基于數字化工廠平臺下數控技能學習方式研究

蔣修定　沈寶國　陳良發

（江蘇聯合職業技術學院鎮江分院，鎮江 212016）

基于數字化工廠平臺下數控技能學習方式研究

蔣修定沈寶國陳良發

（江蘇聯合職業技術學院鎮江分院，鎮江 212016）

傳統的數控技術實訓以學生被動學習為主，重結果輕過程。然而，實訓是個動態過程，過程的評價尤其重要。數字化工廠平臺的構建就是力求能夠探尋信息化環境下的職業學校數控技術專業學生實訓的有效方式，用信息化的手段記載學生實訓的全部過程。

信息化 學習方式 數字化工廠 數控實訓

引言

發達國家職業學校緊密校企合作環境、教學設備充足，不需要過多考慮設備資源與師生比不平衡的問題，鮮有此課題的研究。因此，國內職業學校側重于數控仿真軟件的教學應用，對于信息化環境下如何充分整合所有可利用的數字化資源，在原有數控設備、計算機仿真機房基礎上實現信息化教學最優化的研究還很缺乏。

通過本文研究，努力解決現有設備和師生比比例不平衡，教學方法不夠合理，理實一體化教學還不夠完善等問題，充分發揮數字化工廠信息化平臺教學作用，建立科學的教學體系。

1　數字化工廠平臺中學習方式的構建

如何通過實踐教學改革特別是課程建設與改革，全面提高職業院校教育教學質量，仍然是相當長一個時期內職業院校亟待解決的問題。教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》指出：“要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。”通過數字化工廠平臺項目的建設，為解決實踐教學改革問題拓展了一條新的道路。數字化工廠就是一種虛擬工廠，以管理信息系統為基礎，以行業案例為載體，以業務場景為目標，全方位模擬、全過程仿真企業管理信息系統的分析、設計與實施，以及企業關鍵業務流程的運行，其中蘊涵著豐富的理論知識和實踐經驗。

數字化工廠給傳統專業教學和設備管理帶來了變革：

1、通過將機床聯網，可以在機床控制面板上直接查詢計算機上的程序并下載所需要的加工程序，數控機床也可將程序上傳至服務器，最大程度地實現數據的集中安全管理。

2、通過數控機床的信息采集系統，可分析機床實時狀態、故障狀態、程序狀態、報警狀態等信息，并提供統計報表，方便教師對設備的使用情況進行科學分析。

3、規范教學資源的入庫標準和分類標準，并制定資源從收集整理到最終完成的整套工作流程，可建立完整的精品課程、教案學案、比賽樣題、技能題庫、考工考級、學生作品、鏈接網站等學習資源。

4、建立學生的成長檔案，可將任務解讀、模擬編程、程序生成、設備使用、加工過程、工件檢測等整個學習過程運用信息化手段記錄在學生的成長檔案里。

5、設置在各個實訓場地的無紙化交互平臺，方便學生查詢實訓過程所需的資料，同時在各實訓室設置視頻監控，實現整個教學過程可視化、設備管理可視化和教學內容可視化。

2　案例研究實驗過程

2.1實驗假設

學生在傳統環境和數字化工廠環境兩種環境下，采用小組合作的學習方式，各自在相同學習目標下各自能達到的效果。A班在傳統環境下學習，B班數字化環境下學習。

2.2實驗方法

實驗設計：選取兩平行班級實驗，兩班學生男女比例，學生學業水平相當。實驗的自變量是傳統與信息化兩種學習環境。因變量是學習效果。

被試對象：被試選擇鎮江高等職業技術學校數控技術專業三年級的共76名學生。A、B兩班各38人，學生均已完成《機械制圖》等專業基礎課程學習，A班信息化一級達標率98%，B班信息化一級達標率95%，學習能力、協作能力等兩班情況相當。

實驗周期：一學期。

2.3實驗過程

兩班學習過程一樣，均由同一名教師授課。

3　案例實驗研究報告

3.1學習內容設定

任務1 外形輪廓銑削概述

任務2 工藝知識準備

任務3 程序指令準備

任務4 方板零件外形輪廓銑削

3.2學習活動開展

3.2.1活動1：外形輪廓銑削概述

在數字化工廠環境中，提供了豐富360度可視虛擬模型，產品影像，加工動畫，文檔材料等材料，學生了解學習內容后可依據自身喜好選擇資源素材，直觀了解學習對象的特征、結構及加工過程等，增強了學習的感染力，為后續學習提供了扎實基礎。

