模擬教學(xué)法在數(shù)控實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

張小芹 倫翠芬 趙進(jìn)尚 于晶晶

（河北科技師范學(xué)院，河北 秦皇島 066600）

模擬教學(xué)法融情景教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)于一身，是符合培養(yǎng)職業(yè)能力教育思路的一種現(xiàn)代教學(xué)模式。

目前，國內(nèi)高職院校常常由于缺乏訓(xùn)練設(shè)備、場地、材料和資金，或者實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場與生產(chǎn)實(shí)際環(huán)境差別大等客觀問題，使學(xué)生很難得到在真實(shí)工作崗位實(shí)習(xí)的體驗(yàn)。模擬教學(xué)以“假”代“真”，為學(xué)生提供仿真的實(shí)踐環(huán)境，使學(xué)生能夠在生產(chǎn)組織、工藝程序、現(xiàn)場技術(shù)等方面得到訓(xùn)練，讓學(xué)生在模擬的工作崗位上扮演職業(yè)角色，達(dá)到走上工作崗位后的“零適應(yīng)期”目標(biāo)。

一、模擬教學(xué)法概述

（一）模擬教學(xué)法的內(nèi)涵

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

模擬教學(xué)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(shí)間發(fā)展順序，塑造出原型的基本特征和功能關(guān)系。仿真模塊可以是真實(shí)物質(zhì)的功能模型，如飛機(jī)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(xué)法的實(shí)施步驟

1.準(zhǔn)備。熟悉現(xiàn)實(shí)的問題和解決問題所需的知識以及真實(shí)系統(tǒng)的功能模型（模擬器）。

2.計(jì)劃。對預(yù)計(jì)取得的結(jié)果，相關(guān)聯(lián)系及發(fā)展提出假設(shè)；對模擬試驗(yàn)和運(yùn)行作計(jì)劃，例如數(shù)量、模擬時(shí)間長度；弄懂每個(gè)實(shí)驗(yàn)，例如輸入值、初始條件和測試條件。

3.實(shí)施。設(shè)置初始狀態(tài)，開始，觀察并結(jié)束模擬運(yùn)行，執(zhí)行必要的行動，作決策，保存模擬結(jié)果和模擬流程的信息。

4.評價(jià)/匯報(bào)。評價(jià)收集到的信息，對結(jié)果進(jìn)行提取總結(jié)和介紹；相互比較系列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。決定進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，將結(jié)果存檔，匯報(bào)結(jié)果。

5.反饋。將結(jié)果與一開始提出的假設(shè)進(jìn)行比較，對個(gè)人知識增長進(jìn)行反思，有以下方面：（1）專業(yè)知識和相互關(guān)系。（2）解決問題的操作方法。（3）必需的時(shí)間和時(shí)間計(jì)劃。

二、模擬教學(xué)法在數(shù)控實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

在數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)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(nèi)容，如果直接讓學(xué)生在數(shù)控機(jī)床上加工，以上有一項(xiàng)不合理或操作失誤就有可能造成打刀、損壞機(jī)床及人身安全等問題。在數(shù)控實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用模擬教學(xué)法，既可以使學(xué)生達(dá)到實(shí)物操作訓(xùn)練的目的，又可以大大減少昂貴的設(shè)備投入并降低危險(xiǎn)。

（一）確定實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)

1.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：通過在仿真軟件下模擬如圖1所示凸臺零件的數(shù)控加工操作過程。

圖1 凸臺零件

2.教學(xué)目標(biāo)：（1）學(xué)習(xí)FUNAC 0iM數(shù)控系統(tǒng)的使用；（2）熟悉數(shù)控加工中心操作面板、加工操作過程；（3）通過讓學(xué)生在仿真軟件環(huán)境下，模擬凸臺零件的加工過程，使學(xué)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(diào)試、機(jī)床的正確操作、工件的裝夾、對刀等；（4）提高學(xué)生的動手能力和操作技能；（5）提高學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力；（6）提高學(xué)生合作能力。

