信息化教學(xué)在高職《數(shù)控編程與加工》中的應(yīng)用初探
——以凹腔零件的自動編程與加工為例

李琳琳 胡雙喜 周 雄

信息化教學(xué)在高職《數(shù)控編程與加工》中的應(yīng)用初探
——以凹腔零件的自動編程與加工為例

李琳琳 胡雙喜 周 雄

（湖北科技職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展給高職教學(xué)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，將信息化與課堂教學(xué)有機(jī)融合可以大大提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。通過對高職《數(shù)控編程與加工》課程實(shí)施信息化教學(xué)改革，從設(shè)計思路、實(shí)施過程以及取得效果等方面，闡述信息化教學(xué)在該課程的應(yīng)用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣，學(xué)習(xí)效率得到了較大提高。

信息化教學(xué);高職;數(shù)控加工與編程;應(yīng)用

一、信息化教學(xué)是高職教育發(fā)展趨勢之一

《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》和《教育信息化“十三五”規(guī)劃》明確要求，信息技術(shù)與教育教學(xué)要融合發(fā)展。提高信息化水平，就要依托信息技術(shù)營造信息化的教學(xué)環(huán)境，促進(jìn)教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容改革，從而推進(jìn)信息技術(shù)在日常教學(xué)中的深入、廣泛應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)所有專業(yè)的優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源全覆蓋，適應(yīng)信息時代對培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需求。

面向未來培養(yǎng)高素質(zhì)人才，教師能力是關(guān)鍵。目前很多高職院校特別注重教師的信息化教學(xué)能力培養(yǎng),將教師信息技術(shù)應(yīng)用能力納入教師培訓(xùn)必修學(xué)時(學(xué)分)。以湖北科技職業(yè)學(xué)院為例，學(xué)校每年對教師進(jìn)行信息化技能培訓(xùn)，將能力提升與學(xué)科教學(xué)培訓(xùn)緊密結(jié)合，有針對性地開展以深度融合信息技術(shù)為特點(diǎn)的課例和教學(xué)法的學(xué)習(xí)。教師利用信息技術(shù)開展學(xué)情分析與個性化教學(xué)，增強(qiáng)了教師在信息化環(huán)境下創(chuàng)新教育教學(xué)的能力。

二、高職《數(shù)控加工與編程》教學(xué)現(xiàn)狀

《數(shù)控加工與編程》是高職機(jī)械專業(yè)大二學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，安排在第三學(xué)期，主要以手動編程為主，自動編程則安排在第四學(xué)期進(jìn)行，后續(xù)的實(shí)訓(xùn)課則分別在三、四學(xué)期的學(xué)期末進(jìn)行。從課程安排上來看，比較分散。從授課內(nèi)容來看，需要掌握的知識點(diǎn)多且抽象不容易理解，又由于理論課和實(shí)訓(xùn)課分開執(zhí)行，會出現(xiàn)理論學(xué)完練習(xí)實(shí)操時，命令記不住、知識掌握不牢固等問題。對于教師來說，特別是實(shí)訓(xùn)教師，需要反復(fù)講授之前學(xué)到的理論知識。從教學(xué)方式來看，該課程依舊采用傳統(tǒng)的授課方式，授課形式單一，以教師講解為主，教學(xué)呈現(xiàn)的方式只有課件和講授，無法喚起學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情；學(xué)生被動接受教師傳遞的知識，心理上不情愿，因而知識不被吸收和消化，上課聽不懂，越不懂越抗拒上課，因而教學(xué)成果不佳。

如何找到有效的教學(xué)方式吸引學(xué)生的眼球，使其注意力集中在教學(xué)內(nèi)容上，提高其學(xué)習(xí)的興趣？如何變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，使課堂以學(xué)生為主體？如何使得學(xué)生較好的吸收教學(xué)內(nèi)容和知識點(diǎn)，得到良好的教學(xué)成果，從而為今后工作奠定基礎(chǔ)？這些問題需要每一位教師用心思考。

