基于虚拟仿真技术的物流自动化课程线上教学方法探讨.pdf

年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 教育研究:./.基于虚拟仿真技术的物流自动化课程线上教学方法探讨 张文峰陈 晨胡 震(南京邮电大学江苏 南京)【收稿日期】基金项目:南京邮电大学教改项目(项目编号:)资助【作者简介】张文峰南京邮电大学 【摘 要】“一带一路”倡议背景下我国物流业的高速发展对现代物流专门人才培养提出了更高要求 为了适应当下物流自动化课程线上教学模式进一步增加学生对于课程的理解与参与度文中提出采用基于虚拟仿真技术的线上互动式教学方法 通过引入相关仿真软件提升学生对于电气控制器件及方式、自动化控制系统、组态技术及物流自动化工业系统的认识并锻炼学生对于物流自动化控制系统的设计能力和实践能力 结合线上虚拟仿真技术提出开展线下验证性实验教学提升实验室的利用效率并增加学生的实践机会【关键词】虚拟仿真线上教学物流自动化【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】()()【】“”.【】引言国家“一带一路”倡议的提出加强了国际区域协作为我国物流业的迅速发展创造了重要的战略机遇 如何面对全球化市场竞争创新物流管理模式、提高物流管理能力是目前摆在物流行业面前的重要课题 作为高等教育者更应该与时俱进创新教育教学方法为国家培养适应现代物流的专门人才 物流自动化是物流工程科学的一个重要研究方向是以系统论、信息论和控制论为基础以物流系统为研究对象以计算机技术、网络技术、自动化控制技术、物流设备和集成技术为工具以提高物流管理效率和可靠性为目标的一项专门技术 通过对物流自动化相关课程的学习可以帮助学生掌握现代物流管理技术适应不断发展的物流管理挑战 同时物流自动化技术也是一门对实践动手能力要求较高的课程 面对 疫情的全球肆虐如何保证“线上 线下”教学模式下学生的课堂参与度与实践动手能力培养是现阶段本门课程需要探讨和解决的重要问题 针对该问题本文结合课堂教学过程中的经验提出采用基于虚拟仿真技术的线上互动式教学与线下实验验证相结合的教学模式 一方面可以保证学生对课程的参与度另一方面可以加深学生对课程的理解并丰富其实践动手能力 物流自动化课程简介物流自动化课程主要教学内容包括基于继电器和可编程控制器的电气控制技术、现场总线技术、监控组态软件技术、第 期张文峰等:基于虚拟仿真技术的物流自动化课程线上教学方法探讨自动化立体仓库、生产物流自动化系统等 可以看到课程与电气控制器件、控制系统以及生产过程结合是一门实践性较强的课程 采用常规理论课讲授式教学一方面难以将问题讲清楚另一方面也难以在学生脑中形成具象不利于学生的理解和记忆 课程虽然安排了实验教学但是不能够让学生及时做到复习和动手实践教学效果不好 疫情爆发以来线下教学和实验教学安排的频繁调整难以保证学生及时走入实验室同时由于线上课程教学难以照顾到学生对知识的理解程度因此造成了部分学生学习效果不佳的现象 基于虚拟仿真的线上互动式教学线上教学在师生之间建立了场所隔离但同时也为师生同时提供了可以互动的个人 终端 因此针对物流自动化课程教学特点本文提出了基于虚拟仿真的线上互动式教学方法以提高师生间的沟通、互动提升学生的课堂参与度互动式教学要求在课堂上营造出良好的教学氛围建立教师和学生之间平等的交流和互动关系通过教师引导来激发学生的积极性和创造性有利于提升教学质量 在线上开展时可以借助师生的 终端积极引入虚拟仿真技术通过师生共同实践的方式提升师生间互动增进课堂趣味性帮助学生掌握所学知识 以电气控制部分教学为例对于常用电气控制器件的讲解可以选取教室、家庭、宿舍中常见的空气开关为导引通过对比、联想进一步引入继电器、断路器等器件使得学生能够较快地融入课堂情境 同时利用在线教学中学生上网、操作电脑方便的特点让学生通过工业电子商城了解现有器件的的发展现状与课本知识形成对比通过互相反馈所观察到器件的异同点加深对这部分知识的了解 同时教师也可以充分利用线上教学软件操作的便利性通过演示视频、等 机械设计软件、等多物理场仿真软件等工具向学生展示常用低压电器的产品拆解、机械设计制造过程、电磁能量转换原理等 