基于数字化工厂平台下数控技能学习方式研究

蒋修定　沈宝国　陈良发

（江苏联合职业技术学院镇江分院，镇江 212016）

基于数字化工厂平台下数控技能学习方式研究

蒋修定沈宝国陈良发

（江苏联合职业技术学院镇江分院，镇江 212016）

传统的数控技术实训以学生被动学习为主，重结果轻过程。然而，实训是个动态过程，过程的评价尤其重要。数字化工厂平台的构建就是力求能够探寻信息化环境下的职业学校数控技术专业学生实训的有效方式，用信息化的手段记载学生实训的全部过程。

信息化 学习方式 数字化工厂 数控实训

引言

发达国家职业学校紧密校企合作环境、教学设备充足，不需要过多考虑设备资源与师生比不平衡的问题，鲜有此课题的研究。因此，国内职业学校侧重于数控仿真软件的教学应用，对于信息化环境下如何充分整合所有可利用的数字化资源，在原有数控设备、计算机仿真机房基础上实现信息化教学最优化的研究还很缺乏。

通过本文研究，努力解决现有设备和师生比比例不平衡，教学方法不够合理，理实一体化教学还不够完善等问题，充分发挥数字化工厂信息化平台教学作用，建立科学的教学体系。

1　数字化工厂平台中学习方式的构建

如何通过实践教学改革特别是课程建设与改革，全面提高职业院校教育教学质量，仍然是相当长一个时期内职业院校亟待解决的问题。教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》指出：“要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。”通过数字化工厂平台项目的建设，为解决实践教学改革问题拓展了一条新的道路。数字化工厂就是一种虚拟工厂，以管理信息系统为基础，以行业案例为载体，以业务场景为目标，全方位模拟、全过程仿真企业管理信息系统的分析、设计与实施，以及企业关键业务流程的运行，其中蕴涵着丰富的理论知识和实践经验。

数字化工厂给传统专业教学和设备管理带来了变革：

1、通过将机床联网，可以在机床控制面板上直接查询计算机上的程序并下载所需要的加工程序，数控机床也可将程序上传至服务器，最大程度地实现数据的集中安全管理。

2、通过数控机床的信息采集系统，可分析机床实时状态、故障状态、程序状态、报警状态等信息，并提供统计报表，方便教师对设备的使用情况进行科学分析。

3、规范教学资源的入库标准和分类标准，并制定资源从收集整理到最终完成的整套工作流程，可建立完整的精品课程、教案学案、比赛样题、技能题库、考工考级、学生作品、链接网站等学习资源。

4、建立学生的成长档案，可将任务解读、模拟编程、程序生成、设备使用、加工过程、工件检测等整个学习过程运用信息化手段记录在学生的成长档案里。

5、设置在各个实训场地的无纸化交互平台，方便学生查询实训过程所需的资料，同时在各实训室设置视频监控，实现整个教学过程可视化、设备管理可视化和教学内容可视化。

2　案例研究实验过程

2.1实验假设

学生在传统环境和数字化工厂环境两种环境下，采用小组合作的学习方式，各自在相同学习目标下各自能达到的效果。A班在传统环境下学习，B班数字化环境下学习。

2.2实验方法

实验设计：选取两平行班级实验，两班学生男女比例，学生学业水平相当。实验的自变量是传统与信息化两种学习环境。因变量是学习效果。

被试对象：被试选择镇江高等职业技术学校数控技术专业三年级的共76名学生。A、B两班各38人，学生均已完成《机械制图》等专业基础课程学习，A班信息化一级达标率98%，B班信息化一级达标率95%，学习能力、协作能力等两班情况相当。

实验周期：一学期。

2.3实验过程

两班学习过程一样，均由同一名教师授课。

3　案例实验研究报告

3.1学习内容设定

任务1 外形轮廓铣削概述

任务2 工艺知识准备

任务3 程序指令准备

任务4 方板零件外形轮廓铣削

3.2学习活动开展

3.2.1活动1：外形轮廓铣削概述

在数字化工厂环境中，提供了丰富360度可视虚拟模型，产品影像，加工动画，文档材料等材料，学生了解学习内容后可依据自身喜好选择资源素材，直观了解学习对象的特征、结构及加工过程等，增强了学习的感染力，为后续学习提供了扎实基础。