三、信息化教學(xué)在《數(shù)控編程與加工》中的教學(xué)設(shè)計思路

為解決上述問題，湖北科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院對該課程進(jìn)行了課程改革，采用信息化手段進(jìn)行模塊化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理論、仿真、加工一體化，教學(xué)過程中學(xué)生作為教學(xué)的主體，主動預(yù)習(xí)、分析、討論，獨(dú)立解決問題，教師整合學(xué)生所有表現(xiàn)并及時給予評價。以教材《UGNX8.5建模與加工項(xiàng)目式教程》中的“凹腔零件的加工”課程為例，授課對象為機(jī)械設(shè)計制造專業(yè)二年級學(xué)生，由于之前他們已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握了數(shù)控加工操作基本知識、UG輔助制造相關(guān)知識，因此本單元以典型凹腔零件的加工為例學(xué)習(xí)型腔類零件基于UG自動編程及加工操作，共計4學(xué)時。通過分析這些學(xué)生的特點(diǎn)是喜歡動手操作，喜歡互聯(lián)網(wǎng)平臺溝通、但缺乏職業(yè)素養(yǎng)、解決問題能力差，工作態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn)，教師在課堂上引入多元的信息化元素，使教學(xué)環(huán)節(jié)更加生動，為課堂氣氛增加色彩，同時更好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增強(qiáng)了實(shí)踐動手能力。

本單元教學(xué)要求學(xué)生通過完成凹腔零件的加工，可以正確制定凹腔類零件的加工工藝方案、掌握型腔銑各加工工序的創(chuàng)建、掌握生成刀軌、生成加工程序、操作銑床完成零件加工。根據(jù)以上分析，從而確定本單元的教學(xué)目標(biāo)包括：知識目標(biāo)、技能目標(biāo)、素養(yǎng)目標(biāo)。具體如表1所示。

表1 教學(xué)目標(biāo)一覽表

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定本單元的教學(xué)重難點(diǎn)分別如表2所示：

表2 教學(xué)重難點(diǎn)

在教學(xué)策略上，通過運(yùn)用信息化手段，將課堂拓展為課前、課中和課后學(xué)習(xí)。其中課中學(xué)習(xí)又包括：任務(wù)導(dǎo)入明方案（10分鐘）、電子手冊選參數(shù)（15分鐘）、UG軟件編程與后處理（25分鐘）、仿真加工校程序（40分鐘）、真實(shí)加工練技能（40分鐘）、成品分析做點(diǎn)評（50分鐘）6個環(huán)節(jié)。通過微課、電子工藝手冊、三維動畫、程序仿真軟件，虛擬加工仿真軟件、掌上管家監(jiān)控軟件等信息化手段，逐層破解重難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生完成工藝參數(shù)選擇、自動編程、虛擬仿真加工任務(wù)，從而順利完成實(shí)操加工。

同時,依據(jù)學(xué)生的能力特長和個性特征，課前將學(xué)生分為工藝分析組，UG編程組和機(jī)床加工組進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，課中再從3大組中抽取兩名同學(xué)組成若干6人制小組完成課上6個環(huán)節(jié)。從而充分發(fā)揮學(xué)生優(yōu)勢，提高學(xué)生的自信和學(xué)習(xí)積極性。

