《數(shù)控加工編程》課程知識結(jié)構(gòu)分析

盛雪華 張 玲 盛 君

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430079）

《數(shù)控加工編程》課程知識結(jié)構(gòu)分析

盛雪華1張 玲1盛 君2

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430079）

《數(shù)控加工編程》課程知識結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)在工作過程的有序性和學(xué)科知識的系統(tǒng)性上。考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的心理過程，這種結(jié)構(gòu)要與學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)同化。本文分析了該課程的知識結(jié)構(gòu)構(gòu)成，探討了進行這種結(jié)構(gòu)分析對教學(xué)過程的影響。

數(shù)控加工編程；課程知識結(jié)構(gòu)；教學(xué)設(shè)計

《數(shù)控加工編程》課程知識結(jié)構(gòu)分析的意義

基于工作過程開設(shè)的《數(shù)控加工編程》課程是現(xiàn)代機械制造類專業(yè)的核心專業(yè)課程。通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生不僅應(yīng)掌握數(shù)控機床加工的編程知識和編程技能，而且要在提升專業(yè)能力的同時提升方法能力和社會能力，以便更快、更好地適應(yīng)就業(yè)后工作崗位的要求。

分析課程知識結(jié)構(gòu)有利于提高課程教學(xué)的質(zhì)量?；诠ぷ鬟^程的課程，其內(nèi)容強調(diào)職業(yè)工作的整體性，而不是缺乏有機聯(lián)系的知識點或技能點；其學(xué)習(xí)過程強調(diào)工作過程的完整性而不是學(xué)科完整性，強調(diào)將專業(yè)能力培養(yǎng)與方法能力培養(yǎng)融為一體，避免學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容零散、孤立、無法有效應(yīng)用。應(yīng)通過分析課程的知識結(jié)構(gòu)，建立一種以工作過程為主線索，兼顧知識的系統(tǒng)性的課程知識結(jié)構(gòu)構(gòu)架，使各個知識點或技能點之間有明確的關(guān)系，使知識結(jié)構(gòu)既具有相對完整性和穩(wěn)定性，同時又具有開放性，使得學(xué)生學(xué)到的知識可以實際應(yīng)用，學(xué)到的技能便于發(fā)展和擴充。

教師剖析課程的知識結(jié)構(gòu)，能夠指導(dǎo)自己的教學(xué)工作。學(xué)生自主地構(gòu)建關(guān)于加工和編程的知識結(jié)構(gòu)，不僅能獲得一定的知識、技能和經(jīng)驗，而且還能找到獲取編程知識和技能的有效途徑與方法，提升自我檢查、自我評價、自我改進的能力。因此，教學(xué)過程能充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，有利于提高學(xué)生的職業(yè)能力，拓展學(xué)生的發(fā)展空間。

分析課程知識結(jié)構(gòu)有利于提高課堂學(xué)習(xí)的效率。學(xué)習(xí)和掌握課程知識的過程也是學(xué)生已有知識、技能與新課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)同構(gòu)的過程。教師應(yīng)通過分析課程的知識結(jié)構(gòu)，明確各個知識點之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，更合理地安排教學(xué)內(nèi)容及其順序，采取更為優(yōu)化的教學(xué)策略。組織好了的學(xué)習(xí)材料，能使學(xué)生識記容易、理解充分、應(yīng)用得心應(yīng)手，便于學(xué)生更迅速、全面、合理地構(gòu)建工作過程所需的知識構(gòu)架。教師在諳熟課程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，尋求課程知識結(jié)構(gòu)與學(xué)生知識結(jié)構(gòu)之間的同構(gòu)，能有效引導(dǎo)學(xué)生的主體活動，使學(xué)生以較低的時間和精力成本，建構(gòu)起加工和編程的知識框架。

