基于應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的數(shù)控技術(shù)課程改革與探索

朱火美 呂煥培 張倩 張育斌

摘 要：基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，采用了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，有針對(duì)性地從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等幾個(gè)方面來展開教學(xué)改革，解決該校數(shù)控技術(shù)教學(xué)中存在的問題，并結(jié)合學(xué)校性質(zhì)和定位，探索一套切實(shí)可行且符合應(yīng)用型本科教學(xué)的課程改革方案，提高數(shù)控技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出符合社會(huì)需要和行業(yè)需求的高級(jí)數(shù)控人才，促進(jìn)教學(xué)改革與人才培養(yǎng)的良性互動(dòng)。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論 應(yīng)用型本科教育 應(yīng)用驅(qū)動(dòng) 數(shù)控技術(shù)課程 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0156-05

Abstract：Based on constructivist learning theory， using application-driven teaching methods， targeting from the teaching content， the teaching mode， the teaching team building， the assessment methods to expand the teaching reform， solving the problems in CNC Technology course teaching in our school， ultimately coming to a practical feasible proposal compliance with applied undergraduate education， improving the teaching quality of CNC technology course， training advanced CNC talents to meet the needs of society and industry.

Key Words：Constructivist learning theory； Applied undergraduate education；Application-driven；CNC Technology course； Teaching reform

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)在各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，特別是進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行戰(zhàn)略性調(diào)整，高新技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，迫切需要大批應(yīng)用型高級(jí)人才。應(yīng)用型本科教育主要培養(yǎng)技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)的高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型人才，并擔(dān)負(fù)培養(yǎng)生產(chǎn)第一線需要的管理者、組織者等任務(wù)，其核心是突出“應(yīng)用”，主要集中體現(xiàn)在兩方面：一是學(xué)術(shù)、技術(shù)、職業(yè)三者的結(jié)合；二是學(xué)生社會(huì)適應(yīng)能力和職業(yè)技能的提高，重視學(xué)生新技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

作為一所應(yīng)用型本科院校，該校的人才培養(yǎng)模式是以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力為主要特色，以能力為中心，以適應(yīng)社會(huì)需要為目標(biāo)，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線，為社會(huì)培養(yǎng)綜合素質(zhì)較高、適用面較寬、技術(shù)應(yīng)用能力較強(qiáng)的應(yīng)用型人才。數(shù)控技術(shù)課程是該校機(jī)電學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課程，具有理論性強(qiáng)，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，其主要任務(wù)是為中小企業(yè)培養(yǎng)出中高端技術(shù)及管理崗位，具有工程實(shí)踐經(jīng)歷、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛力的應(yīng)用型數(shù)控技術(shù)人才。

1 數(shù)控技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，浙江省應(yīng)用型院校在數(shù)控技術(shù)課程的教學(xué)過程中，從理論教學(xué)到實(shí)踐教學(xué)，都存在著一些亟待解決的問題。各校主要傾向于兩個(gè)方向，一是注重理論教育，二是注重加工操作教育[1，2]。過于注重理論教育，實(shí)踐操作環(huán)節(jié)較少，則培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏應(yīng)用性，解決實(shí)際問題的能力比較差；過于注重加工操作教育，則培養(yǎng)出來的學(xué)生偏向于操作技工，對(duì)實(shí)際問題的分析能力比較薄弱，不利于學(xué)生個(gè)人的可持續(xù)發(fā)展[3]。該校比較傾向于傳統(tǒng)的教育模式，注重理論教育的同時(shí)也進(jìn)行加工實(shí)踐的教育，但在教學(xué)過程中缺乏學(xué)習(xí)的啟發(fā)性、自主性，使學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力以及創(chuàng)新潛力未能得到挖掘。同時(shí)學(xué)校在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織及師資隊(duì)伍的建設(shè)等方面，也存在一些不足。

1.1 教學(xué)內(nèi)容沒有反映現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)的先進(jìn)水平

隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)、機(jī)床復(fù)合化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展非常迅猛。其中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展非常迅速。但目前所用教材普遍較少涉及先進(jìn)的數(shù)控編程與加工技術(shù)，最主要的是教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于傳統(tǒng)的編程指令及手工編程，沒有反映數(shù)控加工技術(shù)的先進(jìn)水平。教學(xué)內(nèi)容陳舊，不能適應(yīng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致理論教學(xué)與實(shí)際脫節(jié)，學(xué)生所學(xué)知識(shí)、技能與生產(chǎn)實(shí)際的要求尚存在差距。