3.2.2活动2：工艺知识准备

学生了解学习内容后，为了达成学习目标，在学习任务书指引下明确准备知识点，在数字化工厂环境中学生可自主选择微课、动画、实验等形式学习如何选择刀具；怎样区分顺铣与逆铣加工方式，通过游戏等方式学习顺铣与逆铣适用场合；学习中没有枯燥的理论，没有繁琐的记忆，而是完全体验式掌握顺铣与逆铣的使用方法。

3.2.3活动3：程序指令准备

知识点学习方法具有多样性，学生选择可因人而异，但必备的知识储备需要靠记忆完成。信息化环境下，枯燥的指令由学生自主学习，学生自由分工，每个人尝试自己教授其他同学，学生可以通过网络、教具、案例、微课等手段自主的在教学安排中逐步掌握，让单一的记忆转化为丰富的体验。

3.2.4活动4：方板零件外形轮廓铣削

数字化工厂平台一方面为学生提供了真实情境的模拟系统，另一方面为学生提供了模拟教学机。平台不仅对加工前提供准备资源，加工过程中可利用内置摄像头，在可追溯的全过程视频促使学生准确把握加工的每个环节，分析加工参数对产品加工质量的影响。将结果式探究变换为过程式探究。产品加工结果的检测是实训加工学习过程的重要组成部分，在数字化工厂环境下学生的加工产品在三坐标测量仪中自动完成，生成测量结果。针对学生不同基础，设置不同的精度标准，提高学生学习的积极性。

3.3学习目标达成情况

在两种不同学习环境下通过问卷调查方式得出：B班在数字化工厂环境下目标认知、工艺知识、指令知识、操作过程四个方面认可度与A班相比均有较大提升。在两种不同学习环境下通过成绩评定得出：B班在数字化工厂环境下优秀、良好两个等级的成绩与A班相比有一定提升；一般、及格两个等级B班下降比例明显。

表2 两班学业成绩表

表1 学生知识掌握情况表

4　实验结论

实验表明：在数字化工厂环境下学生的学习兴趣和学习结果相比传统环境都有较大进步，在学习过程中信息化环境与传统环境学习效果对比：

生产准备时间及换型准备时间平均缩短15～18%；

数控程序可重复利用率提高30%；

工艺人员程序查找时间缩短20～25%；

因程序版本错误而造成加工损失的情况降低了15～20%；

设备综合利用率提高近8～10%；

学生工时考核准确率提高约10～15%；

生产文档准备时间缩短12～15%

5　对开展信息化教学的建议

5.1抓好信息化基础建设

对教育信息化建设的重要性进行宣传教育，普及教育信息化的知识，以此引起各方面对其建设的重视，加快建设步伐。由于不同地方进行教育信息化的建设力度不一样，城、乡的差距较大，导致教育信息化进程的发展不均衡。因此，应从实际需要出发,加大在教育信息化建设工程中进行合理的资金投入，保证相应工程的实施及顺利完成,为开展信息技术教育提供相应的软、硬件保证，使其总体发展均衡。

5.2加强教育信息化设备的管理与维护

相关单位应安排专人进行相应的信息化设备进行管理，并派遣管理员参加培训进一步深造，学习专业的管理与维修、维护的知识。在条件允许的前提下，还可以请信息化调和的管理与维护、维修方面的专家对全体职工进行技能培训，以此提高教学人员的教学能力。

5.3抓好常规教学,整体提高学生的信息素养

大力普及中学计算机和信息技术教育，制定适合学生的计算机教育规划和课程计划，明确各年级培养目标和任务，在开设必修课的基础上，组织学有余力的学生开展信息技术兴趣小组、参加电脑科技小制作等活动，鼓励学生的兴趣，培养创新精神。

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[6]闫宁.高等职业教育学生学业评价研究[D].西安：陕西师范大学，2012.

NC-based Skill Learning Platform UnderWay Digital Plant Research

JIANG Xiuding,SHEN Baoguo,CHEN Liangfa
(Jiangsu J oint Vocational and Technical College Branch Zhenjiang, Zhenjiang 212016)

The traditional numerical control technology training to s tudents based on passive learning, the res ults of light weight. However, training is a dynamic process, t he evaluation of the process is particularly important. The construction of digital chemical plant platform is the effective way to explore the practical training of vocational school numerical control technology in the information environment.

information, learning methods, digital chemical plant, numerical control training

江苏省高校“青蓝工程”资助项目（苏教师[2014]23号）。