構建數字化教學平臺的實踐與探索

蔡璇

摘 要 以上海市機械工業學校機電實訓中心信息化建設為例，通過機電實訓中心鉗工加工區、普車加工區、數車加工區、數銑加工區、學生體驗中心、現場教學室、實訓中心管理辦公室等區域的信息化建設，以及數字化車間管理系統的建設，搭建一個較完整的數字化實踐教學平臺，實現理實一體的數字化實踐教學模式，實現教學資源數字化共享，實現實訓中心管理的數字化、開放化和高效化。

關鍵詞 實訓中心；數字化教學平臺；數字化車間管理系統

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）11-0144-03

1 引言

在信息技術迅速發展和滲透到各個學科的背景下，傳統的教學實訓中心建設模式已漸漸不能適應時代發展的要求，引入數字化已經成為一種必然趨勢。在這樣的背景下，探討如何利用信息化建設進行實訓中心管理及實踐教學方式的創新，就顯得尤為必要。

2 建設背景

上海職業教育開放性實訓中心建設，既是提升職業教育辦學能力的有效途徑，也是實踐“以服務為宗旨、就業為導向、能力為本位”理念的重要平臺。在2015年上海市職業教育工作要點中也曾提出要創新開放實訓中心建設管理，進一步加強實訓中心開放力度，建立實訓中心數字化教學平臺，發揮開放實訓中心資源作用，更好地為社會提供服務。

3 建設動因

近年來，學校機電專業實訓中心管理以傳統紙質文檔流轉為主，未采用信息化管理手段；實訓中心課程安排大多先由專業科安排，再提交教務處，并沒有融入數字化校園建設中。實訓教學計劃、課程大綱、實訓安排完全手工操作，給實訓教學管理帶來繁重的工作負擔；對教學過程和成績評定沒有建立詳細的信息管理和記錄，從而無法充分保證教學效果，積累教學經驗；實訓中心管理部門和實訓室之間沒有方便快捷的協作通道，教師和學生之間也缺少很好的溝通橋梁，難以適應實踐教學改革、發展的要求。

存在問題 由于學校占地面積有限，目前機電實訓中心是由原來的金工實習場地改建的，機電專業各實訓區域相互獨立，專業課實現統一管理與監控難度很大。實訓中心僅通過管理制度來維護校內實訓中心工作和安全保障，由于原來體制信息化程度較低，使得實訓管理過程不健全，職責不清、責任不到位，加之實訓室管理人員配置不足等原因，致使設備故障處理、設備安全等無法得到有效保障。

實訓中心設備運行、利用率等數字統計過程復雜，占用實訓教師大量工作時間，機床用電、耗材消耗情況難以得到很好統計；實訓中心對設備儀器的修理、報廢、領用、借用等仍處于手工處理階段，各實訓室設備內部流轉手續很多，處理過程煩瑣，容易出現紕漏，造成設備流失；實訓耗材的管理也帶有較大的主觀隨意性，易造成耗材浪費。實訓教學過程中由于設備有限，離設備較近的學生可看清教師的演示操作，但離得較遠的學生無法看到教師操作演示；學生設計的圖紙、編寫的數控程序等帶到實訓場地，放到機床旁邊，顯得雜亂無章；實訓課件、教案、圖紙、程序等教學資源得不到充分利用與共享，實訓過程中無法真正實現理論與實踐教學的互動。因此，構建機電實訓中心數字化教學平臺亟待提上日程。

現狀分析 針對機電實訓中心管理滯后的現狀，學校機電實訓中心管理主要需要解決以下問題。

1）實訓教學工作需要進行全方位的信息化建設，形成豐富的網絡化、數字化實訓教學資源平臺，實現網上輔助教學和網絡化、智能化管理，減輕實訓室管理人員的工作負擔，提高工作效率和服務水平，促進更好地開展實訓教學評估工作。

