疫情下模擬仿真軟件在實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用

陳文明 王民權(quán) 應(yīng)力恒 夏冰冰

摘 ?要： 實(shí)訓(xùn)課程是高職院校學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。新冠疫情期間，學(xué)生和教師無(wú)法正常返校參與線下教學(xué)活動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)效果大打折扣。為了有效開展實(shí)訓(xùn)在線課程，采用模擬仿真軟件和微視頻相結(jié)合的方式，通過(guò)在線對(duì)分課堂與多種教學(xué)平臺(tái)并用的形式，增強(qiáng)師生互動(dòng)有效性，提升學(xué)生在線參與度，保證學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化和吸收，在一定程度上解決了實(shí)訓(xùn)課程在線教學(xué)中的動(dòng)手實(shí)踐問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 在線教學(xué); 實(shí)訓(xùn)課程; 仿真軟件; 在線對(duì)分課堂

中圖分類號(hào)： G710 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-2153（2021）02-0068-05

一、疫情下實(shí)訓(xùn)課程存在的問(wèn)題

（一）線上教學(xué)缺少儀器設(shè)備有效支撐，學(xué)生缺少動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程原本在教學(xué)計(jì)劃中是以學(xué)校現(xiàn)有的設(shè)備、儀器為教學(xué)載體，教師通過(guò)講授原理知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作步驟方法，讓學(xué)生在實(shí)踐動(dòng)手中掌握知識(shí)和技能，樹立安全意識(shí)和職業(yè)道德意識(shí)的體驗(yàn)式教學(xué)模式。但是在疫情防控期間，教師與學(xué)生無(wú)法正常在學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室內(nèi)進(jìn)行原定的教學(xué)活動(dòng)，而是采用線上講授、學(xué)習(xí)的上課模式，教師在家網(wǎng)上授課，學(xué)生在家網(wǎng)上聽課，身邊沒(méi)有教學(xué)設(shè)備儀器，這就打破了原有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的體驗(yàn)式教學(xué)模式，這對(duì)此類課程的教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

以電氣自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)必修課運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用課程為例，該課程是以學(xué)院現(xiàn)有的亞龍YL-158GA1現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)考核裝置為載體，講授企業(yè)中常用的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)該裝置的講解和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方法的系統(tǒng)性思維，提升綜合技能水平。

由于疫情期間學(xué)生無(wú)法返校，導(dǎo)致該課程的大部分授課過(guò)程和授課內(nèi)容以理論為主。其主要內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成和基本概念、伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)原理、步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)原理等，其中伺服系統(tǒng)是以松下A5系列伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)達(dá)ASDA-B2驅(qū)動(dòng)器、ECMA-C20604RS電機(jī)為例，步進(jìn)系統(tǒng)是以步科的3S571-04079步進(jìn)電機(jī)和3M458步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為例進(jìn)行講授。學(xué)生在線學(xué)習(xí)過(guò)程中，以聽為主，被動(dòng)地接受教師講解理論知識(shí)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣原理圖、接線圖等原理性的內(nèi)容，缺乏主觀的動(dòng)手操作和實(shí)踐環(huán)節(jié)。以“伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置”教學(xué)章節(jié)為例，伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)類型繁多，每一種類型下又包含眾多的子類型參數(shù)，學(xué)生沒(méi)有親自動(dòng)手實(shí)踐操作設(shè)備，單純通過(guò)書面學(xué)習(xí)和記憶來(lái)掌握成百上千條參數(shù)，其對(duì)設(shè)備參數(shù)的理解程度和運(yùn)用水平必然會(huì)大打折扣，學(xué)習(xí)效果可想而知。因此在線教學(xué)模式下，如何讓學(xué)生“學(xué)以致用”，成為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

（二）線上教學(xué)模式下，師生之間無(wú)法進(jìn)行有效的互動(dòng)

在線教學(xué)的課堂組織與教學(xué)方式有別于傳統(tǒng)的線下教學(xué)方式，上課時(shí)教師面對(duì)著電子屏幕，學(xué)生同樣面對(duì)著電子屏幕，教師無(wú)法及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，不能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行有效管控，學(xué)生同樣無(wú)法在第一時(shí)間反饋?zhàn)约旱囊蓡?wèn)和困惑，不能及時(shí)與教師溝通交流。這種缺乏“面對(duì)面”、“眼對(duì)眼”、“口口相傳”的線上形式，猶如給教師與學(xué)生之間的互動(dòng)活動(dòng)帶上了枷鎖，在一定程度上影響了教學(xué)的質(zhì)量。