（二）教學(xué)條件

計(jì)算機(jī)房，數(shù)控仿真軟件，仿真軟件學(xué)習(xí)視頻，數(shù)控仿真軟件操作說明書。

（三）具體實(shí)施過程

第一步，準(zhǔn)備階段。

教師：準(zhǔn)備零件圖，斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件學(xué)習(xí)視頻，斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件操作說明書，教學(xué)安排計(jì)劃（表1），表中時(shí)間僅供參考。

學(xué)生：（1）分組：共30人，3人/組；（2）與銑削加工相關(guān)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(nèi)容；（3）通過學(xué)習(xí)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(nèi)容。

第二步，計(jì)劃階段（分組進(jìn)行）。

學(xué)生按組做好行動計(jì)劃，包括分析零件圖、分析工藝、編制加工程序與調(diào)試、模擬加工等各環(huán)節(jié)的進(jìn)度安排，并對實(shí)施過程中可能出現(xiàn)的問題和結(jié)果做出預(yù)測。

第三步，實(shí)施階段。

學(xué)生：（1）分析零件圖，編制工藝過程卡（按組進(jìn)行）。在編制工藝過程中，對于加工設(shè)備及刀具的選用，可以在小組內(nèi)引入頭腦風(fēng)暴教學(xué)法，同時(shí)教師準(zhǔn)備相關(guān)的電子和打印文本，使學(xué)生對各種加工設(shè)備及刀具有更深入和全面的了解，在選用時(shí)可以得心應(yīng)手。（2）確定走刀路線，編制加工程序（按組進(jìn)行）；在此過程中可以采用頭腦風(fēng)暴法，設(shè)計(jì)不同的加工方案，最后確定最優(yōu)的加工方案。（3）啟動、登錄數(shù)控仿真軟件，在仿真軟件中模擬操作機(jī)床：開機(jī)、松開急停按鈕、返回參考點(diǎn)、打開程序保護(hù)、輸入程序、裝夾毛坯、裝夾刀具、對刀、輸入刀具補(bǔ)償參數(shù)、模擬凸臺零件的實(shí)際加工（獨(dú)立進(jìn)行）。

此過程中，學(xué)生通過仿真軟件學(xué)習(xí)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(xué)內(nèi)容和時(shí)間安排

第四步，評價(jià)/匯報(bào)。

學(xué)生：（1）以小組為單位，組內(nèi)總結(jié)操作過程中出現(xiàn)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(gè)代表，描述和演示模擬過程。

教師：聽取報(bào)告并討論結(jié)果，介紹正確的模擬操作過程。

第五步，評價(jià)反饋。

學(xué)生：對個(gè)人知識進(jìn)行反思，如切削用量與加工時(shí)間，加工精度的聯(lián)系；操作中出現(xiàn)的問題及解決方法。

教師：預(yù)計(jì)實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的意料之外的情況。

第六步，最終評價(jià)。

成績組成：（1）仿真軟件的實(shí)際操作；（2）結(jié)果匯報(bào)；（3）總結(jié)報(bào)告。

（四）教學(xué)評價(jià)

通過引入模擬教學(xué)法，學(xué)生利用斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件模擬FANUC、SIEMENS等系統(tǒng)的編程和加工功能，可手動編程或讀入CAM數(shù)控加工程序，能在很短時(shí)間內(nèi)掌握凸臺零件的加工操作過程，同時(shí)教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，可隨時(shí)獲得學(xué)生當(dāng)前的操作信息。