3.2.2活動2：工藝知識準備

學生了解學習內容后，為了達成學習目標，在學習任務書指引下明確準備知識點，在數字化工廠環境中學生可自主選擇微課、動畫、實驗等形式學習如何選擇刀具；怎樣區分順銑與逆銑加工方式，通過游戲等方式學習順銑與逆銑適用場合；學習中沒有枯燥的理論，沒有繁瑣的記憶，而是完全體驗式掌握順銑與逆銑的使用方法。

3.2.3活動3：程序指令準備

知識點學習方法具有多樣性，學生選擇可因人而異，但必備的知識儲備需要靠記憶完成。信息化環境下，枯燥的指令由學生自主學習，學生自由分工，每個人嘗試自己教授其他同學，學生可以通過網絡、教具、案例、微課等手段自主的在教學安排中逐步掌握，讓單一的記憶轉化為豐富的體驗。

3.2.4活動4：方板零件外形輪廓銑削

數字化工廠平臺一方面為學生提供了真實情境的模擬系統，另一方面為學生提供了模擬教學機。平臺不僅對加工前提供準備資源，加工過程中可利用內置攝像頭，在可追溯的全過程視頻促使學生準確把握加工的每個環節，分析加工參數對產品加工質量的影響。將結果式探究變換為過程式探究。產品加工結果的檢測是實訓加工學習過程的重要組成部分，在數字化工廠環境下學生的加工產品在三坐標測量儀中自動完成，生成測量結果。針對學生不同基礎，設置不同的精度標準，提高學生學習的積極性。

3.3學習目標達成情況

在兩種不同學習環境下通過問卷調查方式得出：B班在數字化工廠環境下目標認知、工藝知識、指令知識、操作過程四個方面認可度與A班相比均有較大提升。在兩種不同學習環境下通過成績評定得出：B班在數字化工廠環境下優秀、良好兩個等級的成績與A班相比有一定提升；一般、及格兩個等級B班下降比例明顯。

表2 兩班學業成績表

表1 學生知識掌握情況表

4　實驗結論

實驗表明：在數字化工廠環境下學生的學習興趣和學習結果相比傳統環境都有較大進步，在學習過程中信息化環境與傳統環境學習效果對比：

生產準備時間及換型準備時間平均縮短15～18%；

數控程序可重復利用率提高30%；

工藝人員程序查找時間縮短20～25%；

因程序版本錯誤而造成加工損失的情況降低了15～20%；

設備綜合利用率提高近8～10%；

學生工時考核準確率提高約10～15%；

生產文檔準備時間縮短12～15%

5　對開展信息化教學的建議

5.1抓好信息化基礎建設

對教育信息化建設的重要性進行宣傳教育，普及教育信息化的知識，以此引起各方面對其建設的重視，加快建設步伐。由于不同地方進行教育信息化的建設力度不一樣，城、鄉的差距較大，導致教育信息化進程的發展不均衡。因此，應從實際需要出發,加大在教育信息化建設工程中進行合理的資金投入，保證相應工程的實施及順利完成,為開展信息技術教育提供相應的軟、硬件保證，使其總體發展均衡。

5.2加強教育信息化設備的管理與維護

相關單位應安排專人進行相應的信息化設備進行管理，并派遣管理員參加培訓進一步深造，學習專業的管理與維修、維護的知識。在條件允許的前提下，還可以請信息化調和的管理與維護、維修方面的專家對全體職工進行技能培訓，以此提高教學人員的教學能力。

5.3抓好常規教學,整體提高學生的信息素養

大力普及中學計算機和信息技術教育，制定適合學生的計算機教育規劃和課程計劃，明確各年級培養目標和任務，在開設必修課的基礎上，組織學有余力的學生開展信息技術興趣小組、參加電腦科技小制作等活動，鼓勵學生的興趣，培養創新精神。

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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

江蘇省高校“青藍工程”資助項目（蘇教師[2014]23號）。