构建数字化教学平台的实践与探索

蔡璇

摘 要 以上海市机械工业学校机电实训中心信息化建设为例，通过机电实训中心钳工加工区、普车加工区、数车加工区、数铣加工区、学生体验中心、现场教学室、实训中心管理办公室等区域的信息化建设，以及数字化车间管理系统的建设，搭建一个较完整的数字化实践教学平台，实现理实一体的数字化实践教学模式，实现教学资源数字化共享，实现实训中心管理的数字化、开放化和高效化。

关键词 实训中心；数字化教学平台；数字化车间管理系统

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）11-0144-03

1 引言

在信息技术迅速发展和渗透到各个学科的背景下，传统的教学实训中心建设模式已渐渐不能适应时代发展的要求，引入数字化已经成为一种必然趋势。在这样的背景下，探讨如何利用信息化建设进行实训中心管理及实践教学方式的创新，就显得尤为必要。

2 建设背景

上海职业教育开放性实训中心建设，既是提升职业教育办学能力的有效途径，也是实践“以服务为宗旨、就业为导向、能力为本位”理念的重要平台。在2015年上海市职业教育工作要点中也曾提出要创新开放实训中心建设管理，进一步加强实训中心开放力度，建立实训中心数字化教学平台，发挥开放实训中心资源作用，更好地为社会提供服务。

3 建设动因

近年来，学校机电专业实训中心管理以传统纸质文档流转为主，未采用信息化管理手段；实训中心课程安排大多先由专业科安排，再提交教务处，并没有融入数字化校园建设中。实训教学计划、课程大纲、实训安排完全手工操作，给实训教学管理带来繁重的工作负担；对教学过程和成绩评定没有建立详细的信息管理和记录，从而无法充分保证教学效果，积累教学经验；实训中心管理部门和实训室之间没有方便快捷的协作通道，教师和学生之间也缺少很好的沟通桥梁，难以适应实践教学改革、发展的要求。

存在问题 由于学校占地面积有限，目前机电实训中心是由原来的金工实习场地改建的，机电专业各实训区域相互独立，专业课实现统一管理与监控难度很大。实训中心仅通过管理制度来维护校内实训中心工作和安全保障，由于原来体制信息化程度较低，使得实训管理过程不健全，职责不清、责任不到位，加之实训室管理人员配置不足等原因，致使设备故障处理、设备安全等无法得到有效保障。

实训中心设备运行、利用率等数字统计过程复杂，占用实训教师大量工作时间，机床用电、耗材消耗情况难以得到很好统计；实训中心对设备仪器的修理、报废、领用、借用等仍处于手工处理阶段，各实训室设备内部流转手续很多，处理过程烦琐，容易出现纰漏，造成设备流失；实训耗材的管理也带有较大的主观随意性，易造成耗材浪费。实训教学过程中由于设备有限，离设备较近的學生可看清教师的演示操作，但离得较远的学生无法看到教师操作演示；学生设计的图纸、编写的数控程序等带到实训场地，放到机床旁边，显得杂乱无章；实训课件、教案、图纸、程序等教学资源得不到充分利用与共享，实训过程中无法真正实现理论与实践教学的互动。因此，构建机电实训中心数字化教学平台亟待提上日程。

现状分析 针对机电实训中心管理滞后的现状，学校机电实训中心管理主要需要解决以下问题。

1）实训教学工作需要进行全方位的信息化建设，形成丰富的网络化、数字化实训教学资源平台，实现网上辅助教学和网络化、智能化管理，减轻实训室管理人员的工作负担，提高工作效率和服务水平，促进更好地开展实训教学评估工作。

2）提升安全管理水平。实践教学过程中安全问题至关重要，对机床设备开、关、运行以及实训安全进行信息化管理，对机床运行状态数据采集、实训中心设备通信、机床代码、图纸文档等教学资源进行安全管理，需要得到实训车间数字化管理系统的支持。

4 建设思路

建设目标

1）构建实践教学的数字化平台，提供丰富的网络实训教学资源，实现网上辅助教学和网络化、数字化管理，减轻实训室管理人员的工作负担，提高工作效率和服务水平，为实训教学做好准备。

2）改进实训中心管理模式，能够适应各种实训教学改革试点工作要求，实现实训课程与理论课相对区隔，改变课程作业方式，可以另行安排，让实训中心能够全面支持“工学结合”人才培养模式的改革和创新。

建设案例

1）机电实训中心信息化平台构建。通过机电实训中心数字化教学平台建设，使钳工加工区、普车加工区、数车加工区、数铣加工区、学生体验中心、现场教学室、立体仓库、实训中心管理办公室初步形成一个较完整的数字化实践教学平台。学生通过体验中心→现场教学室→钳工、普车、数车、数铣实训区→仓库等区域的学习，可实现设计→工艺→编程→生产→仓库等部门之间工作流程训练，对应地可模仿企业各部门的工作场景。

在钳工加工区、普车加工区、数车加工区、数铣加工区，配置触摸屏电脑和数字化车间管理平台客户端，通过客户端登录，教师和学生可以在钳工实训区、普车加工区、数车加工区、数铣加工区查询钳工实训相关数字化教学资源。在数车、数铣区域各设置触摸屏查询机，在普车、钳工区域各设置触摸屏查询机，方便学生用来查询实训过程所需的资料，如图纸、工艺卡片、教师课件等，促进实现数字化实训教学。