2）提升安全管理水平。實踐教學過程中安全問題至關重要，對機床設備開、關、運行以及實訓安全進行信息化管理，對機床運行狀態數據采集、實訓中心設備通信、機床代碼、圖紙文檔等教學資源進行安全管理，需要得到實訓車間數字化管理系統的支持。

4 建設思路

建設目標

1）構建實踐教學的數字化平臺，提供豐富的網絡實訓教學資源，實現網上輔助教學和網絡化、數字化管理，減輕實訓室管理人員的工作負擔，提高工作效率和服務水平，為實訓教學做好準備。

2）改進實訓中心管理模式，能夠適應各種實訓教學改革試點工作要求，實現實訓課程與理論課相對區隔，改變課程作業方式，可以另行安排，讓實訓中心能夠全面支持“工學結合”人才培養模式的改革和創新。

建設案例

1）機電實訓中心信息化平臺構建。通過機電實訓中心數字化教學平臺建設，使鉗工加工區、普車加工區、數車加工區、數銑加工區、學生體驗中心、現場教學室、立體倉庫、實訓中心管理辦公室初步形成一個較完整的數字化實踐教學平臺。學生通過體驗中心→現場教學室→鉗工、普車、數車、數銑實訓區→倉庫等區域的學習，可實現設計→工藝→編程→生產→倉庫等部門之間工作流程訓練，對應地可模仿企業各部門的工作場景。

在鉗工加工區、普車加工區、數車加工區、數銑加工區，配置觸摸屏電腦和數字化車間管理平臺客戶端，通過客戶端登錄，教師和學生可以在鉗工實訓區、普車加工區、數車加工區、數銑加工區查詢鉗工實訓相關數字化教學資源。在數車、數銑區域各設置觸摸屏查詢機，在普車、鉗工區域各設置觸摸屏查詢機，方便學生用來查詢實訓過程所需的資料，如圖紙、工藝卡片、教師課件等，促進實現數字化實訓教學。

通過機電實訓中心數字化教學平臺建設，可將鉗工、數車、數銑、普車各區域實訓教學視頻實時上傳到現場教學討論區。教師在進行普車、鉗工、數車、數銑實踐教學過程中，在現場教室講解專業理論知識的同時可以調出實訓的視頻，再到現場實際操作，實現理實一體的數字化教學。學生在體驗中心編制好設計圖紙、工藝圖紙和程序代碼，可以直接傳到車間，進行實訓加工。數控機床借助DNC聯網，對車間內數控機床進行無線聯網連接，用于與數控機床內部的通信模塊進行對接。

通過學生體驗中心數字化平臺的搭建，學生在體驗中心內可實現以下功能。endprint

①實現產品三維、二維設計流程：體現產品從概念設計到三維產品設計、二維工程圖出圖的設計過程。

②實現產品工藝設計流程：從工藝模板開始，完成機加工、數控加工等工藝的編制與工藝流程的管理，使學生了解學習企業的工藝設計流程。

③實現產品編程仿真流程：通過編程仿真軟件的學習，學生在體驗中心可以進行零件的編程仿真練習，掌握并學習產品的編程仿真流程。

2）機電實訓中心數字化車間管理系統搭建。學校機電實訓中心數字化車間管理系統二期建設主要由設備統一開關機管理、數控設備運行管理平臺、機床DNC管理平臺、機床內部視頻采集功能等部分組成。

對機電實訓中心現有的數控設備進行統一開關機管理，根據專業實訓計劃進行統一管理，教師可以通過刷卡控制設備。根據學期實訓計劃，在設備統一開關機管理平臺設置實訓設備開關機計劃。對教師或學生進行授權，經授權的教師或學生可以按照實訓計劃進行設備開關機管理，避免出現以往任何人都可隨便開關機的情況，保障實訓的安全性。如圖1所示，教師或學生刷卡后，設備上的指示燈變綠，綠燈表示設備可以正常運轉；實訓上課結束后，教師或學生刷卡，設備上的指示燈變紅，紅燈表示設備不可以啟動，屬于保護狀態。

