基于三維建模軟件與職教云平臺的鉗工實訓教學探討

王智林

（北海職業學院，廣西 北海 536000）

0 引言

鉗工是最古老的機械制造工種，在智能制造的時代背景下，大部分機械制造作業都被機械化和自動化設備所取代，但是機械制造過程中仍然有一些拋光、刮削、研磨和設備安裝調試等操作機器無法替代，仍需手工作業。因此各個高校機械類專業依舊將鉗工實訓作為一門非常重要的基礎實踐課程。但是多數高校卻存在實訓場地緊缺，實訓班級較多，而學生實訓時間相對不足的矛盾。為解決上述矛盾，可以嘗試通過借助職教云平臺和三維建模軟件的介入對鉗工實訓教學進行改進。

1 職教云平臺的教學優勢

近年來，國家對職業教育的日趨重視，各項旨在推進職業教育發展的政策制度也相繼出臺并落實，職業教育正進入一個全新的發展階段。隨著國家經濟的持續發展，各個行業欣欣向榮，對于職業技術人才的需求正與日俱增，學生、企業和社會對現行職業教育持認可的態度，這是職業教育的機遇期。但同時現階段社會的信息化和多樣化，也對傳統職業教育的教學模式提出了更高的要求。能否摸索出一套更適應未來職業教育發展的教學模式顯得尤為重要。基于計算機云技術和網絡大數據的前提下，國內職業院校展開線上線下教學模式的研究，相繼推出多種網絡在線的教育類平臺或APP。本人所在院校目前使用是其中的“云課堂——智慧職教”APP，簡稱“ICVE”，它是職教云平臺（2.0版本）配套的一款移動式教學APP。該職教云平臺主要服務于高職、中職等職業院校，是面向師生的在線教學平臺，由高等教育出版社研究推出。教師可在該平臺上根據自身的要求和課程內容特點進行在線的課程建設[1]。同時該平臺也涵蓋智慧職教、MOOC等資源平臺，教師亦可以直接在該平臺中搜索其他院校同一門課程的優質資源，并直接導入職教云作為自己的教學資源進行編輯和整理。教師之間的教學資源相互借鑒共享，既有利于課程建設的高效性，又利于資源優勢互補。同時通過教師間的借鑒學習，又有助于教師拓寬課程思維和提高課程建設水平。教師可通過智慧職教云平臺更加輕松地管理自己的課程，可以在課前、課中和課后三個環節中發布公告，學習任務、布置批改作業、組織開展課堂教學互動，實現翻轉課堂教學，包括簽到、投票、提問、討論、頭腦風暴等。學生則在該平臺下，查看教師的公告、學習課件、完成提交作業、參與課堂提問、答題和討論等互動環節。在課前——課中——課后的整個教學過程中，教師可以通過職教云平臺實時檢查學生的參與程度、學習進度和完成情況，并根據平臺反饋的各項數據，對學生學習態度和效果進行及時的評價，找出學生在學習中出現的個性和共性問題，給予解決。并對學生學習過程中的表現進行表揚、鼓勵和督促，確保每個學生的學習進度能與課程教學進度保持基本同步，幫助學生保持學習自信，形成良好學習的習慣，提高學生自學、歸納和總結反思的能力。

2 利用職教云平臺實現實訓課堂的預先導入，延展課堂教學

據權威部門統計，我國網民規模超7億人，普及率超50%，超過全球及亞洲的平均水平[2]。目前國內各個高校在校師生隨身網絡移動終端的覆蓋率極高，特別是手機的持有率接近百分之一百。如何通過互聯網技術將職教云平臺和師生的隨身網絡移動終端聯動起來，構建起一個交互式、移動式和多樣化的線上線下混合式教育教學方式，進而提高教育教學的效率，這應該是現在職業教育工作者都在思考開展研究的方向。

以北海職業學院的機電工程系所開展的鉗工實訓教學為例，每個學期涉及10～13個班級，參與學生300～350名。由于班級和學生人數較多，只能分批次進行鉗工實訓教學，每批次為期2周。對于一項以手工作業為主的職業勞動技能而言，2周的訓練時間稍顯不足。想要有效提高訓練效果，可以從提高理論知識基礎這一方面作為切入點，以理論指導實踐。