例如，在線課堂中，如果教師提了一個(gè)問(wèn)題并要求同學(xué)解答，教師只能借助平臺(tái)自帶的功能進(jìn)行有約束的、局限的形式來(lái)完成，無(wú)法開展靈活的互動(dòng)活動(dòng)。如果題目的答案比較簡(jiǎn)潔，學(xué)生可能會(huì)直接打在評(píng)論區(qū);如果答案比較復(fù)雜，學(xué)生又難以通過(guò)簡(jiǎn)單的口述或者文字的形式展示答案。如果老師沒(méi)有指定具體某位同學(xué)回答問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候大概率就會(huì)出現(xiàn)課堂的盲區(qū)，學(xué)生不知道如何回應(yīng);而如果老師指定某位學(xué)生回答，學(xué)生又難以把自己的結(jié)果有效地呈現(xiàn)出來(lái)，其他同學(xué)也不能直觀地看到該同學(xué)的作答結(jié)果。即便通過(guò)評(píng)論留言進(jìn)行回復(fù)或者提問(wèn)個(gè)別同學(xué)的方式，也只能反映個(gè)別同學(xué)的學(xué)習(xí)情況，難以整體把控全班學(xué)生的掌握情況。這些都是在線教學(xué)模式下教師有效組織管理課堂的問(wèn)題。

二、解決的具體方法和措施

（一）采用模擬仿真軟件和微視頻相結(jié)合的方式，解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的虛擬動(dòng)手問(wèn)題

模擬仿真軟件是設(shè)備供應(yīng)商提供的支持離線調(diào)試仿真的一套軟件系統(tǒng)。學(xué)生將仿真軟件安裝運(yùn)行在自己的電腦端，在沒(méi)有儀器設(shè)備的情況下，通過(guò)軟件中的虛擬設(shè)備和人機(jī)界面，進(jìn)行模擬操作和運(yùn)行。微視頻是將儀器設(shè)備的操作使用過(guò)程進(jìn)行錄制，以知識(shí)點(diǎn)或使用步驟為單元，進(jìn)行模塊化、離散化的拆分，一個(gè)視頻控制在5分鐘左右，學(xué)生在完成理論知識(shí)學(xué)習(xí)之后，通過(guò)觀看微視頻，能夠?qū)υO(shè)備儀器及其使用方法產(chǎn)生更直觀的認(rèn)識(shí)。通過(guò)模擬仿真軟件和微視頻相結(jié)合的方式，在一定程度上彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程線上教學(xué)無(wú)法動(dòng)手操作的不足。

1. 運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試仿真軟件

根據(jù)課程的需要，針對(duì)2套伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和1套步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，共提供了3套運(yùn)動(dòng)調(diào)試仿真軟件用于課堂教學(xué)活動(dòng)，分別是松下伺服調(diào)試仿真軟件、臺(tái)達(dá)伺服調(diào)試軟件、步科步進(jìn)調(diào)試仿真軟件。對(duì)應(yīng)于每個(gè)軟件，可以進(jìn)行設(shè)備型號(hào)選擇、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置、電機(jī)配置仿真、I/O口配置和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。于此同時(shí)，軟件提供了詳盡的說(shuō)明文件，方便學(xué)生使用和查閱。例如，在進(jìn)行松下伺服控制系統(tǒng)這一單元模塊的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生利用松下伺服調(diào)試仿真軟件，親自動(dòng)手選擇設(shè)備型號(hào)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)器各項(xiàng)參數(shù)，模擬仿真電機(jī)運(yùn)行，配置IO輸入輸出，查看電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，在設(shè)置過(guò)程中還可以利用軟件自帶的文檔說(shuō)明查看每項(xiàng)參數(shù)的具體含義，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的需要。

2. 錄制制作微視頻

根據(jù)課程進(jìn)度逐步錄制操作視頻，具體內(nèi)容包括設(shè)備的安裝、接線，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置、試運(yùn)行，程序編寫下載、調(diào)試、運(yùn)行等。視頻展現(xiàn)內(nèi)容以操作使用設(shè)備的實(shí)際場(chǎng)景和步驟為主，以每個(gè)系統(tǒng)的操作流程為主線，將設(shè)備使用過(guò)程錄制成微視頻，每個(gè)微視頻以一個(gè)操作步驟為單元，并配有語(yǔ)音解說(shuō)和文字旁白，由此逐步積累形成一套完整的伺服控制系統(tǒng)和步進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作微視頻。教師將錄制完成的微視頻集上傳至在線平臺(tái)中。在線課堂中，教師講授到某一章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)時(shí)，同步展示相關(guān)微視頻，讓學(xué)生將理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)備操作方法與使用過(guò)程進(jìn)行有效銜接;同時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)在線平臺(tái)，隨時(shí)隨地播放觀看微視頻，鞏固所學(xué)內(nèi)容，加深對(duì)設(shè)備的熟悉程度。