通过机电实训中心数字化教学平台建设，可将钳工、数车、数铣、普车各区域实训教学视频实时上传到现场教学讨论区。教师在进行普车、钳工、数车、数铣实践教学过程中，在现场教室讲解专业理论知识的同时可以调出实训的视频，再到现场实际操作，实现理实一体的数字化教学。学生在体验中心编制好设计图纸、工艺图纸和程序代码，可以直接传到车间，进行实训加工。数控机床借助DNC联网，对车间内数控机床进行无线联网连接，用于与数控机床内部的通信模块进行对接。

通过学生体验中心数字化平台的搭建，学生在体验中心内可实现以下功能。endprint

①实现产品三维、二维设计流程：体现产品从概念设计到三维产品设计、二维工程图出图的设计过程。

②实现产品工艺设计流程：从工艺模板开始，完成机加工、数控加工等工艺的编制与工艺流程的管理，使学生了解学习企业的工艺设计流程。

③实现产品编程仿真流程：通过编程仿真软件的学习，学生在体验中心可以进行零件的编程仿真练习，掌握并学习产品的编程仿真流程。

2）机电实训中心数字化车间管理系统搭建。学校机电实训中心数字化车间管理系统二期建设主要由设备统一开关机管理、数控设备运行管理平台、机床DNC管理平台、机床内部视频采集功能等部分组成。

对机电实训中心现有的数控设备进行统一开关机管理，根据专业实训计划进行统一管理，教师可以通过刷卡控制设备。根据学期实训计划，在设备统一开关机管理平台设置实训设备开关机计划。对教师或学生进行授权，经授权的教师或学生可以按照实训计划进行设备开关机管理，避免出现以往任何人都可随便开关机的情况，保障实训的安全性。如图1所示，教师或学生刷卡后，设备上的指示灯变绿，绿灯表示设备可以正常运转；实训上课结束后，教师或学生刷卡，设备上的指示灯变红，红灯表示设备不可以启动，属于保护状态。

数控设备运行管理平台是由网络DNC软件（包括高级采集服务器端、高级采集机床授权许可、高级采集客户端、统计分析服务器端、统计分析客户端）与相关硬件（包括集智达机床信息采集模块、集智达电量采集模块和电流传感器等）组成，主要对数控设备实现机床的高级采集管理，包括以下功能。

①可以展示數控车间的整体布局图，在车间布局图上学校可直观看到各机床运行状态：红灯表示设备在关机状态，绿灯表示设备在运行状态，黄灯表示设备在待机状态。

②可以实现对机床信息的统计分析管理。可采集机床控制系统类型、机床开/关机、机床加工程序起始/结束、机床主轴负荷、主轴进给速度、主轴转速、加工状态、报警，也可进行标准视频采集，可加工现场实时图像、视频图像记录；设备监控用于查看设备实时状态，可以显示每台设备的显示灯状态，统计实训场地内的开机、待机、报警、关机设备数量，并计算统计设备开动率；设备日志提供设备生产日志和报警日志查询功能，可以显示设备SC3的运行日志。

③机床DNC管理平台。机电专业实训中心机床DNC管理平台，由网络DNC软件包括通信机床许可、管理服务器端、管理客户端组成，主要实现对数控设备进行DNC通信连接，对数控设备机床代码、统一对程序代码进行集中、安全的保存与管理。

④机床内部可变焦视频采集功能。在数车、数铣机床内部采用可变焦的摄像头（图2），优化教学视频的录制，方便教学。在数控机床内部安装视频监控及信息采集系统（图2），可以采集到机床运转的相关信息，为教师提供机床的运转状态，也可以为教师制作课件提供视频录像材料，支持实现实践和理论相结合的教学方式信息化转变，使视频教学内容融入实际教学中。在数字化互动教学体验中心可以看到机床的工作过程，方便理实一体化教学的互动，更好地为实践教学服务。

5 机电实训中心数字化教学平台建设展望

学校通过实训中心前期的数字化教学平台建设，已经初步构建起机电专业数字化实践教学系统，初见成效。后期实训中心数字化建设方案要从发展专业新技术、新工艺交流，推进校企合作，优化学生综合职业能力培育过程管理，拓宽学校实训中心的宣传途径等方面，推进实训中心综合管理系统建设，通过实训中心门户展示、实训资产数字化管理、安全教育管理，构建家、校、企互动平台，塑造良好形象，加强内外交流，打造优质服务，多方面促进数字化实践教学平台与教育过程、内容、方法的深度融合。

6 体会与思考

学校机电实训中心数字化教学平台的建设，对实训中心的发展有着重要的意义和积极的作用，使各实训室的运作能效在不断提升，专业教学实训过程管理得到加强。实践表明，信息化建设是推进实训中心专业改革健康持续发展的有效手段。

目前的实训中心信息化建设，还不能很好地解决专业学生现有水平与培养目标之间差距明显的问题，还需要在实际教学开展过程中不断探索与思考，适时调整与优化课程及教学内容，以逐渐接近学生的实际。因此，需要针对专业特性完善信息化建设，进一步深入开展数字化教学平台建设的比较研究，为今后实训中心建设工作的深入开展提供有力的理论与实践支持。另外，还需要及时关注并反馈教师实践教学的效果，提升实训教学质量，加强对学生实践教学的过程化管理，及时反馈学生在实训中遇到的问题。通过实训教学监控与评价，为调整实训教学工作提供完整的信息和依据，以利于实训教学质量监控体系有效实施，促进实训教学及管理工作的持续改进，提高实训教学的质量。

参考文献

[1]张明.基于教学实验中心信息化建设的探讨[J].邢台职业技术学院学报，2007（4）：39-40，64.

[2]彭天好.机械工程综合实训中心建设与实践[J].实验技术与管理，2010（12）：141-143，147.

[3]张袖斌.实验中心综合信息管理系统的设计与实现[D].广州：华南理工大学，2013.endprint