課前——利用職教云平臺，教師直接在平臺上進行課程設置，上傳相關的PPT課件、操作規范的講解微課、具體動作演示視頻和加工工藝步驟模擬動畫等。并推過平臺的互動互聯功能提前推送給每個即將參與鉗工實訓的學生。學生即可以通過手機端的“云課堂——智慧職教”APP隨時隨地進入鉗工實訓課程學習課件，觀看視頻及動畫，從而使學生提前學習相關的基礎知識、了解鉗工實訓的具體訓練內容和基本加工工藝步驟。通過職教云平臺的先導作用，學生就能對鉗工實訓有基本的理論基礎，待到實訓課堂正式開展實訓教學時候，教師就可以減少理論基礎的講解時間，有效延長實踐動手操作的時間。并且學生通過平臺自主預習所獲得的相關基礎知識，印象往往記憶深刻，具體操作時能更好的做到理論指導實踐，對于實訓效果的提升有明顯的幫助作用。

課中——在鉗工實訓的動手實踐過程中，教師可以將零件的加工圖紙直接上傳職教云平臺。學生直接利用各自手機即可以查看加工圖紙，實現無紙化加工，更利于節約資源，保護環境。教師在巡查的過程中發現學生存在操作問題時，可以通過平臺進行信息的發布，直接幫助學生進行分析和總結，提醒學生具體操作時要注意的加工要點難點。學生在一邊看圖紙加工，一邊可查看老師對于所發現問題的講解，并及時進行改正，有效減少操作失誤。這樣既有利于保持學生動手實踐的連貫性，避免中途集中講解后，學生的勞動積極性下降，又可以減少教師逐個工位進行問題講解的重復勞動，從而保證學生在鉗工實訓過程中動手時間的最大化。另一方面，教師減少重復性問題講解，可以有更多的時間精力加強課堂巡查，利于及時發現學生操作過程中可能出現的操作不當行為和安全隱患。還可以利用手機拍攝學生比較標準規范的操作過程，以短視頻的形式分享到職教云平臺，讓學生相互借鑒學習，同時也能激勵學生實訓士氣，進而提升實訓效果。

課后——在鉗工實訓結束之后，教師還可以繼續通過職教云平臺，進行課后的課堂后延，讓學生進行課后的歸納總結，討論評價等，從而理清在實踐操作中遇到的一些技術或技巧上的難點。學生亦可以繼續通過平臺，向教師提出在其他專業實訓課程中遇到的一些與鉗工相關的技術問題，尋求任課教師的幫助和解答。這樣即有利展開鉗工實訓課程的影響廣度，也有利于師生間的互動交流，增進師生感情，提高學生學習的積極性。

3 利用UG建模軟件構建零件模型，模擬加工工藝步驟，提高實訓效率

要成為一名合格的鉗工應當具備良好的繪圖和識圖能力[3]。近年來，大部分用人單位在招聘機電類工作崗位的描述中都提及繪圖和識圖能力的要求，可見繪圖和識圖能力對于零件加工或者設備裝配工作的重要性。但是目前很多高職院校機電類專業學生的機械制圖基礎并不扎實，對于二維平面圖紙的識讀能力有待提高，傳統鉗工實訓教學僅僅提供平面圖紙給學生識圖加工，很多學生常常出現對零件結構理解不透徹，編排加工工藝不合理，使得工作量增加，容易造成身體疲勞，導致實訓積極性下降，影響實訓教學效果。要解決這個問題，可以引入三維模型作為輔助。三維建模軟件UG是目前市面上功能較強大，應用極廣泛的主流計算機三維建模軟件之一，可在實訓教學中利用該軟件對實訓項目所涉及的零件進行三維建模。當學生對某個實訓項目零件的二維平面圖紙的理解出現困難時，可通過電腦鼠標在該軟件的視窗界面內對數字模型進行拖拽、縮放、反轉等操作，直觀地向學生展示零件的各處結構細節，從而有效解答學生的疑惑。同時零件模型在視窗界面內的縮放、反轉和局部特征的展示過程也可以預先采取錄屏的方式轉化為視頻資料，作為教學資源的一部分，預先上傳至職教云平臺，并推送給學生。這樣學生在實訓過程中，直接就可以在自己的手機端點擊相關零件的三維模型展示視頻，對比二維平面圖紙嘗試自主理解零件結構、尺寸特征和形位特征等。這對于學生養成自主學習的習慣有一定的幫助，同時也會使學生識圖能力得到較大提高。

