疫情下模擬仿真軟件在實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用

陳文明 王民權(quán) 應(yīng)力恒 夏冰冰

摘 ?要： 實(shí)訓(xùn)課程是高職院校學(xué)生動手實(shí)踐的重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。新冠疫情期間，學(xué)生和教師無法正常返校參與線下教學(xué)活動，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)效果大打折扣。為了有效開展實(shí)訓(xùn)在線課程，采用模擬仿真軟件和微視頻相結(jié)合的方式，通過在線對分課堂與多種教學(xué)平臺并用的形式，增強(qiáng)師生互動有效性，提升學(xué)生在線參與度，保證學(xué)生知識的內(nèi)化和吸收，在一定程度上解決了實(shí)訓(xùn)課程在線教學(xué)中的動手實(shí)踐問題。

關(guān)鍵詞： 在線教學(xué); 實(shí)訓(xùn)課程; 仿真軟件; 在線對分課堂

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

一、疫情下實(shí)訓(xùn)課程存在的問題

（一）線上教學(xué)缺少儀器設(shè)備有效支撐，學(xué)生缺少動手實(shí)踐環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程原本在教學(xué)計(jì)劃中是以學(xué)校現(xiàn)有的設(shè)備、儀器為教學(xué)載體，教師通過講授原理知識、實(shí)驗(yàn)操作步驟方法，讓學(xué)生在實(shí)踐動手中掌握知識和技能，樹立安全意識和職業(yè)道德意識的體驗(yàn)式教學(xué)模式。但是在疫情防控期間，教師與學(xué)生無法正常在學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室內(nèi)進(jìn)行原定的教學(xué)活動，而是采用線上講授、學(xué)習(xí)的上課模式，教師在家網(wǎng)上授課，學(xué)生在家網(wǎng)上聽課，身邊沒有教學(xué)設(shè)備儀器，這就打破了原有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的體驗(yàn)式教學(xué)模式，這對此類課程的教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了新的挑戰(zhàn)。

以電氣自動化專業(yè)的專業(yè)必修課運(yùn)動控制技術(shù)及應(yīng)用課程為例，該課程是以學(xué)院現(xiàn)有的亞龍YL-158GA1現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)考核裝置為載體，講授企業(yè)中常用的運(yùn)動控制系統(tǒng)，通過對該裝置的講解和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生對運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方法的系統(tǒng)性思維，提升綜合技能水平。

由于疫情期間學(xué)生無法返校，導(dǎo)致該課程的大部分授課過程和授課內(nèi)容以理論為主。其主要內(nèi)容包括運(yùn)動控制系統(tǒng)組成和基本概念、伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)原理、步進(jìn)運(yùn)動控制系統(tǒng)原理等，其中伺服系統(tǒng)是以松下A5系列伺服電機(jī)、驅(qū)動器和臺達(dá)ASDA-B2驅(qū)動器、ECMA-C20604RS電機(jī)為例，步進(jìn)系統(tǒng)是以步科的3S571-04079步進(jìn)電機(jī)和3M458步進(jìn)驅(qū)動器為例進(jìn)行講授。學(xué)生在線學(xué)習(xí)過程中，以聽為主，被動地接受教師講解理論知識、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣原理圖、接線圖等原理性的內(nèi)容，缺乏主觀的動手操作和實(shí)踐環(huán)節(jié)。以“伺服驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置”教學(xué)章節(jié)為例，伺服驅(qū)動器的參數(shù)類型繁多，每一種類型下又包含眾多的子類型參數(shù)，學(xué)生沒有親自動手實(shí)踐操作設(shè)備，單純通過書面學(xué)習(xí)和記憶來掌握成百上千條參數(shù)，其對設(shè)備參數(shù)的理解程度和運(yùn)用水平必然會大打折扣，學(xué)習(xí)效果可想而知。因此在線教學(xué)模式下，如何讓學(xué)生“學(xué)以致用”，成為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程一個亟待解決的問題。

（二）線上教學(xué)模式下，師生之間無法進(jìn)行有效的互動

在線教學(xué)的課堂組織與教學(xué)方式有別于傳統(tǒng)的線下教學(xué)方式，上課時教師面對著電子屏幕，學(xué)生同樣面對著電子屏幕，教師無法及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，不能對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行有效管控，學(xué)生同樣無法在第一時間反饋?zhàn)约旱囊蓡柡屠Щ?，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(xué)生之間的互動活動帶上了枷鎖，在一定程度上影響了教學(xué)的質(zhì)量。

例如，在線課堂中，如果教師提了一個問題并要求同學(xué)解答，教師只能借助平臺自帶的功能進(jìn)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(xué)生可能會直接打在評論區(qū);如果答案比較復(fù)雜，學(xué)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(xué)回答問題，這個時候大概率就會出現(xiàn)課堂的盲區(qū)，學(xué)生不知道如何回應(yīng);而如果老師指定某位學(xué)生回答，學(xué)生又難以把自己的結(jié)果有效地呈現(xiàn)出來，其他同學(xué)也不能直觀地看到該同學(xué)的作答結(jié)果。即便通過評論留言進(jìn)行回復(fù)或者提問個別同學(xué)的方式，也只能反映個別同學(xué)的學(xué)習(xí)情況，難以整體把控全班學(xué)生的掌握情況。這些都是在線教學(xué)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(jié)合的方式，解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的虛擬動手問題

