技工院校鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)智能化探究

摘 要：技工院校鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，智能化教學(xué)改革勢(shì)在必行。實(shí)踐探索建立智能化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，融合多傳感器數(shù)據(jù)采集、圖像識(shí)別、云計(jì)算等技術(shù)手段。通過智能設(shè)備監(jiān)測(cè)學(xué)生操作行為，分析技能掌握情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示學(xué)生操作規(guī)范性明顯提升，工件質(zhì)量顯著提高，學(xué)習(xí)效率持續(xù)改善。智能化教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提升教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐證明智能化實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革路徑可行，為技工院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)創(chuàng)新提供新思路。

關(guān)鍵詞：技工院校 鉗工實(shí)訓(xùn) 智能化教學(xué) 教學(xué)改革 實(shí)踐創(chuàng)新

工業(yè)智能化發(fā)展對(duì)技能人才培養(yǎng)提出新要求，傳統(tǒng)鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)難以適應(yīng)現(xiàn)代職業(yè)教育需求。智能化教學(xué)融入傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程精準(zhǔn)監(jiān)控、及時(shí)反饋、智能評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)外智能化教學(xué)研究成果豐富，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯著，面對(duì)產(chǎn)業(yè)革命新機(jī)遇，鉗工實(shí)訓(xùn)智能化教學(xué)探索意義重大，對(duì)推動(dòng)技工院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革具有啟示作用。

1 鉗工實(shí)訓(xùn)智能化教學(xué)體系

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展，技工院校鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)正面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式主要依靠教師傳授知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)接受，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。智能化教學(xué)體系充分運(yùn)用智能傳感器、數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，通過數(shù)據(jù)采集分析學(xué)生操作過程，實(shí)時(shí)評(píng)估練習(xí)效果[1]。在具體操作中，智能設(shè)備對(duì)學(xué)生鉗工操作姿勢(shì)規(guī)范性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄工件加工精度、完成時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)。通過智能分析平臺(tái)對(duì)學(xué)生個(gè)體差異深入研究，為每名學(xué)生制定專屬學(xué)習(xí)計(jì)劃，推送針對(duì)性練習(xí)任務(wù)。智能化教學(xué)體系還建立了完善的數(shù)據(jù)分析模型，對(duì)學(xué)生技能掌握程度進(jìn)行量化評(píng)估，幫助教師精準(zhǔn)把握教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)。這種智能化教學(xué)模式不僅提高了教學(xué)效率，更為技工院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)注入新活力，推動(dòng)鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量全面提升。

2 鉗工實(shí)訓(xùn)智能化平臺(tái)構(gòu)建

2.1 智能化硬件系統(tǒng)架構(gòu)

智能化鉗工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用分層式硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，在底層搭載高精度位移傳感器、力矩傳感器、工況監(jiān)測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉗工操作全過程數(shù)據(jù)采集。中層配備工業(yè)級(jí)處理器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)信號(hào)處理分析[2]。頂層集成智能交互屏、云數(shù)據(jù)終端，為師生提供直觀操作界面。具體設(shè)備配置上，工作臺(tái)集成壓力感應(yīng)裝置，監(jiān)測(cè)鉗口夾持力度；臺(tái)鉗配備角度傳感器，檢測(cè)工件加工姿態(tài)；銼刀裝配智能手柄，記錄銼削軌跡。通過多傳感器協(xié)同作用，構(gòu)建全方位監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。智能終端將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳云平臺(tái)，經(jīng)算法分析生成操作評(píng)估報(bào)告。工作臺(tái)四周設(shè)置攝像頭陣列，捕捉學(xué)生操作細(xì)節(jié)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別不規(guī)范動(dòng)作并報(bào)警提示。為確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，采用雙通道備份機(jī)制，主信道采用光纖網(wǎng)絡(luò)，備用通道使用無線傳輸。硬件系統(tǒng)整體布局采用模塊化設(shè)計(jì)，便于設(shè)備維護(hù)升級(jí)。各功能模塊間通過數(shù)據(jù)總線連接，保證信息傳輸實(shí)時(shí)性。這種層級(jí)分明、功能完備、可擴(kuò)展性強(qiáng)的硬件架構(gòu)，為鉗工實(shí)訓(xùn)智能化教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)（圖1）。

