疫情下模擬仿真軟件在實訓課程中的應用

陳文明 王民權 應力恒 夏冰冰

摘 ?要： 實訓課程是高職院校學生動手實踐的重要學習環節。新冠疫情期間，學生和教師無法正常返校參與線下教學活動，導致實訓課程的教學效果大打折扣。為了有效開展實訓在線課程，采用模擬仿真軟件和微視頻相結合的方式，通過在線對分課堂與多種教學平臺并用的形式，增強師生互動有效性，提升學生在線參與度，保證學生知識的內化和吸收，在一定程度上解決了實訓課程在線教學中的動手實踐問題。

關鍵詞： 在線教學; 實訓課程; 仿真軟件; 在線對分課堂

中圖分類號： G710 ? ? ? ? ?文獻標志碼： A ? ? ? ? ?文章編號： 1671-2153（2021）02-0068-05

一、疫情下實訓課程存在的問題

（一）線上教學缺少儀器設備有效支撐，學生缺少動手實踐環節

實驗實訓課程原本在教學計劃中是以學校現有的設備、儀器為教學載體，教師通過講授原理知識、實驗操作步驟方法，讓學生在實踐動手中掌握知識和技能，樹立安全意識和職業道德意識的體驗式教學模式。但是在疫情防控期間，教師與學生無法正常在學校實驗實訓室內進行原定的教學活動，而是采用線上講授、學習的上課模式，教師在家網上授課，學生在家網上聽課，身邊沒有教學設備儀器，這就打破了原有的實驗實訓課程的體驗式教學模式，這對此類課程的教師授課和學生學習帶來了新的挑戰。

以電氣自動化專業的專業必修課運動控制技術及應用課程為例，該課程是以學院現有的亞龍YL-158GA1現代電氣控制系統安裝與調試實訓考核裝置為載體，講授企業中常用的運動控制系統，通過對該裝置的講解和運用，培養學生對運動控制系統設計和控制方法的系統性思維，提升綜合技能水平。

由于疫情期間學生無法返校，導致該課程的大部分授課過程和授課內容以理論為主。其主要內容包括運動控制系統組成和基本概念、伺服運動控制系統原理、步進運動控制系統原理等，其中伺服系統是以松下A5系列伺服電機、驅動器和臺達ASDA-B2驅動器、ECMA-C20604RS電機為例，步進系統是以步科的3S571-04079步進電機和3M458步進驅動器為例進行講授。學生在線學習過程中，以聽為主，被動地接受教師講解理論知識、系統結構、電氣原理圖、接線圖等原理性的內容，缺乏主觀的動手操作和實踐環節。以“伺服驅動器的參數設置”教學章節為例，伺服驅動器的參數類型繁多，每一種類型下又包含眾多的子類型參數，學生沒有親自動手實踐操作設備，單純通過書面學習和記憶來掌握成百上千條參數，其對設備參數的理解程度和運用水平必然會大打折扣，學習效果可想而知。因此在線教學模式下，如何讓學生“學以致用”，成為實驗實訓課程一個亟待解決的問題。

（二）線上教學模式下，師生之間無法進行有效的互動

在線教學的課堂組織與教學方式有別于傳統的線下教學方式，上課時教師面對著電子屏幕，學生同樣面對著電子屏幕，教師無法及時掌握學生的學習動態，不能對學生的學習狀態進行有效管控，學生同樣無法在第一時間反饋自己的疑問和困惑，不能及時與教師溝通交流。這種缺乏“面對面”、“眼對眼”、“口口相傳”的線上形式，猶如給教師與學生之間的互動活動帶上了枷鎖，在一定程度上影響了教學的質量。

例如，在線課堂中，如果教師提了一個問題并要求同學解答，教師只能借助平臺自帶的功能進行有約束的、局限的形式來完成，無法開展靈活的互動活動。如果題目的答案比較簡潔，學生可能會直接打在評論區;如果答案比較復雜，學生又難以通過簡單的口述或者文字的形式展示答案。如果老師沒有指定具體某位同學回答問題，這個時候大概率就會出現課堂的盲區，學生不知道如何回應;而如果老師指定某位學生回答，學生又難以把自己的結果有效地呈現出來，其他同學也不能直觀地看到該同學的作答結果。即便通過評論留言進行回復或者提問個別同學的方式，也只能反映個別同學的學習情況，難以整體把控全班學生的掌握情況。這些都是在線教學模式下教師有效組織管理課堂的問題。