一方面帮助学生了解最新的电气控制器件行业现状接触前沿知识另一方面也向学生介绍电工电器等装备的设计制造过程增加对本专业的认识 同理对于可编程控制器的原理介绍也可以通过一起浏览所学可编程控制器产品的网站、学习社区等获取最专业、最前沿的资料目前对于继电器式的电气控制方式可以利用 动画、数字孪生等技术建立常用低压电器器件通过学生对虚拟器件进行连线的方式完成仿真实验 例如图 所示电工仿真软件可以将电气原理图和实物连接图同时给出其中电气原理图展示了课程中讲解的典型控制电路可以使学生加强对理论知识的掌握与复习 实物连接图则将对应的实物图列出通过学生动手连线了解对应控制线路的实物接线过程以及控制过程中的触点动作过程 仿真软件可以完成多项经典案例的控制线路仿真使学生直观地了解各种线路的控制过程 软件包含手动布线和自动布线可以和学生形成互动增强趣味性 目前仿真程序可以涵盖课程中的多数经典控制线路如表 所示满足学生对于继电器式电气控制线路仿真的需求图 电气控制线路仿真软件表 仿真用经典电路序号经典电路异步电动机点动控制线路异步电动机起保停电路具有过载保护的自锁电路异步电动机多点控制电路异步电动机正反转控制自动往返控制延时启动控制自动顺序启动控制 对于基于 的电气控制线路的程序设计及仿真目前很多 厂家已经提供了仿真工具方便检验程序设计的正确性对于该类 程序设计的学习可以结合仿真工具 对于还没有集成仿真工具的 如西门子 系列 可以采用外部开发的仿真软件进行程序仿真验证线上案例式教学的过程中将 程序设计案例分解为经典程序段通过 编译器的在线演示、实践操作等帮助学生了解程序设计的过程充分利用在线课程的优势 同时程序设计过程中还可以纠错演示、对比演示等方法增加学生对程序设计过程的认识进而熟悉 程序设计原则 图 为西门子公司提供的 /程序设计编译平台该平台不仅支持 型图编程还支持语句表编程容易上手对学生在线学习 编程十分友好并且西门子公司官网和学习社区提供了大量资料方便学生基于线上开展程序设计练习图 /程序设计平台物流工程与管理第 卷 对于编译成功的程序可以进一步下载至仿真软件进行仿真以验证程序的正确与否 目前已有多款软件支持 系列 程序的仿真图 为其中一款可以看到软件能够模拟多款 系列 可以清晰地展示 各地址位在程序执行过程中的状态变化 同时软件支持功能指令和顺序指令可以覆盖课程中的大部分的案例同时软件还支持逐条验证程序设计帮助学生检查和理解每条语句的含义 同时仿真软件可以与组态王软件建立连接方便学生进行组态设计和联合仿真图 系列 程序仿真软件 自动化立体仓库利用多层立体货架存储物资使用自动控制运输车进行存取作业 生产物流自动化则借助自动化设备完成产品在生产、检验、包装及发送等环节的流转 这是自动控制在物流领域的典型应用案例 在教学时不仅要关注相关理论学习更要使学生熟悉相关应用场景并结合场景锻炼学生的设计与动手能力 在线上教学时为了使学生能够如临其境更好地熟悉设计环境引入了 模拟工业应用场景 是一款蕴含了工业系统搭建和 控制系统调试的交互式教学仿真软件允许用户通过拖拽的方式简单快捷地创建 工业系统以构建一个虚拟的被控对象是开展物流自动化教学、实训的便捷工具 图 为基于 构建的虚拟被控传送带模型图 虚拟被控对象 通过前述 仿真软件与 连接就可以完成具有虚拟应用场景的物流自动化控制系统直观地反应控制系统设计情况综上所述借助机械设计、电磁场分析软件完成电气控制器件原理的介绍可以增加学生对电气控制器件原理的理解通过电工仿真软件可以使学生实际地动手仿真基于继电器的电气控制线路通过 编程与仿真软件可以使学生能够实现程序的仿真验证 通过 与组态王软件、等软件建立连接构建虚拟立体仓库和生产物流自动化等应用场景控制可以使学生在线上进行实际的物流控制场景演练从而增加学生对于物流自动化课程的理解 通过这些虚拟仿真技术的引入使得学生在线上完成课堂理论的实践与验证增加了学生学习的兴趣 线下验证性实验教学通过在线上教学中融入虚拟仿真实验可以使学生较好地进行物流自动化的实验来验证自己的想法从而实现课程实验的部分功能 但是虚拟仿真不能完全代替实验在满足线下开展实验教学时需要进一步带领学生通过实物实验更好地理解课程内容 这种情况下如果依然按照原实验程序安排不考虑学生已完成线上虚拟仿真实验显然会造成实验课时的浪费 