2.2 實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

智能化鉗工實(shí)訓(xùn)課程以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能為核心，打破傳統(tǒng)照本宣科模式。課程設(shè)計(jì)融入數(shù)字化教學(xué)元素，將鉗工基礎(chǔ)知識(shí)制作成微課視頻，學(xué)生通過智能終端自主學(xué)習(xí)。實(shí)訓(xùn)任務(wù)按難度劃分基礎(chǔ)模塊、進(jìn)階模塊、拓展模塊三個(gè)層次，學(xué)生根據(jù)個(gè)人能力選擇學(xué)習(xí)進(jìn)度?；A(chǔ)模塊重點(diǎn)訓(xùn)練鉗工六大基本技能：劃線、鏨削、鋸割、銼削、鉆孔、攻絲和套絲。進(jìn)階模塊側(cè)重典型零件加工，強(qiáng)化精度控制能力。拓展模塊著眼創(chuàng)新設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生開發(fā)新型工裝夾具。課程內(nèi)容突出實(shí)踐性，理論講解精煉，著重工藝要點(diǎn)。智能教學(xué)平臺(tái)記錄學(xué)生每次練習(xí)數(shù)據(jù)，分析操作規(guī)范性，提供改進(jìn)建議[3]。教師根據(jù)智能分析結(jié)果，針對(duì)性調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程設(shè)計(jì)。課程評(píng)價(jià)采用過程性評(píng)價(jià)，注重考查學(xué)生技能熟練度、創(chuàng)新能力。智能化實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)獨(dú)立思考能力，提升職業(yè)技能水平。

2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系

智能化鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)評(píng)價(jià)模型采用加權(quán)計(jì)分方式，通過公式：

進(jìn)行綜合評(píng)分。N代表學(xué)生綜合得分，α、β、γ分別為操作規(guī)范性、工件精度、加工效率三個(gè)維度權(quán)重系數(shù)，權(quán)重之和為1，其中α、β、γ初始權(quán)重分別按0.4、0.3、0.3設(shè)置。A代表操作規(guī)范性評(píng)分，包含工具使用姿勢(shì)、操作動(dòng)作連貫性、安全防護(hù)執(zhí)行情況；B代表工件精度評(píng)分，涵蓋表面粗糙度、尺寸公差、形位公差等參數(shù)；C代表加工效率評(píng)分，統(tǒng)計(jì)單件加工時(shí)長(zhǎng)、工序轉(zhuǎn)換效率、廢品率等數(shù)據(jù)；A、B、C均按100分制給分。系統(tǒng)通過視頻圖像識(shí)別技術(shù)監(jiān)測(cè)操作行為，激光掃描儀采集工件數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)得分。評(píng)價(jià)模型內(nèi)置預(yù)警功能，當(dāng)?shù)梅值陀陬A(yù)設(shè)閾值時(shí)發(fā)出提醒。智能分析系統(tǒng)依據(jù)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)繪制技能發(fā)展曲線，預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)趨勢(shì)，輔助教師開展因材施教。模型根據(jù)教學(xué)實(shí)踐反饋定期迭代優(yōu)化，動(dòng)態(tài)調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，不斷提升評(píng)估準(zhǔn)確性。各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)通過大量實(shí)踐數(shù)據(jù)分析確定，確保評(píng)價(jià)結(jié)果客觀公正。

2.4 實(shí)訓(xùn)資源管理機(jī)制

智能化實(shí)訓(xùn)資源管理采用數(shù)字化平臺(tái)統(tǒng)籌調(diào)配，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源精準(zhǔn)配置。實(shí)訓(xùn)設(shè)備、主要工具配備智能芯片，全面記錄使用頻率、磨損程度、保養(yǎng)周期等關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)工具全生命周期管理。系統(tǒng)基于教學(xué)計(jì)劃和設(shè)備狀態(tài)，智能分配工位資源，避免設(shè)備閑置浪費(fèi)，提高資源使用效率[4]。智能柜采用現(xiàn)代化管理方式進(jìn)行工具存取，學(xué)生通過刷卡系統(tǒng)規(guī)范取用，系統(tǒng)自動(dòng)記錄每件工具的使用情況和使用者信息，確保工具管理責(zé)任明確。原材料管理模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控庫(kù)存數(shù)量和使用狀態(tài)，當(dāng)庫(kù)存達(dá)到預(yù)警值時(shí)自動(dòng)生成采購(gòu)計(jì)劃，保證教學(xué)物資供應(yīng)充足。

維修保養(yǎng)模塊運(yùn)用預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，通過分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障，提前安排檢修維護(hù)，有效降低設(shè)備損壞率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。資源調(diào)度系統(tǒng)采用智能算法，深入分析歷史使用數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確把握高峰時(shí)段特征，科學(xué)合理分配實(shí)訓(xùn)時(shí)間，提升整體運(yùn)行效率。數(shù)字化資源管理平臺(tái)詳細(xì)記錄每件工具的使用壽命指標(biāo)，精確預(yù)測(cè)更換周期，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源的精細(xì)化管理。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地按照功能需求科學(xué)劃分區(qū)域，配備智能門禁和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握?qǐng)龅厥褂脿顩r，確保教學(xué)環(huán)境安全高效。