四、信息化教學(xué)在《數(shù)控編程與加工》中的教學(xué)設(shè)計實(shí)施過程

以型腔類零件基于UG自動編程及加工操作為例,實(shí)施過程如下：

（一）課前探索

課前，教師通過云班課發(fā)布任務(wù)：下節(jié)課我們要在理虛實(shí)一體化的實(shí)訓(xùn)中心完成一批凹腔零件的設(shè)計與加工，請大家學(xué)習(xí)老師上傳的微課和三維動畫，進(jìn)行預(yù)習(xí)并完成相應(yīng)測驗(yàn)。之后學(xué)生進(jìn)入云班課，自學(xué)微課和課件，并通過三維動畫了解該零件的加工步驟，完成課前測試，如圖1所示。同時學(xué)生根據(jù)自身特長分成工藝分析組，UG編程組和機(jī)床加工組3大課前任務(wù)組，分別圍繞工藝方法、自動編程、實(shí)操注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行學(xué)習(xí)討論，完成教師的分組測試并做相關(guān)總結(jié)報告，上傳平臺，以備課上分享。教師則根據(jù)每位學(xué)生的預(yù)習(xí)情況和3大任務(wù)組的報告，進(jìn)行課前評價，掌握學(xué)生的難點(diǎn)問題，以便進(jìn)一步優(yōu)化并即時調(diào)整教學(xué)設(shè)計。

圖1 課前任務(wù)書

（二）課中學(xué)習(xí)

1.任務(wù)導(dǎo)入明方案（10分鐘）

首先教師展示本次課的教學(xué)任務(wù)，然后請課前工藝分析組上臺展示加工的方案。展示完后，師生互動積極討論，之后教師對工藝組及同學(xué)討論結(jié)果作點(diǎn)評，同時在教師機(jī)上運(yùn)用動畫進(jìn)一步明確其加工方案。信息化手段動畫的使用，破解了傳統(tǒng)教學(xué)中紙上談兵的抽象加工方案，破解了教學(xué)的難點(diǎn)問題：工序的確定。隨后要求學(xué)生以新的小組為單位編制該零件的工藝卡片。如圖2所示。

圖2 動畫與工藝卡片

2.電子手冊選參數(shù)（15分鐘）

傳統(tǒng)加工中的刀具選擇、切削三要素，需要結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并查找機(jī)械手冊。由于學(xué)生缺乏實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，而選取參數(shù)的原理較難理解。所謂我們運(yùn)用電子機(jī)械工藝手冊，通過刀具零件的材料、學(xué)校機(jī)床的設(shè)備等要素，查找推薦值。再結(jié)合老師的講解，逐步掌握選取參數(shù)的要領(lǐng)，從而確定主軸轉(zhuǎn)速、切削3要素等加工參數(shù)。之后要求學(xué)生進(jìn)一步完善工藝卡片。通過這些步驟，較好地解決了學(xué)生確定加工參數(shù)的難題。

學(xué)生已經(jīng)學(xué)到了加工腔體零件的方法和要領(lǐng)，接下來教師通過云班課在線測試，檢測學(xué)生需要的工藝知識，結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生測試結(jié)果正確率接近90%，基本掌握了教學(xué)內(nèi)容。如圖3所示。

圖3 電子工藝手冊與在線測試

3.UG軟件編程與后處理（25分鐘）

要求學(xué)生根據(jù)之前制定的工藝卡片，編寫程序。由于傳統(tǒng)的手工編程對于形狀復(fù)雜的零件，程序繁瑣，編程量大，且對于曲面類零件甚至無法手動編程。對于此次的凹腔零件采用UG軟件CAM計算機(jī)輔助制造功能來編制并生成加工程序，方便快捷。此環(huán)節(jié)首先請課前UG編程組的同學(xué)，分享UG建模和編程的流程和步驟。師生共同探討后，各小組開始運(yùn)用UG軟件，編制并生成加工程序。信息化手段UG軟件的運(yùn)用，解決了學(xué)生編程困難的問題，解決了數(shù)控刀軌的生成和刀軌仿真驗(yàn)證的問題，更符合現(xiàn)代智能制造的發(fā)展方向。