对于此本文认为应充分利用实验室条件将线下的实验课程设计为验证性实验教学 即将学生线上课程中完成的虚拟仿真实验程序带进实验室高效地利用实验室开展实物实验验证 一方面使学生熟悉实验器材另一方面在实物层面更多、更高效地实现自己的想法 这样既可以高效利用实验室也增加了学生的实践机会对于因疫情完全不能进入实验室的情况可以安排观摩性实验视频由教师操作带领学生熟悉实验流程 针对课上完成的虚拟仿真案例进行实物实现让学生了解案例实现的全过程 结语物流自动化是现代物流专门人才需要掌握和应用的专门技术之一对物流自动化的学习需要结合实际的应用场景为了满足疫情条件下线上教学的需要本文提出了基于虚拟仿真的线上互动式教学方法 通过机械设计软件、电磁场仿真软件、电工仿真软件、编程和仿真软件、组态王软件以及 虚拟工业系统软件的应用及组合仿真实现了虚拟电气控制器件、控制系统、组态环境以及物流自动化工业环境的构建使学生在线上即可熟悉物流自动化控制过程 同时提出采用验证性的线下教学提升了实验室资源的利用率并增加了学生实践锻炼的机会参考文献 谢泗薪侯蒙.“一带一路”战略架构下基于国际竞争力的物流发展模式创新.中国流通经济():.刘小军张滨.我国与“一带一路”沿线国家跨境电商物流的协作发展.中国流通经济():.陈文彬.智能制造背景下高职人才培养模式改革研究.南昌:江西科技师范大学.(下转第 页)第 期刘晓燕:高职院校高水平专业群课程体系构建研究图 与职业能力相对接的课程内容开发逻辑图 开发设计与职业能力培养相对接的课程内容体系需要转变教师的课程观从课程开发的理论依据、课程的开发过程、课程的教学实施过程、课程的教学考核评价等各个方面来改变认识和做法由学科本位调整为能力本位突出对学生专业能力、方法能力和社会能力的培养强调手脑并用的“做中学”和“行动导向的学习”与职业标准相对接的高职专业课程内容体系的构建应该从课程观、课程目标、课程内容、课程结构、课程活动方式这几方面全方位来进行改革将新技术、新管理方式、新服务理念等教学内容纳入课程内容体系培养创新型、复合型专业人才.高水平专业群课程体系构建首先需要组建高水平双师队伍高水平专业群课程体系的构建首先需要组建高水平双师队伍高水平专业群课程体系和教学内容体系的构建都离不开行业专家的共同参与高职院校要搭建校企科研和交流平台全面提高师资队伍的职业品质、专业素养、教学能力、科研能力、实践能力等高职院校要制定政策促进高职院校老师和行业专家双向进行挂职和交流创新学校用人机制吸引高级技能型人才到高职院校就职真正建成懂实践、能科研、善教学的双师型教师队伍参考文献 汤洪宇丁承学.对接产业链的物流管理专业链动态建设机制研究与探索.物流科技():.杨倩.“双高”建设背景下广东高职院校实施物流管理 证书制度的研究.物流科技():.张卫林.产教融合背景下高职院校教学改革模式研究.决策探索(中)():.杨庆张丹.基于能力本位的高职院校模块化课程体系研究.时代汽车():.李必新李仲阳唐林伟.职业性、开放性与实践性:职业教育课程体系的构建依据.中国职业技术教育():.田静石伟平.走向共生:高职专业群课程体系的问题反思与重构路径.职业技术教育():.杨晓卢琳何梦嘉翁勤晴.基于宜宾物流产业发展背景下专业群构建研究 以宜宾职业技术学院为例.技术与市场():.惠青陈松.基于需求导向的物流管理专业课程体系重构和实践.物流工程与管理():.徐国庆.“双高计划”高职院校建设应主要面向高职教育发展的重难点.职教发展研究():.王国川.高职专业课程体系建构探究.教育与职业():.(上接第 页)李政涛.基础教育的后疫情时代是“双线混融教学”的新时代.中国教育学刊():.冯英杰朱爱孔.高校教学质量提升的路径探索 以互动式教学为例.武汉船舶职业技术学院学报():.张铮朱建平李军涛张丽珍.物流自动化技术课程教学实验设计.物流工程与管理():.曹美媛覃凤周莹曾丽萍.浅谈疫情下虚拟仿真技术在 实践教学中的应用.工业控制计算机():.焦建利周晓清陈泽璇.疫情防控背景下“停课不停学”在线教学案例研究.中国电化教育():.刘烨.虚拟仿真技术在高职物流管理专业实训教学中的应用.物流工程与管理():.李祺聂为之房朝晖袁博.基于虚拟仿真技术的线上项目式教学探索.实验技术与管理():.