多媒体视频互动系统在数控机床实训中的应用研究

施立钦

宁波职业技术学院 浙江宁波 315800

计算机软、硬件及互联网等信息技术的飞速发展，既给现代职业技能教学带来了发展机遇，又对传统专业人才培养模式提出了新的挑战。为突出职业学校鲜明的“职业”特点，必须要求学生掌握专业技术和技能，大力提高学生的实践能力，培养技能型应用人才。而许多高职院校数控技术专业面临着教学方法滞后、实践效果差、安全隐患不断、教师资源不足等诸多问题。因此，在有限的实训教学中，如何改变传统的教学方法，激发学生的积极性，提高教学质量，确保教学安全显得非常迫切。针对实训教学中存在的诸多问题，笔者经过多年的研发、探索，与大量的客户沟通，整合最新的嵌入式计算机技术、网络技术、多媒体技术，研发了多媒体数码互动教学系统，从根本上改变了传统实训教学过程中的教学模式，有利于调动学生积极性，提高了教学互动性和趣味性，同时也大大提高了教学效率。[1,2]。

1 多媒体数控机床实训互动教学系统简析

多媒体数控机床实训互动教学系统主要以易用性、稳定性、实用性、先进性为主要设计原则，在软、硬件结合和网络技术等基础上，围绕数控机床实训教学过程中产生的各种需求进行整体规划和设计。由高清示教系统、视频监控系统、视频显示系统、语音对讲系统、集中控制系统及课程录播等多个子系统构成，这些子系统又通过后台软件融合成一个有机的整体。它能与iPad等便携式移动终端连接，辅导教师和学生可以直接在移动终端上观看互动教学过程，也可以实时直播到网络的任何节点进行观摩和交流(如图1所示)[3,4]。

图1 教室与实训现场互动的教学模式

2 多媒体视频互动系统在数控机床实训中的教学模式

2.1 高清示教系统

在数控机床机组中，有一台示教机床，用于辅导教师演示整个操作过程。在该机床的上方安装一台高清摄像机，用来拍摄机床控制面板的操作，另一台安装于机床内部，用于拍摄机床加工过程中零件的3D动态图形演示的操作细节，拍摄的图像均可在视频显示系统中根据需要进行放大和显示(如图2所示)[5]。

2.2 视频监控系统

在每台机床上方都安装一台带云台的摄像机，用于拍摄机床操作过程。教师可以通过后台软件，根据需要对摄像机镜头进行拉升和移动操作[6]，并可将任意一路画面进行放大显示，还可按实际设备数量进行4，9，16，25，36画面分割显示(如图3所示)。

图3 多画面监控软件界面示意图

2.3 视频显示系统

显示系统包括一台3000流明的超短焦投影机和六台32英寸液晶电视机。投影机与白板之间的安装距离不超过80 cm就可以投放出96英寸的画面，并且亮度在3000流明以上，可以充分保证教学过程中示教画面的效果(如图4所示)。教师的课件、示教机床的实时视频信号、普通机床的视频信号都可以被随意拖到任意的显示屏上，画面可以单独放大亦可多画面分割显示[7]。

图4 超短焦投影画面显示效果示意图

2.4 语音对讲系统

每台机床旁边都将安装一个语音控制盒，学生可以通过呼叫按钮向教师求助(如图5所示)。教师既可以与该学生进行一对一讲话，也可以进行语音广播让所有实际操作的学生听到自己的讲解。由于教师可以点击放大任何一个学生的操作画面，因此他可以在发现某个学生操作中出现问题时进行及时的纠正和讲解[8]。

图5 语言对讲系统

2.5 课程录播系统

在授课过程中，教师的PPT课件、示教机的高清视频画面、教师的授课画面都可以在网络上同步直播，并且可以存储以供后期点播(如图6所示)。教师授课的板书过程也可以详细地被记录下来，录制下来的课件被自动上传到录播服务器的Web后台，用户可以通过浏览器进行后期剪辑和点播。操作非常方便，中控面板上有录制、暂停、停止等操作按键，支持一键录制。

图6 两画面实训过程网络直播效果图

3 实施效果

多媒体机床类实训互动系统的运用，改变了传统课堂的组织形式、师生的互动交流形式以及教学过程数据的采集模式。教室、实训车间以及教育资源平台(服务器)之间通过校园网络建立起视频信息通道，构造丰富的同步教学、异步教学应用，从而实现人人、时时、处处轻松实现高效教与学的目标。

将多媒体教育设备应用于实践教学中，在教室与实训车间、实训设备之间，通过网络建立起视频和音频通道，从而使指导教师、学生在教室、办公室或在学校有网络的任何地方都能看到实训室的视频直播或点播。

针对车床类实践教学中存在的诸多问题，整合最新的嵌入式计算机技术、网络技术、多媒体技术，采用多媒体数码互动教学系统，从根本上改变了传统实训教学过程中一对一的模式，提高了教学互动性、趣味性和教学效率。

录制系统采集的视频信号还可以汇总到监控室，查看各个学生的实际操作情景，提高车床类实训教学的安全性。

全部教学过程和学生在实训机床的操作过程将被录制并上传到教育资源管理发布平台，做分类和分权限管理，供广大师生课外以点播的方式收看，以便改进教学，也可以实时直播到校园网的任何节点上。

4 结束语

多媒体机床类实训互动教学系统以易用性、稳定性、实用性、先进性为主要设计原则，围绕机床实训教学过程中产生的各种需求进行统一规划设计和改进。易用性，主要是降低教师和学生使用这套系统的门槛，使之能够将更多的精力投入到实训教学中，而不是将宝贵的时间浪费在学习使用互动教学设备中。稳定性，是解决系统可用性，降低故障产生的概率，本系统完全采用嵌入式设计和模块化设计，各个模块都是专用芯片和操作系统。具有防病毒、功耗低、发热小等特点，可以24小时不间断运行。实用性，是针对教学过程中产生的各种需求进行专门设计，例如远程呼叫、语音对讲、高清画面示教等。先进性，则是从系统的扩展性和当前最新技术的应用角度考虑。该系统支持与iPad等便携式移动终端进行连接，辅导教师和学生可以直接在移动终端上观看互动教学过程。同时，互动教学过程可以实时存储到资源服务器中，也可以实时直播到校园网的任何节点上。

[1]袁赛.多媒体技术在实践教学中的应用探索[J].科教导刊,2012(2):26-28.

[2]周伯伟.多媒体技术在工程训练中的应用[C].2005(11):15-17.

[3]刘祖其.数控系统及发展趋势[J].制造业自动化,2009(12):31-33.

[4]王彩霞.数控系统与数控机床技术发展趋势[J].新技术新工艺,2010(4):20-23.

[5]戴玲.浅析数控技术发展趋势—智能化数控系统[J].科学大众,2011(12):132-134.

[6]张豪锋,李春燕.网络学习生态系统的平衡机制探索[J].河南师范大学学报,2009(2):244-247.

[7]徐晓萍,雷峰.浅谈多媒体网络课程中视频技术的应用[J].网络与信息,2008(12):27-28.

[8]罗辉群.基于语音视频技术实时答疑系统的研究与应用[J].华南师范大学学报,2006(4):20-23.