《數(shù)控加工編程》課程知識結(jié)構(gòu)與學(xué)生已有知識結(jié)構(gòu)對比分析

數(shù)控加工的基本工作過程可概括為：分析零件圖→分析加工工藝性→根據(jù)現(xiàn)有條件擬定加工工藝→編寫數(shù)控加工程序→仿真加工。這些工作包含既前后相續(xù)，又交叉關(guān)聯(lián)的兩個部分：工藝和編程。一方面，我們要先確定加工方法、順序、工藝，然后編寫程序、操作機床進行加工。工藝的內(nèi)容反映在程序中并通過程序來實現(xiàn)。某些工藝要素，如機床、工裝等的變化，會直接影響程序的編制。另一方面，在考慮編程的方便性等因素時，也有可能修改工藝。因此，在課程教學(xué)過程中，要綜合應(yīng)用工藝和編程兩方面的知識。

在學(xué)習(xí)此課程之前，學(xué)生基本都學(xué)習(xí)了制圖、材料、機械制造基礎(chǔ)、加工工藝基礎(chǔ)、計算機應(yīng)用基礎(chǔ)等課程，并進行了鉗工、車工、銑工等的實訓(xùn)。因而，在學(xué)習(xí)數(shù)控加工、走刀路線、程序編輯等知識時，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的加工工藝基礎(chǔ)知識和操作經(jīng)驗。但是他們畢竟少有實踐應(yīng)用，實際加工經(jīng)驗還很不足，工藝知識常常成為學(xué)生學(xué)習(xí)編程的一個薄弱環(huán)節(jié)。事實也證明，學(xué)生在工藝方面的知識不足和經(jīng)驗欠缺往往成為編程的最大障礙。況且，學(xué)生先修課程的掌握程度不一。因此，在制定和實施教學(xué)方案時要有彈性，要留有余地。

按設(shè)備和加工方法分類，數(shù)控加工編程可分成車床編程和銑床（加工中心）編程。這兩者有聯(lián)系也有區(qū)別。在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，兩者可以互為促進，也可能互相干擾。例如，對銑床加工基本移動指令的掌握可以比較順利地從車床加工指令遷移過來，但換刀指令、補償指令、固定循環(huán)指令等在學(xué)生初學(xué)時，又常常容易混淆。因此，在教學(xué)時要加強對比。

各部分知識之間存在縱向的關(guān)系，也存在橫向的關(guān)聯(lián)，可將所有知識都納入一個工作任務(wù)中，得到有組織的課程知識結(jié)構(gòu)圖。以車床加工編程為例，如圖1所示，框格和框格之間的線段表示課程所需學(xué)習(xí)的知識及其類屬關(guān)系，帶箭頭的線段表示知識應(yīng)用過程，虛線框和虛線箭頭線段表示工作內(nèi)容和工作流程。

圖1 數(shù)控車床加工編程知識應(yīng)用圖

圖1表示了數(shù)控車床加工編程的知識內(nèi)容、知識應(yīng)用，以及與崗位工作過程的關(guān)系，比較清楚、直觀地反映了某部分知識在整個知識結(jié)構(gòu)中的位置及與其他知識的關(guān)系。

教師可將圖中的各部分一層一層地往下細分，以備不同教學(xué)階段使用；也可以進一步添加其他先修課程的知識等，用來檢查本課程的學(xué)生預(yù)備狀態(tài)并鞏固已學(xué)的相關(guān)知識。如果橫向并列擴展，可得到銑床和加工中心的知識應(yīng)用圖。在教學(xué)過程中，呈現(xiàn)于學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)圖應(yīng)伴隨學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的不斷延展而細化和豐富，并應(yīng)根據(jù)需要進行調(diào)整、修正。

從學(xué)習(xí)的心理過程看，課程中的學(xué)習(xí)可分為符號學(xué)習(xí)、概念學(xué)習(xí)、智慧技能學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)技能學(xué)習(xí)等。如果沿著這一維度去豐富知識結(jié)構(gòu)圖，則按照心理學(xué)的原理，可將課程知識歸為兩大類：陳述性知識和程序性知識，前者涉及事實、概念、規(guī)律、原理等，后者涉及經(jīng)驗、策略等。例如，數(shù)控編程指令代碼的符號、名稱和指令格式等屬于簡單的陳述性知識，而編程指令的使用條件、適用范圍、程序優(yōu)化規(guī)則等屬于復(fù)雜的陳述性知識。陳述性知識解決“是什么”和“為什么”的問題。編程的步驟、方法、程序范式等則屬于程序性知識，要用到陳述性知識而成為智慧技能，在解決“怎么做”和“怎樣做更好”的問題中，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和學(xué)習(xí)能力。

