模擬教學法在數控實訓中的應用

張小芹 倫翠芬 趙進尚 于晶晶

（河北科技師范學院，河北 秦皇島 066600）

模擬教學法融情景教學、實踐教學、案例教學等教學模式的優點于一身，是符合培養職業能力教育思路的一種現代教學模式。

目前，國內高職院校常常由于缺乏訓練設備、場地、材料和資金，或者實訓現場與生產實際環境差別大等客觀問題，使學生很難得到在真實工作崗位實習的體驗。模擬教學以“假”代“真”，為學生提供仿真的實踐環境，使學生能夠在生產組織、工藝程序、現場技術等方面得到訓練，讓學生在模擬的工作崗位上扮演職業角色，達到走上工作崗位后的“零適應期”目標。

一、模擬教學法概述

（一）模擬教學法的內涵

模擬法指的是按照時間發展順序，在模型的輔助下，按照事情發展的邏輯順序及其依存關系和相互作用來接觸和感受真實的工作過程。

模擬教學法采用仿真模型來取代原型。仿真模型被有目的地簡化，并按照時間發展順序，塑造出原型的基本特征和功能關系。仿真模塊可以是真實物質的功能模型，如飛機模擬器、汽車駕駛模擬器等；也可以是抽象的功能模型，如軟件模型。

（二）模擬教學法的實施步驟

1.準備。熟悉現實的問題和解決問題所需的知識以及真實系統的功能模型（模擬器）。

2.計劃。對預計取得的結果，相關聯系及發展提出假設；對模擬試驗和運行作計劃，例如數量、模擬時間長度；弄懂每個實驗，例如輸入值、初始條件和測試條件。

3.實施。設置初始狀態，開始，觀察并結束模擬運行，執行必要的行動，作決策，保存模擬結果和模擬流程的信息。

4.評價/匯報。評價收集到的信息，對結果進行提取總結和介紹；相互比較系列實驗的結果。決定進一步的實驗，得出結論，將結果存檔，匯報結果。

5.反饋。將結果與一開始提出的假設進行比較，對個人知識增長進行反思，有以下方面：（1）專業知識和相互關系。（2）解決問題的操作方法。（3）必需的時間和時間計劃。

二、模擬教學法在數控實訓中的應用

在數控實訓教學中，涉及刀、夾具選擇，切削用量的確定，工序的安排，程序的編制，對刀等內容，如果直接讓學生在數控機床上加工，以上有一項不合理或操作失誤就有可能造成打刀、損壞機床及人身安全等問題。在數控實訓中應用模擬教學法，既可以使學生達到實物操作訓練的目的，又可以大大減少昂貴的設備投入并降低危險。

（一）確定實訓內容及教學目標

1.實訓內容：通過在仿真軟件下模擬如圖1所示凸臺零件的數控加工操作過程。

圖1 凸臺零件

2.教學目標：（1）學習FUNAC 0iM數控系統的使用；（2）熟悉數控加工中心操作面板、加工操作過程；（3）通過讓學生在仿真軟件環境下，模擬凸臺零件的加工過程，使學生掌握銑削零件的加工過程，包括工藝的安排、程序的編制與調試、機床的正確操作、工件的裝夾、對刀等；（4）提高學生的動手能力和操作技能；（5）提高學生獨立解決問題的能力；（6）提高學生合作能力。

（二）教學條件

計算機房，數控仿真軟件，仿真軟件學習視頻，數控仿真軟件操作說明書。

（三）具體實施過程

第一步，準備階段。

教師：準備零件圖，斯沃數控仿真軟件，斯沃數控仿真軟件學習視頻，斯沃數控仿真軟件操作說明書，教學安排計劃（表1），表中時間僅供參考。

學生：（1）分組：共30人，3人/組；（2）與銑削加工相關的工藝知識，包括毛坯的選擇、裝夾方式的確定、加工工序的劃分、刀具的選擇等內容；（3）通過學習視頻和操作說明書，了解仿真軟件的基本功能、操作界面、操作步驟等內容。

第二步，計劃階段（分組進行）。

學生按組做好行動計劃，包括分析零件圖、分析工藝、編制加工程序與調試、模擬加工等各環節的進度安排，并對實施過程中可能出現的問題和結果做出預測。

第三步，實施階段。

學生：（1）分析零件圖，編制工藝過程卡（按組進行）。在編制工藝過程中，對于加工設備及刀具的選用，可以在小組內引入頭腦風暴教學法，同時教師準備相關的電子和打印文本，使學生對各種加工設備及刀具有更深入和全面的了解，在選用時可以得心應手。（2）確定走刀路線，編制加工程序（按組進行）；在此過程中可以采用頭腦風暴法，設計不同的加工方案，最后確定最優的加工方案。（3）啟動、登錄數控仿真軟件，在仿真軟件中模擬操作機床：開機、松開急停按鈕、返回參考點、打開程序保護、輸入程序、裝夾毛坯、裝夾刀具、對刀、輸入刀具補償參數、模擬凸臺零件的實際加工（獨立進行）。