4.仿真加工校程序（40分鐘）

數(shù)控加工零件的編制程序是否正確，直接加工可能造成機(jī)床碰撞，刀具撞壞等安全隱患。因此教師組織各小組學(xué)生將生成的程序，通過斯沃仿真軟件進(jìn)行仿真加工模擬，在校正程序的同時，進(jìn)一步規(guī)范了學(xué)生的操作，降低加工操作的失誤。如果仿真軟件界面出現(xiàn)錯誤信息，教師則組織每組學(xué)生進(jìn)行討論思考，一方面學(xué)生可參考教師事先錄制好的更正各種錯誤的微課，或者將問題拍照上傳到班級討論區(qū)共同解答，另一方面教師回放錯誤問題，控屏演示講解，保證所有同學(xué)的程序通過仿真驗(yàn)證，從而解決了教學(xué)重點(diǎn)。

隨后教師對各小組在此環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進(jìn)行評價，給予表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生加分獎勵，有效激發(fā)了學(xué)生的積極性，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識。

5.真實(shí)加工練技能（40分鐘）

學(xué)生進(jìn)入實(shí)訓(xùn)車間，教師請課前機(jī)床加工組，分享課前準(zhǔn)備的安全教育和職業(yè)素養(yǎng)教育知識。教師點(diǎn)評后各小組開始操作，通過對刀，裝夾，運(yùn)用已調(diào)整好的程序進(jìn)行加工，途中遇到問題可隨時查看微課輔助操作。教師一方面巡回指導(dǎo)，一方面通過掌上管家軟件，實(shí)時掌握學(xué)生各組狀態(tài)，解決了傳統(tǒng)的教師無法對每組的學(xué)生進(jìn)行實(shí)時指導(dǎo)問題。加工完畢后，學(xué)生檢測零件尺寸，填寫工藝測量報告，清理現(xiàn)場，并拍照后上傳平臺。如圖4所示。

圖4 加工后的成品

6.成品分析做點(diǎn)評（50分鐘）

教師對比小組加工結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生討論加工參數(shù)對零件精度的影響。借助掌上管家錄制的典型問題錄像，點(diǎn)評真實(shí)加工的問題。同時上傳優(yōu)秀小組的加工視頻，加分點(diǎn)贊，如圖5所示。隨后教師對各小組進(jìn)行在線評價，學(xué)生清掃現(xiàn)場。

圖5 掌上管家錄制的視頻

（三）課后鞏固

教師要求學(xué)生進(jìn)入云班課完成課后習(xí)題，并預(yù)習(xí)下次課的內(nèi)容。

最后，教師整合課前課中課后評分，包括軟件打分、學(xué)生互評、教師評分，并納入課程考核，表現(xiàn)優(yōu)異的同學(xué)授予“工匠能手”稱號。

五、信息化教學(xué)取得的成效

（一）教學(xué)效果

1.信息化手段的應(yīng)用，使教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)直觀，突破了零件加工工藝方法選擇的教學(xué)難點(diǎn)；使教學(xué)過程層層遞進(jìn)，加強(qiáng)了學(xué)生對機(jī)床規(guī)范操作的教學(xué)重點(diǎn)的掌握。

2.云課堂網(wǎng)站后臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生課件學(xué)習(xí)情況、作業(yè)提交、活躍度和課后反饋情況效果良好，課程任務(wù)完成度也有顯著提升，教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，如圖6所示。

圖6 云課堂統(tǒng)計的考勤和作業(yè)情況

（二）教學(xué)特色

1.課前將學(xué)生根據(jù)優(yōu)勢分成任務(wù)不同的小組，充分開展自主學(xué)習(xí)優(yōu)勢，課中再次分組，實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力互補(bǔ)，培養(yǎng)協(xié)助探究，小組合作的能力。

2.任務(wù)驅(qū)動，小組協(xié)作，理虛實(shí)一體化的教學(xué)方法，較好解決了復(fù)雜零件加工的教學(xué)難度大等問題。

3.課前自主學(xué)習(xí)、課中互動學(xué)習(xí)當(dāng)眾分享的方式讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主解決問題能力。