《數(shù)控加工編程》課程知識結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用

對課程知識的結(jié)構(gòu)剖析，可以得到課程在不同階段、不同層次的知識結(jié)構(gòu)圖，不僅可用來幫助教師進行教學(xué)規(guī)劃，同時也能幫助學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

教師應(yīng)根據(jù)對課程知識結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)材料并將其合理整合到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，針對學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)、心理特點，有的放矢地設(shè)計教學(xué)過程。

總體看，課程知識結(jié)構(gòu)的分析既體現(xiàn)出知識的系統(tǒng)性、工作過程的有序性，也體現(xiàn)出這兩者之間的相互影響。教學(xué)設(shè)計首先就要注意從全局著眼，在教學(xué)中要注重前后內(nèi)容的連貫性、完整性，將這種思路貫穿教學(xué)的各個階段、落實到每一堂課。學(xué)習(xí)過程宜采用“問題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)法，體現(xiàn)工作過程的完整性。這種邏輯關(guān)聯(lián)，使得學(xué)生在完成一項項工作任務(wù)中，在一次次的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)的每一個知識、每一項技能都像自然生長出來一樣鮮活而有生命力。

遵循知識和技能學(xué)習(xí)從易到難、從簡單到復(fù)雜的過程，在安排學(xué)習(xí)任務(wù)時，應(yīng)從單一項目，到綜合項目，設(shè)定學(xué)習(xí)情境。如對車床數(shù)控編程，應(yīng)從直徑單調(diào)遞增的圓柱面、圓錐面的簡單階梯軸加工，到帶凹槽的階梯軸加工，再到圓弧面軸類加工、螺紋面的軸類加工；從軸類加工，到盤類加工；從軸類，到兼有內(nèi)外面的套類零件的加工；從加工直線、圓弧構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體，到應(yīng)用宏程序加工沒有加工指令的橢圓、拋物線回轉(zhuǎn)面等。隨著任務(wù)的難度增加，學(xué)生也經(jīng)歷了編程與操作從需借助外力，到能獨立完成，從生疏，到熟練，進而熟能生巧的過程。

學(xué)習(xí)過程不完全等同于工作過程，有時不妨尋求避難就易、迂回曲折、螺旋上升的方式。例如，學(xué)生在加工經(jīng)驗不足的情況下，對工藝問題往往“視而不見”，不考慮工件材料、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有條件、設(shè)備型號、工件裝夾等。對于某些學(xué)生來說，一下子考慮太多的工藝參數(shù)難度太大，那么，允許他們暫時“繞道而行”，經(jīng)驗積累到一定程度后再按生產(chǎn)實際要求去修改工藝和程序，也是一種切入任務(wù)、分步驟地達成課程目標的途徑。

知識結(jié)構(gòu)分析可以清晰地提示我們在學(xué)習(xí)過程的不同階段要采用不同的教學(xué)策略。在學(xué)生知識儲備不足的學(xué)習(xí)初期階段，如學(xué)習(xí)編程基礎(chǔ)知識時，采用替代式教學(xué)策略效率高，儲備知識有限和學(xué)習(xí)策略不佳的學(xué)生可以獲得學(xué)習(xí)成功。在具備一定基礎(chǔ)后，采用產(chǎn)生式的教學(xué)策略，如在應(yīng)用編程和仿真階段，學(xué)生自己安排和控制學(xué)習(xí)活動，在一定范圍內(nèi)自選任務(wù)，靈活調(diào)節(jié)完成時間，能使得學(xué)習(xí)更具主動性，思考更加深入，并產(chǎn)生、改善具有個性特征的學(xué)習(xí)策略，提高學(xué)習(xí)能力。

在學(xué)習(xí)編程的開始階段，要熟悉常用編程代碼的符號和名稱，屬于學(xué)習(xí)簡單的陳述性知識，主要是符號表征學(xué)習(xí)和事實學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)難點不是理解，而是如何記住?？梢圆捎脧?fù)述、聯(lián)想、組織歸類等方法，通過檢查和預(yù)先告知要檢查，提示學(xué)生注意鞏固。