耗材管理模塊建立完整的使用追蹤機(jī)制，準(zhǔn)確記錄材料使用去向和使用量，建立科學(xué)的材料定額標(biāo)準(zhǔn)，有效減少資源浪費(fèi)。智能化管理機(jī)制通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，持續(xù)優(yōu)化資源配置方案，顯著提升資源利用率，有效降低運(yùn)營(yíng)成本，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)的順利開展提供堅(jiān)實(shí)保障。管理平臺(tái)定期生成全面的資源使用分析報(bào)告，包含使用效率、維護(hù)成本、更新需求等多維度數(shù)據(jù)，為資源優(yōu)化配置提供可靠的決策依據(jù)。平臺(tái)還整合了供應(yīng)商管理、成本核算、質(zhì)量監(jiān)控等功能模塊，構(gòu)建起完整的實(shí)訓(xùn)資源管理生態(tài)體系，推動(dòng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理水平不斷提升。

3 鉗工實(shí)訓(xùn)智能化實(shí)踐分析

3.1 實(shí)驗(yàn)研究方案

智能化鉗工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)面向技工院校模具專業(yè)二年級(jí)學(xué)生開展，實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)周期設(shè)定為八周，每周實(shí)訓(xùn)課時(shí)按教學(xué)計(jì)劃安排。實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋鉗工核心技能模塊，包括平面加工、曲面加工、組合零件制作三個(gè)項(xiàng)目。實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地配備智能化教學(xué)設(shè)備，搭建數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生分組進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，配備指導(dǎo)教師全程跟蹤。實(shí)訓(xùn)過程中智能設(shè)備全程采集操作數(shù)據(jù)，記錄學(xué)生技能提升軌跡[5]，輔助學(xué)生掌握標(biāo)準(zhǔn)操作流程，糾正不規(guī)范動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程采用模塊化教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，學(xué)生可根據(jù)個(gè)人進(jìn)度選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容；實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置循序漸進(jìn)，從基礎(chǔ)技能到綜合實(shí)踐逐步深入，促進(jìn)學(xué)生技能全面發(fā)展。教師通過智能分析平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握學(xué)生練習(xí)情況，利用數(shù)字化平臺(tái)多方位針對(duì)性指導(dǎo)，提高教學(xué)效率及質(zhì)量。同步配套開發(fā)電子教材資源，方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)過程強(qiáng)調(diào)安全意識(shí)培養(yǎng)，建立智能化安全預(yù)警機(jī)制。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)采用過程性評(píng)估（圖2），注重考查學(xué)生獨(dú)立思考解決問題能力。

3.2 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

基于八周的智能化鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐，通過全方位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。智能傳感系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生操作規(guī)范性得到顯著改善，不規(guī)范動(dòng)作頻率大幅降低。工件質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明，學(xué)生在平面度、尺寸精度等關(guān)鍵指標(biāo)的加工水平明顯提升，整體加工效率也有較大進(jìn)步。學(xué)生技能評(píng)估得分整體呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，后期表現(xiàn)較初期有質(zhì)的飛躍。通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)智能化教學(xué)模式表示認(rèn)可，學(xué)習(xí)積極性明顯提高。智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)生成的學(xué)習(xí)軌跡分析顯示，學(xué)生在曲面加工、組合零件制作等難點(diǎn)項(xiàng)目上的技能掌握速度較傳統(tǒng)教學(xué)有顯著提升。從教師反饋來看，智能化教學(xué)平臺(tái)幫助其更精準(zhǔn)把握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，教學(xué)針對(duì)性和效果提升明顯。實(shí)踐證明，智能化教學(xué)模式在提升學(xué)生實(shí)踐技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等方面取得顯著成效，為鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革提供了可靠的實(shí)踐依據(jù)。