二、解決的具體方法和措施

（一）采用模擬仿真軟件和微視頻相結合的方式，解決實驗實訓課程的虛擬動手問題

模擬仿真軟件是設備供應商提供的支持離線調試仿真的一套軟件系統。學生將仿真軟件安裝運行在自己的電腦端，在沒有儀器設備的情況下，通過軟件中的虛擬設備和人機界面，進行模擬操作和運行。微視頻是將儀器設備的操作使用過程進行錄制，以知識點或使用步驟為單元，進行模塊化、離散化的拆分，一個視頻控制在5分鐘左右，學生在完成理論知識學習之后，通過觀看微視頻，能夠對設備儀器及其使用方法產生更直觀的認識。通過模擬仿真軟件和微視頻相結合的方式，在一定程度上彌補了實驗實訓課程線上教學無法動手操作的不足。

1. 運用運動控制調試仿真軟件

根據課程的需要，針對2套伺服運動控制系統和1套步進運動控制系統，共提供了3套運動調試仿真軟件用于課堂教學活動，分別是松下伺服調試仿真軟件、臺達伺服調試軟件、步科步進調試仿真軟件。對應于每個軟件，可以進行設備型號選擇、驅動器參數設置、電機配置仿真、I/O口配置和運行狀態監測。于此同時，軟件提供了詳盡的說明文件，方便學生使用和查閱。例如，在進行松下伺服控制系統這一單元模塊的教學過程中，學生利用松下伺服調試仿真軟件，親自動手選擇設備型號，設置驅動器各項參數，模擬仿真電機運行，配置IO輸入輸出，查看電機運行狀態。同時，在設置過程中還可以利用軟件自帶的文檔說明查看每項參數的具體含義，滿足學生學習和動手實踐的需要。

2. 錄制制作微視頻

根據課程進度逐步錄制操作視頻，具體內容包括設備的安裝、接線，驅動器參數設置、試運行，程序編寫下載、調試、運行等。視頻展現內容以操作使用設備的實際場景和步驟為主，以每個系統的操作流程為主線，將設備使用過程錄制成微視頻，每個微視頻以一個操作步驟為單元，并配有語音解說和文字旁白，由此逐步積累形成一套完整的伺服控制系統和步進控制系統實驗實訓操作微視頻。教師將錄制完成的微視頻集上傳至在線平臺中。在線課堂中，教師講授到某一章節和知識點時，同步展示相關微視頻，讓學生將理論知識和實際設備操作方法與使用過程進行有效銜接;同時，學生可以通過在線平臺，隨時隨地播放觀看微視頻，鞏固所學內容，加深對設備的熟悉程度。

（二）采取多種教學形式并用的方式，增強師生互動的有效性

1. 多平臺共用，避免單個平臺使用過程中的功能受限

目前授課平臺很多，形式多樣，功能各有所長，可以結合多個平臺共同使用。課前，QQ平臺即時信息互動交流和發布，班級QQ群的活躍度和關注度高，通過該平臺發布信息可以在第一時間將信息傳達到每位學生;課中，釘釘平臺在線直播和錄屏功能簡單便捷，同時支持簽到打卡、師生連麥、屏幕分享等功能，尤其是屏幕分享功能，可以有效支撐在線對分課堂的實施，學生通過屏幕分享，可以將自己操作使用仿真軟件的過程和仿真電機的運行情況展現給教師和全班同學共同觀看;課后，藍墨云平臺管理課件、視頻、作業等資源層次分明，教師批改作業、發表評論、師生互動等功能完善。多平臺共用，充分發揮每個平臺的優勢功能。

2. 采用方便學生作答的方式，設置適量隨堂測驗

上課過程中，采用彈出式選擇題的方式，學生操作快速方便，同時教師可以查看全部學生的正確率，對學生進行知識掌握情況的排摸，根據統計結果進行針對性地鞏固。

3. 搶答式連麥，提高學生參與度

采用釘釘平臺進行直播授課時，教師提出問題，學生連麥回答，根據搶麥的先后順序進行作答，并對積極搶麥的同學給與一定的課堂表現加分;連麥時，正在連麥的學生會顯示視頻畫面，“開鏡”展現給全班同學，提高學生參與度。

4. “線下”輔助“線上”，進一步增加教師與學生之間的溝通

這里“線下”不是指教師學生面對面同處一個教室或固定場所內，而是指非授課時段的其他時間段。由于上課時間有限且相對固定，教師除了安排授課內容、師生互動外，剩余時間非常短暫，難以與每一位同學進行有效的溝通，覆蓋面很難達到100%。因此，教師在課后與學生進行溝通、交流、指導就顯得尤為必要。采用布置課后作業、批改評論留言、批改評論語音、批改評論短視頻等多種形式進行交流，對每個學生的學習情況進行針對性地指導，增加與學生的互動。