（二）采取多種教學(xué)形式并用的方式，增強(qiáng)師生互動(dòng)的有效性

1. 多平臺(tái)共用，避免單個(gè)平臺(tái)使用過(guò)程中的功能受限

目前授課平臺(tái)很多，形式多樣，功能各有所長(zhǎng)，可以結(jié)合多個(gè)平臺(tái)共同使用。課前，QQ平臺(tái)即時(shí)信息互動(dòng)交流和發(fā)布，班級(jí)QQ群的活躍度和關(guān)注度高，通過(guò)該平臺(tái)發(fā)布信息可以在第一時(shí)間將信息傳達(dá)到每位學(xué)生;課中，釘釘平臺(tái)在線直播和錄屏功能簡(jiǎn)單便捷，同時(shí)支持簽到打卡、師生連麥、屏幕分享等功能，尤其是屏幕分享功能，可以有效支撐在線對(duì)分課堂的實(shí)施，學(xué)生通過(guò)屏幕分享，可以將自己操作使用仿真軟件的過(guò)程和仿真電機(jī)的運(yùn)行情況展現(xiàn)給教師和全班同學(xué)共同觀看;課后，藍(lán)墨云平臺(tái)管理課件、視頻、作業(yè)等資源層次分明，教師批改作業(yè)、發(fā)表評(píng)論、師生互動(dòng)等功能完善。多平臺(tái)共用，充分發(fā)揮每個(gè)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)功能。

2. 采用方便學(xué)生作答的方式，設(shè)置適量隨堂測(cè)驗(yàn)

上課過(guò)程中，采用彈出式選擇題的方式，學(xué)生操作快速方便，同時(shí)教師可以查看全部學(xué)生的正確率，對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)掌握情況的排摸，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性地鞏固。

3. 搶答式連麥，提高學(xué)生參與度

采用釘釘平臺(tái)進(jìn)行直播授課時(shí)，教師提出問(wèn)題，學(xué)生連麥回答，根據(jù)搶麥的先后順序進(jìn)行作答，并對(duì)積極搶麥的同學(xué)給與一定的課堂表現(xiàn)加分;連麥時(shí)，正在連麥的學(xué)生會(huì)顯示視頻畫面，“開鏡”展現(xiàn)給全班同學(xué)，提高學(xué)生參與度。

4. “線下”輔助“線上”，進(jìn)一步增加教師與學(xué)生之間的溝通

這里“線下”不是指教師學(xué)生面對(duì)面同處一個(gè)教室或固定場(chǎng)所內(nèi)，而是指非授課時(shí)段的其他時(shí)間段。由于上課時(shí)間有限且相對(duì)固定，教師除了安排授課內(nèi)容、師生互動(dòng)外，剩余時(shí)間非常短暫，難以與每一位同學(xué)進(jìn)行有效的溝通，覆蓋面很難達(dá)到100%。因此，教師在課后與學(xué)生進(jìn)行溝通、交流、指導(dǎo)就顯得尤為必要。采用布置課后作業(yè)、批改評(píng)論留言、批改評(píng)論語(yǔ)音、批改評(píng)論短視頻等多種形式進(jìn)行交流，對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行針對(duì)性地指導(dǎo)，增加與學(xué)生的互動(dòng)。

（三）運(yùn)用在線對(duì)分課堂，保證學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的吸收和內(nèi)化

將線下對(duì)分課堂的教學(xué)模式引入到在線課堂中，教師采用“精講留白”的授課方式，將所講章節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行5-10分鐘的集中講解，并將與該章節(jié)相關(guān)的教學(xué)資料、參考文檔、設(shè)備使用手冊(cè)、微視頻等資源提前上傳至平臺(tái)該章節(jié)中。然后布置安排模擬仿真項(xiàng)目?jī)?nèi)容，下發(fā)項(xiàng)目任務(wù)書，告知學(xué)生參考查閱資料范圍。要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)任務(wù)書中的內(nèi)容，自行查閱平臺(tái)中給定的資料、微視頻或者網(wǎng)絡(luò)資料，完成任務(wù)書中的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，自己動(dòng)手操作使用模擬仿真軟件并達(dá)到要求的模擬電機(jī)效果。同時(shí)要求學(xué)生思考“亮考幫”三個(gè)問(wèn)題，即亮一亮自己學(xué)到了什么，考一考別人一個(gè)問(wèn)題，幫幫我存在的問(wèn)題。