模擬仿真軟件是設(shè)備供應(yīng)商提供的支持離線調(diào)試仿真的一套軟件系統(tǒng)。學(xué)生將仿真軟件安裝運(yùn)行在自己的電腦端，在沒有儀器設(shè)備的情況下，通過軟件中的虛擬設(shè)備和人機(jī)界面，進(jìn)行模擬操作和運(yùn)行。微視頻是將儀器設(shè)備的操作使用過程進(jìn)行錄制，以知識點(diǎn)或使用步驟為單元，進(jìn)行模塊化、離散化的拆分，一個視頻控制在5分鐘左右，學(xué)生在完成理論知識學(xué)習(xí)之后，通過觀看微視頻，能夠?qū)υO(shè)備儀器及其使用方法產(chǎn)生更直觀的認(rèn)識。通過模擬仿真軟件和微視頻相結(jié)合的方式，在一定程度上彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程線上教學(xué)無法動手操作的不足。

1. 運(yùn)用運(yùn)動控制調(diào)試仿真軟件

根據(jù)課程的需要，針對2套伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)和1套步進(jìn)運(yùn)動控制系統(tǒng)，共提供了3套運(yùn)動調(diào)試仿真軟件用于課堂教學(xué)活動，分別是松下伺服調(diào)試仿真軟件、臺達(dá)伺服調(diào)試軟件、步科步進(jìn)調(diào)試仿真軟件。對應(yīng)于每個軟件，可以進(jìn)行設(shè)備型號選擇、驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置、電機(jī)配置仿真、I/O口配置和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。于此同時，軟件提供了詳盡的說明文件，方便學(xué)生使用和查閱。例如，在進(jìn)行松下伺服控制系統(tǒng)這一單元模塊的教學(xué)過程中，學(xué)生利用松下伺服調(diào)試仿真軟件，親自動手選擇設(shè)備型號，設(shè)置驅(qū)動器各項(xiàng)參數(shù)，模擬仿真電機(jī)運(yùn)行，配置IO輸入輸出，查看電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。同時，在設(shè)置過程中還可以利用軟件自帶的文檔說明查看每項(xiàng)參數(shù)的具體含義，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)和動手實(shí)踐的需要。

2. 錄制制作微視頻

根據(jù)課程進(jìn)度逐步錄制操作視頻，具體內(nèi)容包括設(shè)備的安裝、接線，驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置、試運(yùn)行，程序編寫下載、調(diào)試、運(yùn)行等。視頻展現(xiàn)內(nèi)容以操作使用設(shè)備的實(shí)際場景和步驟為主，以每個系統(tǒng)的操作流程為主線，將設(shè)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(tǒng)和步進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)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(jié)和知識點(diǎn)時，同步展示相關(guān)微視頻，讓學(xué)生將理論知識和實(shí)際設(shè)備操作方法與使用過程進(jìn)行有效銜接;同時，學(xué)生可以通過在線平臺，隨時隨地播放觀看微視頻，鞏固所學(xué)內(nèi)容，加深對設(shè)備的熟悉程度。

（二）采取多種教學(xué)形式并用的方式，增強(qiáng)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(jié)合多個平臺共同使用。課前，QQ平臺即時信息互動交流和發(fā)布，班級QQ群的活躍度和關(guān)注度高，通過該平臺發(fā)布信息可以在第一時間將信息傳達(dá)到每位學(xué)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(shí)施，學(xué)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(jī)的運(yùn)行情況展現(xiàn)給教師和全班同學(xué)共同觀看;課后，藍(lán)墨云平臺管理課件、視頻、作業(yè)等資源層次分明，教師批改作業(yè)、發(fā)表評論、師生互動等功能完善。多平臺共用，充分發(fā)揮每個平臺的優(yōu)勢功能。

2. 采用方便學(xué)生作答的方式，設(shè)置適量隨堂測驗(yàn)

上課過程中，采用彈出式選擇題的方式，學(xué)生操作快速方便，同時教師可以查看全部學(xué)生的正確率，對學(xué)生進(jìn)行知識掌握情況的排摸，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行針對性地鞏固。

3. 搶答式連麥，提高學(xué)生參與度

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

4. “線下”輔助“線上”，進(jìn)一步增加教師與學(xué)生之間的溝通

這里“線下”不是指教師學(xué)生面對面同處一個教室或固定場所內(nèi)，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(nèi)容、師生互動外，剩余時間非常短暫，難以與每一位同學(xué)進(jìn)行有效的溝通，覆蓋面很難達(dá)到100%。因此，教師在課后與學(xué)生進(jìn)行溝通、交流、指導(dǎo)就顯得尤為必要。采用布置課后作業(yè)、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(jìn)行交流，對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行針對性地指導(dǎo)，增加與學(xué)生的互動。