六、信息化教學(xué)對我們提出的要求

（一）教師

為學(xué)生服務(wù)，上好每一堂課，這是每個老師選擇教師職業(yè)的初心。真真正正地靜下心來思考如何以學(xué)生為主體，設(shè)計讓他們喜歡、符合他們習(xí)慣、對他們有用有效的教學(xué)，使知識變?yōu)榻窈笊娴募寄?，為社會和國家服?wù)，這是教師職業(yè)生涯最高的境界。如今的95后學(xué)生是跟隨信息時代長大，教師如何將他們從“低頭族”變?yōu)椤疤ь^族”，是對教師的一個挑戰(zhàn)[1]。在這個互聯(lián)網(wǎng)+的時代，教師需要提高信息化教學(xué)技能，用現(xiàn)代信息技術(shù)武裝自己的課堂，充分利用信息化工具調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)的渴望，讓學(xué)生覺得和老師之間沒有“代溝”，愿意向老師請教學(xué)習(xí)。

（二）學(xué)校

學(xué)校做為學(xué)生主要學(xué)習(xí)和生活的地方，應(yīng)加大教學(xué)資源特別是信息化教學(xué)資源的投資。以湖北科技職業(yè)學(xué)院為例，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了校園無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，擁有數(shù)量充足、功能完備的多媒體教室、理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室，并且建設(shè)了高質(zhì)量的專業(yè)教學(xué)資源庫。今后會進(jìn)一步增添更多的信息化教學(xué)平臺和資源。

（三）社會

教育行政主管部門應(yīng)加大對學(xué)校信息化教學(xué)資源建設(shè)的政策和經(jīng)費(fèi)支持，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)資源共享，同時拓展收集更多的信息來源。社會企業(yè)特別是校企合作單位應(yīng)幫助學(xué)校建設(shè)更多的具有企業(yè)案例性質(zhì)的信息化教學(xué)資源，為培養(yǎng)社會人才出一份力。只有學(xué)校、社會、政府部門等多方面共同參與，才能構(gòu)建科學(xué)、優(yōu)質(zhì)的信息化課程資源和平臺。

結(jié)束語

總之，信息化教學(xué)更注重采用現(xiàn)代的教學(xué)技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)造優(yōu)良的學(xué)習(xí)渠道，將教學(xué)內(nèi)容更加生動地展示給學(xué)生[2]。以學(xué)生為主體，不斷創(chuàng)新教學(xué)方式方法，用生動活潑的教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生主動參與課堂，同時使數(shù)控類教學(xué)內(nèi)容更加豐富飽滿，學(xué)生興趣、學(xué)習(xí)效率大大提高，師生普遍反映效果良好。

[1].魏燕,夏斌.高職教師信息化教學(xué)能力提升要求培訓(xùn)策略研究[J].江蘇科技信息,2017,6(17)：78-79.

[2].蘇曼.高職院校信息化教學(xué)存在的問題及解決對策[J].絲路視野,2017(12)：122.

Application of Information Teaching in"NC Programming and Processing"in Higher Vocational Education——Taking the Automatic Programming and Processing of Cavity Parts of as an Example

LI Lin-lin,HU Shuang-xi,ZHOU Xiong
(Hubei Vocational College of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430074)

The rapid development of science and technology has brought opportunities and challenges to higher vocational teaching,and the organic integration of informatization and classroom teaching can greatly improve the teaching quality and teaching effect.Through the implementation of information teaching reform in the course of"NC programming and processing"in higher vocational education,this paper expounds the application of information teaching in the curriculum from the aspects of design ideas,implementation process and effect,and it improves the students'learning initiative and interest.Efficiency has been greatly improved.

information teaching;higher vocational education;NC processing and programming;application

G642.45

A

1008—7427（2017）06—0036—04

2017-07-30

李琳琳（1986—），女，河北邯鄲人，碩士，湖北科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院教師，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造、CAD/CAM、高職教育教學(xué)。

郝 銳）