開始學(xué)習(xí)車床或加工編程后，需要掌握編程指令的格式、含義、適用范圍和應(yīng)用方法，這些更多涉及概念和命題。如果學(xué)生能充分理解指令的含義和應(yīng)用，則有助于記住指令的格式。而在不同應(yīng)用背景下指令格式亦會有變化，這是學(xué)生在學(xué)習(xí)到一定階段后較容易出現(xiàn)的難點。如G41X50Y50D01中隱含的G00或G01的意義等。教師要優(yōu)選學(xué)習(xí)材料，在實例精講的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同工作條件，設(shè)計多樣化的變式練習(xí)，并及時反饋，使學(xué)生能比較順利地掌握概念，并應(yīng)用于編程過程中。

學(xué)習(xí)編程到一定階段后，概念越來越多，知識之間互相干擾的情況也越來越多，要注意經(jīng)常對材料進行組織、對比?？梢圆捎昧薪Y(jié)構(gòu)提綱、畫樹形圖、填表等方法來理清概念關(guān)系。碰到先后兩種相似材料的學(xué)習(xí)易于相互干擾的時候，還可采用對先前的材料過度學(xué)習(xí)的策略。

應(yīng)根據(jù)知識類型的不同，采用不同的教學(xué)手段和方法。比如，對陳述性知識，采用結(jié)合實例、講授為主的方法，配合各種記憶策略，輔以練習(xí)和討論，強調(diào)其對實操的指導(dǎo)意義。而對程序性知識，以示范講授、實訓(xùn)操作法為主，輔以小組合作、討論，強調(diào)應(yīng)用知識，不僅知其然，還要知其所以然。

從學(xué)生角度看，學(xué)生參與課程知識結(jié)構(gòu)的分析，有助于將新的知識融入自己原有的知識結(jié)構(gòu)，并檢查、評價自己已有知識結(jié)構(gòu)的合理性、完善性，監(jiān)控和調(diào)節(jié)自己的學(xué)習(xí)過程，建構(gòu)更為合理的知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)習(xí)和思考更具積極性與主動性，從而促進學(xué)習(xí)技能進步。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生自主畫出知識的應(yīng)用關(guān)系圖，幫助其明確任務(wù)要求，了解問題背景，迅速切入問題實質(zhì)，從而應(yīng)用相關(guān)知識、規(guī)則、策略去解決生產(chǎn)實際中的加工編程問題，進而在變化的情境中也能適當(dāng)?shù)貞?yīng)用規(guī)則和策略，提出問題、分析問題、解決問題。這是一種有效提升學(xué)生職業(yè)能力的途徑。

學(xué)習(xí)過程和工作過程一樣是一個動態(tài)變化的過程。應(yīng)根據(jù)課程的知識結(jié)構(gòu)特點，從宏觀，到微觀，從時間分配，到內(nèi)容安排，從教學(xué)策略的更替，到教學(xué)手段和方法的選擇，全面調(diào)控教學(xué)過程。學(xué)習(xí)進程表現(xiàn)出進度的快與慢，知識呈現(xiàn)的難與易，要求的強與弱，呈現(xiàn)時的直接明了與迂回曲折，漸變與突變，教與學(xué)，思與做，程序的讀與寫、寫與改，編程與仿真操作，個人學(xué)習(xí)與小組討論或師生互動，學(xué)習(xí)與評價、反饋與改進，乃至教師語速大小、音量高低，學(xué)生情緒起伏、注意力集中與否等等。課程知識結(jié)構(gòu)分析能幫助我們把握住這種種的關(guān)聯(lián)和變化，就像譜寫一首曲子，是連續(xù)而不是支離破碎的。我們完全可以期望學(xué)生將來能把現(xiàn)在所學(xué)知識、技能、方法遷移到其他數(shù)控系統(tǒng)加工編程的學(xué)習(xí)中。

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G712

A

1672-5727（2012）07-0085-02

盛雪華（1962—），女，湖北武漢人，武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向為機械制造、數(shù)控加工與編程教學(xué)。