3.3 教學(xué)改進(jìn)措施

智能化鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐過程中暴露出一些需要優(yōu)化完善的環(huán)節(jié)。首要任務(wù)是加強(qiáng)教師培訓(xùn)體系建設(shè)，通過組織教師參加智能化設(shè)備操作培訓(xùn)來提升其信息技術(shù)應(yīng)用能力。針對(duì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的學(xué)生操作不規(guī)范問題，應(yīng)著力強(qiáng)化智能糾錯(cuò)系統(tǒng)精準(zhǔn)度，利用圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤動(dòng)作的實(shí)時(shí)糾正精準(zhǔn)提醒。同時(shí)，需要進(jìn)一步改進(jìn)智能評(píng)價(jià)體系，通過細(xì)化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和增加創(chuàng)新思維評(píng)估指標(biāo)來優(yōu)化數(shù)據(jù)分析模型，提高預(yù)警準(zhǔn)確性，幫助教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)習(xí)障礙。在教學(xué)資源建設(shè)方面，應(yīng)當(dāng)完善智能化教學(xué)資源庫(kù)，補(bǔ)充虛擬仿真教學(xué)內(nèi)容，并合理調(diào)整課程進(jìn)度安排，為學(xué)生預(yù)留充足的練習(xí)時(shí)間。此外，還需要改進(jìn)智能設(shè)備交互界面以提升用戶體驗(yàn)，建立定期檢修機(jī)制確保教學(xué)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生工匠精神，通過建立激勵(lì)機(jī)制和引入企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目來推動(dòng)產(chǎn)教融合，全面提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)用性。

3.4 應(yīng)用推廣研究

3.4.1 推廣策略設(shè)計(jì)

智能化鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的推廣采取循序漸進(jìn)的實(shí)施策略，以確保改革平穩(wěn)有序開展。首先選取基礎(chǔ)條件較好的示范校區(qū)作為試點(diǎn)，通過小范圍實(shí)踐探索積累經(jīng)驗(yàn)，為全面推廣奠定基礎(chǔ)。在資金投入方面，積極尋求校企合作，通過共建實(shí)訓(xùn)基地、設(shè)備共享等方式降低建設(shè)成本。設(shè)備改造采用模塊化方案，根據(jù)各校實(shí)際情況分批實(shí)施，優(yōu)先配置核心功能模塊，逐步完善拓展功能。同時(shí)建立區(qū)域性教學(xué)資源共享聯(lián)盟，通過統(tǒng)一平臺(tái)整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)教學(xué)案例、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等資源的共建共享。通過建立示范引領(lǐng)機(jī)制，發(fā)揮優(yōu)質(zhì)校區(qū)的帶動(dòng)作用，推動(dòng)智能化教學(xué)模式在更大范圍內(nèi)復(fù)制推廣，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革效益最大化。對(duì)于教學(xué)改革中遇到的問題，定期組織區(qū)域內(nèi)學(xué)校交流研討，互學(xué)互鑒，共同提高。

3.4.2 保障機(jī)制建設(shè)

為確保智能化實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革順利推進(jìn)，構(gòu)建多層次保障體系至關(guān)重要。主要的方法有：（1）組建由技術(shù)專家、教學(xué)專家和企業(yè)專家組成的指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，為改革實(shí)施提供專業(yè)支持。（2）建立規(guī)范化的質(zhì)量評(píng)估認(rèn)證機(jī)制，從設(shè)備配置、教學(xué)實(shí)施、學(xué)生評(píng)價(jià)等方面制定詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，定期開展評(píng)估認(rèn)證工作。（3）制定標(biāo)準(zhǔn)化的推廣實(shí)施指南，明確改革目標(biāo)、實(shí)施路徑、考核標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵要素，為各校開展改革提供操作指引。（4）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，通過組織培訓(xùn)、交流研討等方式提升教師信息技術(shù)應(yīng)用能力和教學(xué)創(chuàng)新能力。（5）建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，通過定期收集各方反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化完善，不斷提升智能化教學(xué)質(zhì)量。（6）建立激勵(lì)約束機(jī)制，對(duì)改革成效顯著的單位和個(gè)人給予表彰獎(jiǎng)勵(lì)，營(yíng)造良好的改革氛圍，推動(dòng)智能化教學(xué)改革持續(xù)深入。

4 結(jié)語

技工院校鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)的智能化改革取得了顯著成效，通過多維度數(shù)據(jù)分析和智能化手段的深度應(yīng)用，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化的教學(xué)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)體系，有效提升了整體教學(xué)質(zhì)量。在智能化學(xué)習(xí)環(huán)境下，學(xué)生不僅實(shí)踐技能得到全面提升，創(chuàng)新思維能力也獲得了顯著發(fā)展。然而，在推進(jìn)智能化教學(xué)改革過程中，仍面臨著設(shè)備成本高與教師適應(yīng)周期長(zhǎng)等挑戰(zhàn)。展望未來，應(yīng)著重加強(qiáng)智能化教學(xué)資源開發(fā)，持續(xù)優(yōu)化評(píng)價(jià)模型，深化產(chǎn)教融合，必能培養(yǎng)更多符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)技能人才。

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