1.2 理論教學(xué)環(huán)節(jié)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排不合理

目前，該院教研室開設(shè)的與數(shù)控技術(shù)相關(guān)的課程有《數(shù)控編程與加工技術(shù)》、《MasterCAM》、《Cimatron》、《數(shù)控加工生產(chǎn)實(shí)習(xí)》等課程。在教學(xué)過程中，對(duì)數(shù)控技術(shù)理論基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)控編程技術(shù)以及數(shù)控加工操作的教學(xué)組織，主要按照各個(gè)獨(dú)立的課程進(jìn)行組織教學(xué)，沒能很好地按照課程的學(xué)習(xí)規(guī)律組織教學(xué)。因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，沒能很好地遵循知識(shí)建構(gòu)的規(guī)律進(jìn)行學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)缺乏連貫性，缺乏在實(shí)際中綜合應(yīng)用的能力。

1.3 教學(xué)手段和方法缺乏啟發(fā)性

目前的教學(xué)比較趨于傳統(tǒng)的教學(xué)模式。理論課程主要以教師授課為主，教授數(shù)控機(jī)床加工原理、數(shù)控程序編制的基礎(chǔ)知識(shí)等。課程中安排的實(shí)踐教學(xué)主要是對(duì)簡單的零件進(jìn)行編程，然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真。這種授課方式?jīng)]有跳出傳統(tǒng)模式固有的框架，在教學(xué)過程中缺乏啟發(fā)性，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。

1.4 考核方式趨于應(yīng)試考試

數(shù)控技術(shù)課程考核以靜態(tài)考核為主。重知識(shí)考試，輕技能、能力考核；側(cè)重于考核知識(shí)的記憶和掌握，不注重知識(shí)的遷移、綜合利用，導(dǎo)致學(xué)生考前背，考后忘，忽略了對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的測(cè)評(píng)，阻礙了學(xué)生的發(fā)展?jié)撃埽`了學(xué)生的創(chuàng)新思想。

1.5 課程組師資隊(duì)伍素質(zhì)有待進(jìn)一步提高

該校數(shù)控技術(shù)專任教師主要是來自普通大學(xué)及研究型大學(xué)的碩士研究生。在理論基礎(chǔ)方面扎實(shí)，但實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)薄弱；另一方面，學(xué)校忽略對(duì)師資隊(duì)伍的再培訓(xùn)，加上個(gè)別教師對(duì)自身要求沒有那么嚴(yán)格，因此沒有及時(shí)掌握數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)及最先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)。

2 數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革探討

作為應(yīng)用型本科院校的一門重要專業(yè)核心課程的任課教師，在新知識(shí)、新技術(shù)不斷增加，市場(chǎng)人才需求不斷提出高要求的新形勢(shì)下，研究適合應(yīng)用型本科的教學(xué)模式勢(shì)在必行。以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，采用應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，有針對(duì)性地從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等幾個(gè)方面來展開教學(xué)改革，以解決該校數(shù)控技術(shù)教學(xué)中存在的問題，提高數(shù)控技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出符合社會(huì)需要和行業(yè)需求的高級(jí)數(shù)控人才。

2.1 課堂教學(xué)改革理論依據(jù)

建構(gòu)主義理論主張學(xué)習(xí)是心理的積極運(yùn)作過程。學(xué)習(xí)者是在原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主動(dòng)、積極地對(duì)外部信息進(jìn)行選擇與加工，通過新舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)間反復(fù)、雙向的互動(dòng)過程來獲取、建構(gòu)新知識(shí)的過程。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀十分強(qiáng)調(diào)“意義建構(gòu)”“情境”“協(xié)作”“對(duì)話”等。所謂“意義構(gòu)建”是利用已有的認(rèn)知圖式賦予新知以意義，是學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)。而“情境”是指學(xué)習(xí)要在一定的社會(huì)文化背景之中進(jìn)行，學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)必須有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)。“協(xié)作”指的是學(xué)習(xí)方式，它要求在學(xué)習(xí)資料的搜集與分析、假設(shè)的提出與檢驗(yàn)、學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)、意義的最終建構(gòu)等過程中進(jìn)行合作，以便相互啟發(fā)?！皩?duì)話”則是指通過會(huì)話、討論等完成學(xué)習(xí)任務(wù)。協(xié)作、對(duì)話貫穿于學(xué)習(xí)過程的始終，并體現(xiàn)互動(dòng)交流，以達(dá)到每個(gè)學(xué)習(xí)者的思維成果為整個(gè)學(xué)習(xí)群體共享，促進(jìn)對(duì)新知內(nèi)容意義的全面建構(gòu)[4]。