（三）運(yùn)用在線對分課堂，保證學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的吸收和內(nèi)化

將線下對分課堂的教學(xué)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(jié)的重點(diǎn)知識進(jìn)行5-10分鐘的集中講解，并將與該章節(jié)相關(guān)的教學(xué)資料、參考文檔、設(shè)備使用手冊、微視頻等資源提前上傳至平臺該章節(jié)中。然后布置安排模擬仿真項(xiàng)目內(nèi)容，下發(fā)項(xiàng)目任務(wù)書，告知學(xué)生參考查閱資料范圍。要求學(xué)生在規(guī)定的時間段內(nèi)，根據(jù)任務(wù)書中的內(nèi)容，自行查閱平臺中給定的資料、微視頻或者網(wǎng)絡(luò)資料，完成任務(wù)書中的項(xiàng)目內(nèi)容，自己動手操作使用模擬仿真軟件并達(dá)到要求的模擬電機(jī)效果。同時要求學(xué)生思考“亮考幫”三個問題，即亮一亮自己學(xué)到了什么，考一考別人一個問題，幫幫我存在的問題。

任務(wù)項(xiàng)目完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生展示自己的項(xiàng)目成果，要求學(xué)生主動展示，給與課堂活躍度積分。學(xué)生在線“舉手”，由教師選擇某位“舉手”的同學(xué)并許可其連麥和屏幕共享，該同學(xué)即可在自己電腦上進(jìn)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(xué)到的知識點(diǎn)、操作技巧或心得體會，然后提出一個考點(diǎn)，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(xué)，許可連麥后解答上一位同學(xué)提出的考點(diǎn)和存在的疑問。如此反復(fù)，教師根據(jù)課堂時間和學(xué)生掌握情況選擇數(shù)量不等的學(xué)生參與到該活動環(huán)節(jié)中。最后，由教師點(diǎn)評總結(jié)，將本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)習(xí)操作過程中遇到的問題進(jìn)行匯總。通過在線對分課堂的方式，讓學(xué)生有更多的時間動手操作，同時可以觀摩學(xué)習(xí)其他同學(xué)的操作過程，思考自己的“亮考幫”，最終保證學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的吸收和內(nèi)化。

三、課程實(shí)施情況及效果

（一）運(yùn)動控制調(diào)試仿真軟件配置完備

現(xiàn)有松下MINAS系列伺服系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件、臺達(dá)伺服調(diào)試與參數(shù)設(shè)置仿真軟件和步科步進(jìn)調(diào)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(tǒng)，配有“安裝指導(dǎo)說明書”，能夠滿足學(xué)生自行安裝。

1. 松下MINAS系列伺服系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件

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

2. 臺達(dá)伺服調(diào)試仿真軟件

臺達(dá)伺服調(diào)試軟件包含型號選定、參數(shù)編輯、系統(tǒng)分析、狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警資訊等功能，以及詳盡的驅(qū)動器參數(shù)說明文件，方便學(xué)生在參數(shù)設(shè)置時進(jìn)行快速地查找使用。

3. 步科步進(jìn)控制系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件

步科步進(jìn)控制系統(tǒng)調(diào)試仿真軟件包含驅(qū)動器的配置、電機(jī)配置、工作模式配置等，其中驅(qū)動器配置又包含基本操作配置、驅(qū)動器參數(shù)配置、I/O口配置和實(shí)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(diào)試仿真軟件，學(xué)生可以親自動手設(shè)置驅(qū)動器的各項(xiàng)參數(shù)，同時在設(shè)置過程中利用軟件自帶的文檔說明查看每項(xiàng)參數(shù)的具體含義。除此之外，以上軟件還具有電機(jī)仿真和運(yùn)行信息監(jiān)視器功能，能夠根據(jù)驅(qū)動器設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動仿真測試，能夠?qū)W(xué)生設(shè)置、修改參數(shù)的情況通過仿真電機(jī)直觀地展現(xiàn)出來，加深學(xué)生對各個參數(shù)具體含義的理解，使學(xué)生更容易掌握各個系統(tǒng)的使用。

（二）教學(xué)活動組合運(yùn)用多個教學(xué)平臺，優(yōu)勢互補(bǔ)

目前采用的平臺包括釘釘平臺、藍(lán)墨云平臺、QQ平臺。釘釘平臺直播功能強(qiáng)大，自帶錄屏功能，支持課前簽到、課中連麥、課后信息統(tǒng)計(jì)。藍(lán)墨云平臺方便課件、視頻等教學(xué)資源的上傳管理，便捷的課后作業(yè)發(fā)布和批改，靈活的作業(yè)分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。QQ平臺方便進(jìn)行信息的發(fā)布和即時溝通。