三、模擬教學(xué)法應(yīng)用分析

（一）模擬教學(xué)法應(yīng)用范圍

在職業(yè)教育領(lǐng)域引入模擬教學(xué)法，適用于以下兩個(gè)方面：一是在實(shí)習(xí)教學(xué)中，某些專業(yè)（如汽車檢測、故障排除、機(jī)械加工等）要進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場，而現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，既不安全，又不利于學(xué)生訓(xùn)練，且一些設(shè)備價(jià)格昂貴，不適宜學(xué)生實(shí)際操作，初學(xué)者難免操作失誤而帶來損失；第二是為了使有些專業(yè)的學(xué)生在接受技能訓(xùn)練或者學(xué)習(xí)相關(guān)知識點(diǎn)時(shí)，能夠置身于未來從事職業(yè)的社會系統(tǒng)中，可以把繁雜的文字?jǐn)⑹?、?guī)定、要求等融入模擬情境教學(xué)訓(xùn)練中，促使學(xué)生的理解與掌握，感悟未來職業(yè)崗位的氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。

（二）模擬教學(xué)法的特點(diǎn)

1.模擬教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)

（1）可以模仿復(fù)制出危險(xiǎn)、昂貴、復(fù)雜的情景，來達(dá)到學(xué)習(xí)、測試和實(shí)驗(yàn)的目的；（2）可以組織安排個(gè)人獨(dú)立工作和團(tuán)隊(duì)合作；（3）可以通過觀察和實(shí)驗(yàn)來加深對動力系統(tǒng)和加工過程中復(fù)雜的相互作用的理解；4）可以檢測個(gè)人能力和技能；5）可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人探究性的學(xué)習(xí)；6）一個(gè)仿真模型可用于多種不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)和問題情境。

2.模擬教學(xué)法的缺點(diǎn)

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

（三）應(yīng)用模擬教學(xué)法的注意事項(xiàng)

1.用正確的理論作指導(dǎo)

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

2.充分發(fā)揮教師的“導(dǎo)演”作用

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

3.充分發(fā)揮學(xué)生的“演員”作用

要千方百計(jì)調(diào)動學(xué)生的積極性，使他們充分準(zhǔn)備（包括知識、思想、心理等方面的準(zhǔn)備），大膽參與，投入角色，“假戲真做”，機(jī)變靈活，努力創(chuàng)新。

4.科學(xué)地設(shè)計(jì)模擬教學(xué)方案

模擬教學(xué)方案是模擬教學(xué)的行動綱領(lǐng)，它應(yīng)具有：（1）規(guī)范性：要符合政策法規(guī)的規(guī)定，要符合生活的真實(shí)，要有活動過程的規(guī)范。（2）完整性：要有完整的過程。（3）連貫性：各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)銜接自然、緊密。（4）代表性：要重點(diǎn)抓好代表性的環(huán)節(jié)。（5）多樣性：可設(shè)計(jì)多種方案，包括全過程的或某些環(huán)節(jié)的。（6）應(yīng)變性：要預(yù)測情況的可變性，準(zhǔn)備應(yīng)變措施。（7）系統(tǒng)性：要把每門課程的模擬教學(xué)活動統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一安排，使其成為一個(gè)科學(xué)系統(tǒng)。

5.突出學(xué)生能力訓(xùn)練

在一切模擬活動中，要突出“訓(xùn)練”；在一切學(xué)生訓(xùn)練中要突出“能力”訓(xùn)練。要把學(xué)生推到“第一線”，推到“前臺”，不斷地反復(fù)地訓(xùn)練。整個(gè)模擬教學(xué)活動都要以學(xué)生能力訓(xùn)練為中心，都要為學(xué)生能力訓(xùn)練服務(wù)。

6.注重學(xué)生訓(xùn)練實(shí)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(shí)效，使學(xué)生真正受到教益，學(xué)到本領(lǐng)，提高素質(zhì)。每次模擬活動后要做好總結(jié)工作，肯定成績，吸取教訓(xùn)。

實(shí)踐證明，在數(shù)控實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用模擬教學(xué)法，既可以使學(xué)生達(dá)到實(shí)物操作訓(xùn)練的目的，又可以大大減少昂貴的設(shè)備投入并降低危險(xiǎn)。

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