此過程中，學生通過仿真軟件學習視頻及操作說明書和已編制的加工工藝和加工程序完成。

表1 教學內容和時間安排

第四步，評價/匯報。

學生：（1）以小組為單位，組內總結操作過程中出現的問題及解決方法，匯總正確的操作步驟及程序代碼。（2）各組出一個代表，描述和演示模擬過程。

教師：聽取報告并討論結果，介紹正確的模擬操作過程。

第五步，評價反饋。

學生：對個人知識進行反思，如切削用量與加工時間，加工精度的聯系；操作中出現的問題及解決方法。

教師：預計實際操作中可能出現的意料之外的情況。

第六步，最終評價。

成績組成：（1）仿真軟件的實際操作；（2）結果匯報；（3）總結報告。

（四）教學評價

通過引入模擬教學法，學生利用斯沃數控仿真軟件模擬FANUC、SIEMENS等系統的編程和加工功能，可手動編程或讀入CAM數控加工程序，能在很短時間內掌握凸臺零件的加工操作過程，同時教師通過網絡教學，可隨時獲得學生當前的操作信息。

三、模擬教學法應用分析

（一）模擬教學法應用范圍

在職業教育領域引入模擬教學法，適用于以下兩個方面：一是在實習教學中，某些專業（如汽車檢測、故障排除、機械加工等）要進入生產現場，而現場環境復雜，既不安全，又不利于學生訓練，且一些設備價格昂貴，不適宜學生實際操作，初學者難免操作失誤而帶來損失；第二是為了使有些專業的學生在接受技能訓練或者學習相關知識點時，能夠置身于未來從事職業的社會系統中，可以把繁雜的文字敘述、規定、要求等融入模擬情境教學訓練中，促使學生的理解與掌握，感悟未來職業崗位的氛圍，激發學生的學習興趣和積極性，產生良好的教學效果。

（二）模擬教學法的特點

1.模擬教學法的優點

（1）可以模仿復制出危險、昂貴、復雜的情景，來達到學習、測試和實驗的目的；（2）可以組織安排個人獨立工作和團隊合作；（3）可以通過觀察和實驗來加深對動力系統和加工過程中復雜的相互作用的理解；4）可以檢測個人能力和技能；5）可以實現個人探究性的學習；6）一個仿真模型可用于多種不同的學習目標和問題情境。

2.模擬教學法的缺點

（1）必須擁有仿真模型（模擬器），并且該設備可供教學使用；（2）模擬器的研發與制造成本很高，需要時間和資源。

（三）應用模擬教學法的注意事項

1.用正確的理論作指導

運用模擬教學法要求有必要的理論支撐，即學生在進行模擬之前要掌握一定的理論知識。同時，在模擬過程中教師要對模糊不清的理論知識給予及時地解釋，以保證模擬效果。

2.充分發揮教師的“導演”作用

教師要充分發揮“導演”作用，必須抓好四“導”：一要領導，整個活動自始至終要親自抓，要領導有方；二要指導，要給學生政治思想、心理素質、人際關系等方面的指導；三要疏導，有些模擬活動涉及上上下下、方方面面，教師要善于疏導；四要引導，或給學生“說戲”，或給學生“示范”，有導有演，循循善誘。

3.充分發揮學生的“演員”作用

要千方百計調動學生的積極性，使他們充分準備（包括知識、思想、心理等方面的準備），大膽參與，投入角色，“假戲真做”，機變靈活，努力創新。

4.科學地設計模擬教學方案

模擬教學方案是模擬教學的行動綱領，它應具有：（1）規范性：要符合政策法規的規定，要符合生活的真實，要有活動過程的規范。（2）完整性：要有完整的過程。（3）連貫性：各個環節應銜接自然、緊密。（4）代表性：要重點抓好代表性的環節。（5）多樣性：可設計多種方案，包括全過程的或某些環節的。（6）應變性：要預測情況的可變性，準備應變措施。（7）系統性：要把每門課程的模擬教學活動統籌規劃，統一安排，使其成為一個科學系統。

5.突出學生能力訓練

在一切模擬活動中，要突出“訓練”；在一切學生訓練中要突出“能力”訓練。要把學生推到“第一線”，推到“前臺”，不斷地反復地訓練。整個模擬教學活動都要以學生能力訓練為中心，都要為學生能力訓練服務。

6.注重學生訓練實效

模擬活動不要追求表面上的轟轟烈烈、熱熱鬧鬧，擺花架子，走過場，搞形式，而要注重實效，使學生真正受到教益，學到本領，提高素質。每次模擬活動后要做好總結工作，肯定成績，吸取教訓。

實踐證明，在數控實訓中應用模擬教學法，既可以使學生達到實物操作訓練的目的，又可以大大減少昂貴的設備投入并降低危險。

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