（三）運用在線對分課堂，保證學生對所學內容的吸收和內化

將線下對分課堂的教學模式引入到在線課堂中，教師采用“精講留白”的授課方式，將所講章節的重點知識進行5-10分鐘的集中講解，并將與該章節相關的教學資料、參考文檔、設備使用手冊、微視頻等資源提前上傳至平臺該章節中。然后布置安排模擬仿真項目內容，下發項目任務書，告知學生參考查閱資料范圍。要求學生在規定的時間段內，根據任務書中的內容，自行查閱平臺中給定的資料、微視頻或者網絡資料，完成任務書中的項目內容，自己動手操作使用模擬仿真軟件并達到要求的模擬電機效果。同時要求學生思考“亮考幫”三個問題，即亮一亮自己學到了什么，考一考別人一個問題，幫幫我存在的問題。

任務項目完成后，教師引導學生展示自己的項目成果，要求學生主動展示，給與課堂活躍度積分。學生在線“舉手”，由教師選擇某位“舉手”的同學并許可其連麥和屏幕共享，該同學即可在自己電腦上進行操作演示并講解自己的使用流程，完成之后分享一個自己學到的知識點、操作技巧或心得體會，然后提出一個考點，最后提出一個自己仍然存在的疑問或困惑。之后，教師選擇另一位“舉手”的同學，許可連麥后解答上一位同學提出的考點和存在的疑問。如此反復，教師根據課堂時間和學生掌握情況選擇數量不等的學生參與到該活動環節中。最后，由教師點評總結，將本節的重點內容、學生學習操作過程中遇到的問題進行匯總。通過在線對分課堂的方式，讓學生有更多的時間動手操作，同時可以觀摩學習其他同學的操作過程，思考自己的“亮考幫”，最終保證學生對所學內容的吸收和內化。

三、課程實施情況及效果

（一）運動控制調試仿真軟件配置完備

現有松下MINAS系列伺服系統調試仿真軟件、臺達伺服調試與參數設置仿真軟件和步科步進調試仿真軟件各一套，軟件兼容Windows Vista、Win7、Win8、Win10等多個版本，支持32位、64位系統，配有“安裝指導說明書”，能夠滿足學生自行安裝。

1. 松下MINAS系列伺服系統調試仿真軟件

松下伺服調試仿真軟件安裝完成后，第一步需要選擇模擬操作的設備型號，這里選擇MINAS-A5系列，確定后進入系統。然后進行伺服驅動器的參數設置，參數設置界面包含了伺服系統的多種控制方式，可以對需要使用的控制方式進行相應的參數設置，包括脈沖指令、控制模式、電子齒輪比等具體的參數。

2. 臺達伺服調試仿真軟件

臺達伺服調試軟件包含型號選定、參數編輯、系統分析、狀態監視、報警資訊等功能，以及詳盡的驅動器參數說明文件，方便學生在參數設置時進行快速地查找使用。

3. 步科步進控制系統調試仿真軟件

步科步進控制系統調試仿真軟件包含驅動器的配置、電機配置、工作模式配置等，其中驅動器配置又包含基本操作配置、驅動器參數配置、I/O口配置和實時錯誤信息配置;工作模式配置中包含模擬速度模式、脈沖模式、位置模式等。

通過使用以上介紹的調試仿真軟件，學生可以親自動手設置驅動器的各項參數，同時在設置過程中利用軟件自帶的文檔說明查看每項參數的具體含義。除此之外，以上軟件還具有電機仿真和運行信息監視器功能，能夠根據驅動器設置的參數進行電機驅動仿真測試，能夠將學生設置、修改參數的情況通過仿真電機直觀地展現出來，加深學生對各個參數具體含義的理解，使學生更容易掌握各個系統的使用。

（二）教學活動組合運用多個教學平臺，優勢互補

目前采用的平臺包括釘釘平臺、藍墨云平臺、QQ平臺。釘釘平臺直播功能強大，自帶錄屏功能，支持課前簽到、課中連麥、課后信息統計。藍墨云平臺方便課件、視頻等教學資源的上傳管理，便捷的課后作業發布和批改，靈活的作業分數數據導出。QQ平臺方便進行信息的發布和即時溝通。