一名優秀的鉗工是否能夠高效完成加工和裝配工作，除識圖能力和基本技能熟練程度這兩項因素影響外，還取決于具體加工工藝步驟的編排是否合理。但是這方面的能力往往受制于個人工作經驗和思維模式。豐富的經驗和靈活的思維有助于制定更加合理的加工工藝，零件的加工更高效，最終零件的質量也越好。而學生絕大多數缺乏加工方面的工作經驗，即使在充分理解零件結構特征的情況下也較難制定出較為合理的工藝步驟。這就導致加工工序繁瑣、勞動強度增加、零件失敗率較高或者零件質量不達標等情況，這對學生后續實訓的積極性會產生不良影響。本人發現在實訓教學過程中通過圖紙或者零件成品向學生進行加工工藝講解，學生基本能理解，但到實際操作時非常容易忽略具體的操作細節。因此教學過程中本人根據加工零件所用毛坯料的實際尺寸先在UG的界面建立同等尺寸的毛坯模型，并按照零件實際加工步驟，在UG中利用特征工具逐項進行對毛坯模型進行除料，生成最終零件模型。最后將UG界面左側“部件導航器”工具欄中“模型歷史記錄”對應的“附注”逐項修改備注，注明對應的工藝操作方法、加工量和尺寸余量等信息。

以鉗工實訓教學中的典型零件——凹凸配合件為例。從毛坯到成品，將其分解成以下8個主要的加工工藝步驟：

毛坯從81×61銼削至80×60±0.08（圖1）。

圖1 加工工藝步驟1

劃線：劃出凹凸件的輪廓線及中間鋸割線（圖2）。

圖2 加工工藝步驟2

使用Φ3的鉆頭鉆工藝孔（圖3）。

圖3 加工工藝步驟3

使用Φ3的鉆頭鉆工藝排孔（圖4）。

圖4 加工工藝步驟4

鋸割多余材料，保留0.5～1mm的加工余量（圖5）。

圖5 加工工藝步驟5

沿著工藝排孔鏨削掉凹件多余材料，保留0.5～1mm余量（圖6）。

圖6 加工工藝步驟6

參考輪廓線，銼削至圖紙所要求的尺寸和精度（圖7）。

圖7 加工工藝步驟7

8、沿著凹凸件中間分割線進行鋸割，保留3mm不鋸斷（圖8）。

圖8 加工工藝步驟8

如圖1至圖8，凹凸配合件的整個加工工藝步驟清晰的羅列在“附注”中。對該零件的工藝進行講解時，教師只需線將UG軟件界面左側“模型歷史記錄”的勾選全部去除，然后按照從上到下的順序逐項點擊勾選框，并配合“附注”欄中預先備注的加工工藝信息進行講解。在點亮激活對應的選項后，零件每個加工步驟所產生的形狀變化就直觀地呈現在UG右側的視窗界面中。在實訓操作的過程中，學生如果對加工工藝步驟記憶不清時，亦可以隨時在UG界面中自行進行點擊，逐項查看加工步驟，明確零件的加工要點，有效提高實訓效率。

在鉗工裝配工藝講解方面，傳統實訓教學，教師采取實操方式向學生展示機械部件拆裝過程，學生眾多時，只有內圍的學生能看清操作過程，外圍學生無法看清。教師只能采取分組演示，該方式既延長了學生等待的時間，又造成教師重復勞動，效率較低。即使采取攝像頭實時拍攝，投影儀投屏的方式，也會因為光線不足、教師手部遮擋或者零部件存在油污等因素導致學生看不清個別細節。而UG軟件自帶的裝配功能和裝配爆炸功能更能發揮出其輔助鉗工實訓教學的優勢。教師先提前建立好的各個零件模型，在軟件裝配界面中按照實際的安裝順序，逐個零件進行裝配，最終組裝成部件或者設備模型。另外還可以將裝配后的模型進行爆炸，重新分散后，設定零件的飛行軌跡和時間參數等，利用軟件的運動模擬功能，生成零件按設定軌跡復位組裝的仿真動畫。組裝仿真畫面的快慢可根據需要進行調整，零件組裝的飛行軌跡清晰可見，整個裝配工藝過程直觀易懂，學生可以反復查看，學生易學，教師易教。所形成的動畫視頻可以不斷上傳職教云平臺，豐富該課程的教學資源。

4 結語

隨著職業教育的不斷深化發展，其對于國家經濟發展的重要作用，得到國家和社會各方面的肯定。但是步入信息時代后，職業教育也應該與時俱進，靈活地將計算機技術、云平臺融入到傳統的職業教育教學模式中，將原本抽象的教學資源直觀化，將原本相對固定的課堂教學轉變成隨時隨地的線上線下移動教學。降低學生學習難度的同時，也拓寬學生學習的廣度，為國家經濟建設培養更優秀的職業技術人員。