任務(wù)項(xiàng)目完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生展示自己的項(xiàng)目成果，要求學(xué)生主動(dòng)展示，給與課堂活躍度積分。學(xué)生在線“舉手”，由教師選擇某位“舉手”的同學(xué)并許可其連麥和屏幕共享，該同學(xué)即可在自己電腦上進(jìn)行操作演示并講解自己的使用流程，完成之后分享一個(gè)自己學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)、操作技巧或心得體會(huì)，然后提出一個(gè)考點(diǎn)，最后提出一個(gè)自己仍然存在的疑問(wèn)或困惑。之后，教師選擇另一位“舉手”的同學(xué)，許可連麥后解答上一位同學(xué)提出的考點(diǎn)和存在的疑問(wèn)。如此反復(fù)，教師根據(jù)課堂時(shí)間和學(xué)生掌握情況選擇數(shù)量不等的學(xué)生參與到該活動(dòng)環(huán)節(jié)中。最后，由教師點(diǎn)評(píng)總結(jié)，將本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)習(xí)操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行匯總。通過(guò)在線對(duì)分課堂的方式，讓學(xué)生有更多的時(shí)間動(dòng)手操作，同時(shí)可以觀摩學(xué)習(xí)其他同學(xué)的操作過(guò)程，思考自己的“亮考幫”，最終保證學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的吸收和內(nèi)化。

三、課程實(shí)施情況及效果

（一）運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試仿真軟件配置完備

現(xiàn)有松下MINAS系列伺服系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件、臺(tái)達(dá)伺服調(diào)試與參數(shù)設(shè)置仿真軟件和步科步進(jìn)調(diào)試仿真軟件各一套，軟件兼容Windows Vista、Win7、Win8、Win10等多個(gè)版本，支持32位、64位系統(tǒng)，配有“安裝指導(dǎo)說(shuō)明書”，能夠滿足學(xué)生自行安裝。

1. 松下MINAS系列伺服系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件

松下伺服調(diào)試仿真軟件安裝完成后，第一步需要選擇模擬操作的設(shè)備型號(hào)，這里選擇MINAS-A5系列，確定后進(jìn)入系統(tǒng)。然后進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置界面包含了伺服系統(tǒng)的多種控制方式，可以對(duì)需要使用的控制方式進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，包括脈沖指令、控制模式、電子齒輪比等具體的參數(shù)。

2. 臺(tái)達(dá)伺服調(diào)試仿真軟件

臺(tái)達(dá)伺服調(diào)試軟件包含型號(hào)選定、參數(shù)編輯、系統(tǒng)分析、狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警資訊等功能，以及詳盡的驅(qū)動(dòng)器參數(shù)說(shuō)明文件，方便學(xué)生在參數(shù)設(shè)置時(shí)進(jìn)行快速地查找使用。

3. 步科步進(jìn)控制系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件

步科步進(jìn)控制系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件包含驅(qū)動(dòng)器的配置、電機(jī)配置、工作模式配置等，其中驅(qū)動(dòng)器配置又包含基本操作配置、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)配置、I/O口配置和實(shí)時(shí)錯(cuò)誤信息配置;工作模式配置中包含模擬速度模式、脈沖模式、位置模式等。

通過(guò)使用以上介紹的調(diào)試仿真軟件，學(xué)生可以親自動(dòng)手設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)在設(shè)置過(guò)程中利用軟件自帶的文檔說(shuō)明查看每項(xiàng)參數(shù)的具體含義。除此之外，以上軟件還具有電機(jī)仿真和運(yùn)行信息監(jiān)視器功能，能夠根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)仿真測(cè)試，能夠?qū)W(xué)生設(shè)置、修改參數(shù)的情況通過(guò)仿真電機(jī)直觀地展現(xiàn)出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)各個(gè)參數(shù)具體含義的理解，使學(xué)生更容易掌握各個(gè)系統(tǒng)的使用。

（二）教學(xué)活動(dòng)組合運(yùn)用多個(gè)教學(xué)平臺(tái)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

目前采用的平臺(tái)包括釘釘平臺(tái)、藍(lán)墨云平臺(tái)、QQ平臺(tái)。釘釘平臺(tái)直播功能強(qiáng)大，自帶錄屏功能，支持課前簽到、課中連麥、課后信息統(tǒng)計(jì)。藍(lán)墨云平臺(tái)方便課件、視頻等教學(xué)資源的上傳管理，便捷的課后作業(yè)發(fā)布和批改，靈活的作業(yè)分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。QQ平臺(tái)方便進(jìn)行信息的發(fā)布和即時(shí)溝通。