiān)控學(xué)生的練習(xí)情況，也可以讓某位學(xué)生在學(xué)生機(jī)上做示范，且其他學(xué)生都可以觀看并提出問題等。

4 結(jié)語

介紹了我校數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化教室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)說明了理實(shí)一體化教學(xué)環(huán)境建設(shè)。理實(shí)一體化教室具有諸多優(yōu)點(diǎn)，能有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，可供相關(guān)院校教學(xué)改革參考。