建構(gòu)主義教學(xué)論以其學(xué)習(xí)論為基點(diǎn)，超越了傳統(tǒng)的教學(xué)論思想，具有其自身獨(dú)特的觀點(diǎn)。建構(gòu)主義教學(xué)論要求樹立學(xué)生主體觀念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。在教學(xué)活動(dòng)中，強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性、主動(dòng)性；教師應(yīng)按照學(xué)生認(rèn)知建構(gòu)圖式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，尤其應(yīng)注意設(shè)計(jì)教學(xué)情境、認(rèn)知沖突；教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)機(jī)會(huì)，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)；教師應(yīng)運(yùn)用現(xiàn)代化教育教學(xué)手段，開展協(xié)作學(xué)習(xí)、小組討論，增進(jìn)合作與交流。

2.2 課堂教學(xué)具體改革方法

由于數(shù)控技術(shù)課程專業(yè)核心課程的課程地位，以及理論性強(qiáng)、與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的課程特點(diǎn)，要求學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅要掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)，而且要在此基礎(chǔ)上，熟練應(yīng)用最先進(jìn)的自動(dòng)編程技術(shù)以及數(shù)控加工技術(shù)分析、解決實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的問題，以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、促進(jìn)自身的可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)以學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力以及自身的可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向，基于應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，對(duì)數(shù)控技術(shù)課程的課堂教學(xué)進(jìn)行改革。

課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)組織的教改前后對(duì)比如圖1（a）和圖1（b）所示。

（1）以最先進(jìn)的自動(dòng)編程技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)為主線，提煉教學(xué)內(nèi)容。

在課程內(nèi)容上，在保證教學(xué)內(nèi)容完整的前提下，及時(shí)拋棄陳舊過時(shí)的內(nèi)容；調(diào)研查閱國內(nèi)外最新數(shù)控技術(shù)課程相關(guān)資料，尤其是美國，德國，俄羅斯，日本，歐洲等國家和地區(qū)的數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展情況，以最新的自動(dòng)編程技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等反映現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)先進(jìn)水平的內(nèi)容為主線，提煉數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容，包括理論教學(xué)內(nèi)容、CAD/CAM自動(dòng)編程技術(shù)及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

（2）優(yōu)化課堂教學(xué)組織，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

在教學(xué)組織上，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，扎扎實(shí)實(shí)地落實(shí)數(shù)控機(jī)床的操作、數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)等專業(yè)內(nèi)容，注重增加綜合性和設(shè)計(jì)性的內(nèi)容，重視學(xué)生分析和解決問題等實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)以及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。注重以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟包括：分析教學(xué)目標(biāo)—?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境—設(shè)計(jì)信息資源—設(shè)計(jì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)—設(shè)計(jì)協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境—設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)，通過以上內(nèi)容與步驟，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性、創(chuàng)造性，達(dá)到建構(gòu)教學(xué)的效果。在理論教學(xué)中，在基本原理、基礎(chǔ)知識(shí)的授課基礎(chǔ)上，逐步增加對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)與深入；CAD/CAM模塊教學(xué)中，主要從建模、程序編制及自動(dòng)加工等方面進(jìn)行授課，讓學(xué)生通過對(duì)具體零件的自動(dòng)編程、加工以掌握自動(dòng)編程技術(shù)；在完成數(shù)控加工基礎(chǔ)知識(shí)及自動(dòng)編程技術(shù)的基礎(chǔ)上，在數(shù)控實(shí)驗(yàn)室開展數(shù)控加工生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，升華所學(xué)知識(shí)，真正學(xué)以致用。

如圖2所示，為學(xué)生對(duì)所設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行自動(dòng)編程與模擬加工，并通過后置處理得到NC程序。