數控設備運行管理平臺是由網絡DNC軟件（包括高級采集服務器端、高級采集機床授權許可、高級采集客戶端、統計分析服務器端、統計分析客戶端）與相關硬件（包括集智達機床信息采集模塊、集智達電量采集模塊和電流傳感器等）組成，主要對數控設備實現機床的高級采集管理，包括以下功能。

①可以展示數控車間的整體布局圖，在車間布局圖上學校可直觀看到各機床運行狀態：紅燈表示設備在關機狀態，綠燈表示設備在運行狀態，黃燈表示設備在待機狀態。

②可以實現對機床信息的統計分析管理。可采集機床控制系統類型、機床開/關機、機床加工程序起始/結束、機床主軸負荷、主軸進給速度、主軸轉速、加工狀態、報警，也可進行標準視頻采集，可加工現場實時圖像、視頻圖像記錄；設備監控用于查看設備實時狀態，可以顯示每臺設備的顯示燈狀態，統計實訓場地內的開機、待機、報警、關機設備數量，并計算統計設備開動率；設備日志提供設備生產日志和報警日志查詢功能，可以顯示設備SC3的運行日志。

③機床DNC管理平臺。機電專業實訓中心機床DNC管理平臺，由網絡DNC軟件包括通信機床許可、管理服務器端、管理客戶端組成，主要實現對數控設備進行DNC通信連接，對數控設備機床代碼、統一對程序代碼進行集中、安全的保存與管理。

④機床內部可變焦視頻采集功能。在數車、數銑機床內部采用可變焦的攝像頭（圖2），優化教學視頻的錄制，方便教學。在數控機床內部安裝視頻監控及信息采集系統（圖2），可以采集到機床運轉的相關信息，為教師提供機床的運轉狀態，也可以為教師制作課件提供視頻錄像材料，支持實現實踐和理論相結合的教學方式信息化轉變，使視頻教學內容融入實際教學中。在數字化互動教學體驗中心可以看到機床的工作過程，方便理實一體化教學的互動，更好地為實踐教學服務。

5 機電實訓中心數字化教學平臺建設展望

學校通過實訓中心前期的數字化教學平臺建設，已經初步構建起機電專業數字化實踐教學系統，初見成效。后期實訓中心數字化建設方案要從發展專業新技術、新工藝交流，推進校企合作，優化學生綜合職業能力培育過程管理，拓寬學校實訓中心的宣傳途徑等方面，推進實訓中心綜合管理系統建設，通過實訓中心門戶展示、實訓資產數字化管理、安全教育管理，構建家、校、企互動平臺，塑造良好形象，加強內外交流，打造優質服務，多方面促進數字化實踐教學平臺與教育過程、內容、方法的深度融合。

6 體會與思考

學校機電實訓中心數字化教學平臺的建設，對實訓中心的發展有著重要的意義和積極的作用，使各實訓室的運作能效在不斷提升，專業教學實訓過程管理得到加強。實踐表明，信息化建設是推進實訓中心專業改革健康持續發展的有效手段。

目前的實訓中心信息化建設，還不能很好地解決專業學生現有水平與培養目標之間差距明顯的問題，還需要在實際教學開展過程中不斷探索與思考，適時調整與優化課程及教學內容，以逐漸接近學生的實際。因此，需要針對專業特性完善信息化建設，進一步深入開展數字化教學平臺建設的比較研究，為今后實訓中心建設工作的深入開展提供有力的理論與實踐支持。另外，還需要及時關注并反饋教師實踐教學的效果，提升實訓教學質量，加強對學生實踐教學的過程化管理，及時反饋學生在實訓中遇到的問題。通過實訓教學監控與評價，為調整實訓教學工作提供完整的信息和依據，以利于實訓教學質量監控體系有效實施，促進實訓教學及管理工作的持續改進，提高實訓教學的質量。

參考文獻

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