数控机床理实一体化教室建设研究

2015-09-23谢远辉高炳辉陈世鹏

时代农机 2015年1期

谢远辉，高炳辉，陈世鹏

（1.赣州技师学院，江西赣州341000，2.集美轻工业学校，福建厦门361022）

1 背景

职业教育传统课堂教学固有的灌输式教学方法已经越来越不适应教育的发展要求。如今的职业教育必须加以改革，否则，提高学生的全面素质和综合能力就是一句空话。为了顺应时代潮流发展，我校和几个兄弟院校联合进行了教学改革，实现了一体化教学。下面以我校数控应用技术专业为例，依托“数控机床理实一体化教室建设研究”课题，与大家分享建设经验。

2 数控机床理实一体化教室建设

（1）理实一体化教学环境建设。理实一体化教学环境建设主旨是：理论教学和实践操作合二为一。教室布局：一机多模小型台式数控车床、铣床；多系统教师机、学生机；一机多模数控教学软件；智能控制中心；交互式演示系统；视觉处理核心器；听觉处理核心器；其他配套设施。数控机床理实一体化教室标准配置包括20台多系统学生机（HNC-35N），1台多系统教师机（HNC-33N），1台一机多模小型台式数控车床（HNC-210T），1台一机多模小型台式数控铣床（HNC-150M），智能控制中心（多媒体教学软件、多媒体讲台、中央控制器、监控电脑），交互式演示系统（投影仪、电子白板），视觉处理核心器（网络高清摄像头、千兆以太网交换机、网络硬盘录像机），听觉处理核心器（功放、无线麦克风、音箱），其他配套设施（网络交换机、单相高精度稳压器）等。整个教室通过网络连接成为一个整体，实现数据传输、远程控制等功能，使理论知识和实际教学相互融合、无缝衔接。

多系统学生机/教师机体积小、外表美观、功能全面，机器的整体尺寸与教室中的课桌大小相近，方便在教室中摆放，也便于教师组织课堂教学。装有HNC-35多模数控系统的教师机用于教师操作演示，演示过程可同步显示在投影仪上。相对于大型工业机床，小型台式数控机床更便于按照教室不同的布局进行不同的布置，无需对教室进行改造及另外布置电源线；开放式的布局更便于摄像头进行拍摄；多系统数控机床可实际加工操作，与监控电脑相连，可随时上传加工程序，同时也可随教学内容的变化，切换不同的系统进行教学。

智能控制中心的核心是教师监控电脑，而交互式演示系统从实际教学出发，将黑板、粉笔、投影、图文、音视频等整合为一体，打造全新的授课方式，同时不改变教室的任何授课习惯，操作简单易用。机床实际操作、加工及教师机的操作视频由分布在机床周围及教师机上方的高清网络监控摄像头录入，实时录入的视频通过千兆以太网交换机输入到网络硬盘录像机中录制，网络硬盘录像机的输出视频可通过多媒体中控传输给投影仪在白板上播放。在机床上面会配置2个摄像头，一个采用微距拍摄，主要记录工件加工时刀具的轨迹和加工的情况；另外一个拍摄整台机床的情况。在HNC-33N教师机上会配置1个摄像头，主要拍摄教师示范操作时的情况。其他配套设施由网络交换机和单相高精度稳压器等组成；网络交换机是整个一体化教室的基础，可以将整个教室的学生机、教师机、数控系统等通过网络连接起来，保障基于网络的软件、数据、视频等正常运行；高精度稳压电源保障了整个一体化教室设备的安全、稳定运行。多系统学生机如图1所示，我校数控机床理实一体化教室布局如图2所示。

图1 多系统学生机

图2 数控机床理实一体化教室

（2）理实一体化教学资源建设。理实一体化教学资源建设主要包括配套专业教材、课程设计建议书、PPT及习题库等。配套使用的两本数控专业教材：《数控车削编程与操作》、《数控铣削编程与操作》；课程设计建议书主要是介绍设计教材的方法，可参考华中数控《数控车削编程与操作》和《数控铣削编程与操作》两本专业教材配套的《课程设计建议书》。建议书涵盖了课时分配表、课前准备、教学目的及要求、教学过程等课堂组织内容。而PPT及习题库主要依靠本校老师进行制作，同时根据实际的教学情况进行相应的修订。

（3）理实一体化师资培养。“理实一体化”的教学方式对教师的能力提出更高的要求，模糊了传统教学中理论课教师与实训教师之间的界线，只有既懂理论又懂操作的“双师型教师”才能适应“理实一体化”的教学。因此，理实一体化师资培养的方向主要是两个：双师型教师培训和理实一体化教室使用培训。双师型教师培训既可以“派出去”也可以“请进来”：派遣专业教师到企业进行一段时间学习，以此来提高教师对行业的了解和专业技能的掌握；或者请有经验的企业老工人和专家到学校讲学和指导教师操作。而理实一体化教室使用培训则通过企业或者行业进行培训来完成。

3 数控机床理实一体化教室特色

3.1 创新教学环境，提高教学质量

数控机床理实一体化教室可实现多系统教学：由于职业院校的数控教学普遍只采用一种数控系统来进行教学，但是实际工厂中的数控机床采用的数控系统多种多样，学生刚到工厂工作的时候不能很快的上手操作。而多系统学生机/教师机包括F系统、M系统、S系统和华中数控HNC-21数控系统，有效地解决了这个问题。

3.2 虚拟机床验证加工

在学生编程学习后，会有一个综合任务供学生当堂进行编程练习，当学生完成任务后，教师会收集学生所编写的程序中不合理的地方进行点评修改，然后将程序发送到教室中的数控机床上进行演示加工。在提交给教师之前，学生自己就可以在各自的HNC-35N学生机上使用虚拟机床验证自己编写的程序，通过虚拟机床模拟加工可以发现程序中存在的一些错误并加以修正。

3.3 远程控制机床运动

在数控机床理实一体化教室中，每一台HNC-35N学生机通过网络都能远程与教室中配置的多系统小型台式数控车/铣床相连。首先由教师决定哪一台HNC-35N学生机来连接机床，然后授权给这台HNC-35N学生机与机床远程连接，连接成功后，学生在自己的座位上通过HNC-35N学生机就能控制机床的运动，整个运动过程会通过机床里面的摄像头实时地传输在电子白板上，使得教室里所有学生都能够观察学习，避免了传统教学中学生围着机床无法完整观察和安全隐患的问题。

3.4 优化课堂组织，提高教学效率

在教学中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，不分先实后理或先理后实，而是理中有实，实中有理。例如：老师每讲解完一个操作知识点后，就立即可以使用数控机床理实一体化教室中的机床演示相关操作步骤，而相关操作步骤包括机床运动整个过程通过高清摄像头实时显示在投影仪上，达到了在教学中理论和实践交替进行，如果学生看不清楚，也可以在学生机上观看。

3.5 学中做，做中学

教师将理论知识融于实践教学中，让学生在学中做、做中学，在学练中理解理论知识、掌握技能。例如：老师讲解某个编程知识点时，学生通过观看老师讲解的理论知识点、演示的操作步骤、机床的运动轨迹与加工零件后，就可以立即使用自己身边的学生机进行当前编程知识点的练习，系统地巩固所学知识，掌握技能。学生在练习时，老师可以使用教师机随时监控学生的练习情况，也可以让某位学生在学生机上做示范，且其他学生都可以观看并提出问题等。