如圖3所示，為學(xué)生在自動(dòng)編程與模擬加工的基礎(chǔ)上，采用后置處理得到的程序，在數(shù)控機(jī)床上加工工件。

（3）因材施教，改進(jìn)教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

授課過程中，一方面盡量采用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)，如flash、視頻等，變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)、變抽象為具體、變復(fù)雜為簡單、變枯燥為生動(dòng)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、課堂教學(xué)效果和單位時(shí)間教學(xué)容量。另一方面是采用啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的積極思維，進(jìn)而進(jìn)行主動(dòng)的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生的自學(xué)能力、分析能力、歸納能力等的鍛煉。例如：在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用參與式教學(xué)。學(xué)生在加工產(chǎn)品零件的過程中參與指導(dǎo)，教師在旁協(xié)助。學(xué)生在加工過程中遇到問題，通過相互討論、協(xié)作以尋找解決問題的方法。授課過程中，設(shè)計(jì)好教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生提供有意義的信息條件，并激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)熱情十分關(guān)鍵。如，要求學(xué)生思考并實(shí)現(xiàn)：如何加工才能將臥著的海馬（圖4）站立起來。如圖5所示，即為學(xué)生努力的成果。如此，不但加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固與應(yīng)用，而且，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生分析問題、解決問題等實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（4）以體現(xiàn)知識(shí)、素質(zhì)、綜合應(yīng)用能力為出發(fā)點(diǎn)，建立全程考試模式及考核標(biāo)準(zhǔn)。

在考核方式上，改變現(xiàn)行的、考試內(nèi)容以理論知識(shí)為主、缺乏對(duì)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用、科學(xué)思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的應(yīng)試考試，以體現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，分別對(duì)理論教學(xué)、CAD/CAM教學(xué)以及實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行考核，建立全程考試模式。對(duì)于理論部分的考核，包括靜態(tài)考試成績和課堂表現(xiàn)成績。對(duì)于CAD/CAM環(huán)節(jié)的考核，要求學(xué)生完成小組討論報(bào)告、自學(xué)報(bào)告等。對(duì)于實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核，要求學(xué)生設(shè)計(jì)加工工件樣品。該部分的成績?cè)u(píng)判依據(jù)包括樣品圖案的設(shè)計(jì)、工法的選擇、加工程序的編制、加工程序后置處理、機(jī)床操作規(guī)范、加工成品的品質(zhì)等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（5）提高師資隊(duì)伍素質(zhì)，促進(jìn)“雙師型”師資隊(duì)伍建設(shè)。

在師資隊(duì)伍的素質(zhì)提高上，通過各種途徑，如參加數(shù)控技術(shù)師資培訓(xùn)班、寒暑假下企業(yè)掛職鍛煉、校企合作等方式，培養(yǎng)兼具理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的“雙師型”教師。在“雙師型”師資建設(shè)過程中，課題組成員積極活躍，其中有兩名教師加入了學(xué)校首批應(yīng)用型教師的隊(duì)伍，他們既是講師，又是工程師，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的應(yīng)用型人才。

3 教改成果分析

（1）理論學(xué)習(xí)—CAD/CAM—加工操作三者結(jié)合為一體的教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂規(guī)范聽課率提升，學(xué)生評(píng)教評(píng)分為92.65，滿意度較高。

（2）理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握與應(yīng)用，教學(xué)效果提升。表1所示為采用傳統(tǒng)方式教學(xué)的信息化制造班級(jí)的成績分布表，平均成績?yōu)?3.2分，標(biāo)準(zhǔn)差為13.19；表2所示為采用教改方式教學(xué)的機(jī)電一體化班級(jí)的成績分布表，平均成績?yōu)?9.64分，標(biāo)準(zhǔn)差為11.64。對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，采用教改方式教學(xué)，一是學(xué)生平均分提高了6.44分，二是中等、良好分?jǐn)?shù)段成績的學(xué)生明顯增加，學(xué)生成績基本趨向成正態(tài)分布，如圖6（a）、（b）所示。

4 結(jié)語

應(yīng)用型本科教育在我國還處于發(fā)展階段，仍然符合社會(huì)的要求，符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。作為應(yīng)用型本科教育工作者，作為數(shù)控加工技術(shù)的專任教師，積極汲取先進(jìn)國家的應(yīng)用型本科教育發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)持以傳授和培養(yǎng)應(yīng)用型技能為核心目標(biāo)，實(shí)踐教學(xué)為主線，對(duì)數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行改革與探索，培養(yǎng)出新型的具有工程實(shí)踐經(jīng)歷、能熟練應(yīng)用最新自動(dòng)編程技術(shù)及數(shù)控加工技術(shù)并具有創(chuàng)新潛力的應(yīng)用型數(shù)控技術(shù)人才，對(duì)我國綜合國力的提高具有極其重要的意義。

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