改革創(chuàng)新以工作過程系統(tǒng)化為導(dǎo)向的《數(shù)控技術(shù)》教學(xué)

趙慶志 譚培紅 姜德志

2017年中央提出了對傳統(tǒng)工科進行改革創(chuàng)新的“新工科”政策，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的工程應(yīng)用型本科人才，以便滿足世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和新興產(chǎn)業(yè)變革對人才的需求。總的看來，這些教育教學(xué)改革政策整體上是比較宏觀的理念，對工程教育教學(xué)改革理念起方向性指導(dǎo)作用，對工程教育實施者的一線教師如何把方向理念落實到教學(xué)可操作的層面，采用什么樣的教學(xué)模式實施教學(xué)能更有效地培養(yǎng)新工科人才，實現(xiàn)高等工程教育內(nèi)涵式發(fā)展具有重要意義。

傳統(tǒng)的“以學(xué)科理論體系為導(dǎo)向的知識和概念積淀的教學(xué)理念”的教學(xué)模式和教學(xué)效果

長期以來，我國本科教學(xué)理念基本上是“以學(xué)科理論體系為導(dǎo)向的知識和概念積淀的教學(xué)理念”，即根據(jù)學(xué)科理論體系制定教學(xué)計劃、編寫學(xué)科理論性比較強的教材、制定教學(xué)大綱、進行課堂教學(xué)和實驗等。其相應(yīng)的教學(xué)模式是：按照教學(xué)大綱和教材備課，教師講授完理論知識即完成了“教”的任務(wù)，也常叫“滿堂灌”的教學(xué)模式。之后布置書面作業(yè)，也安排占總課時12% ～15%的實驗教學(xué)，課堂教學(xué)和實驗教學(xué)通常由不同教師擔(dān)任。

基于這種教學(xué)理念的教材突出理論知識發(fā)展的完整性、知識組成、抽象概念，教師習(xí)慣用形象思維表達問題，即多用符號、圖形、框圖等書面介質(zhì)表述物理概念和工作原理，在很大程度上脫離了工程自然，弱化了工程實踐應(yīng)用，教師在某種程度上只教會了學(xué)生存儲知識而不會應(yīng)用知識，只會在學(xué)校里教和學(xué)而不會基于工作需要的教和學(xué)，即師生的職業(yè)生涯發(fā)展?jié)摿κ芟?，不適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)需要。

基于“行為導(dǎo)向”教學(xué)理念的教學(xué)模式及教學(xué)效果

“以工作過程系統(tǒng)化為導(dǎo)向的知識、能力和素質(zhì)積淀的教學(xué)理念”來源于德國的“行為導(dǎo)向教學(xué)理念”，德國根據(jù)該教學(xué)理念實行“雙元制”教學(xué)模式，對提高德國的教育水平起到了巨大的推動作用，現(xiàn)已在很多國家得到應(yīng)用，取得了較理想的教學(xué)效果。

該教學(xué)思想的實質(zhì)就是要求把工作過程融入教學(xué)，讓學(xué)生認知實物、甚至動手操作，讓學(xué)生置于工作現(xiàn)場情境下用耳朵聽、用眼睛看、親手做以及把思維情感全部投入的教學(xué)過程中。教學(xué)目標(biāo)以專業(yè)工作能力為本位，強調(diào)“學(xué)中干，干中學(xué)”這好比把學(xué)生頭腦看作存儲知識的倉庫，倉庫中縱橫排布一個個方框，在一個個方框里積淀下工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新能力，該教學(xué)理念名稱由此得來?；谶@種教學(xué)理念的教學(xué)模式通常是網(wǎng)絡(luò)信息化混合式教學(xué)模式，作者經(jīng)過理論和試驗研究，進一步采用“網(wǎng)絡(luò)信息化、理實一體化加實訓(xùn)的混合式教學(xué)模式”，真實地培養(yǎng)了大學(xué)生的工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

《數(shù)控技術(shù)》課程教學(xué)改革創(chuàng)新簡述

構(gòu)建課程模塊、項目、任務(wù)及教學(xué)目標(biāo)

按照“以工作過程系統(tǒng)化為導(dǎo)向的知識、能力和素質(zhì)積淀的教學(xué)理念”重新構(gòu)建課程模塊、項目、任務(wù)（知識點）及其教學(xué)目標(biāo)。作者根據(jù)布魯姆教育理論，在考慮《數(shù)控技術(shù)》課程自身知識體系的前提下，還要協(xié)調(diào)好相關(guān)的不同課程內(nèi)容，梳理清楚課程內(nèi)容及其因果關(guān)系。該課程7個模塊，21個項目，129個任務(wù)（知識點），將這些模塊、項目和任務(wù)點整合成一個科學(xué)、高效、前后邏輯性強、不再重復(fù)講授的教學(xué)體系，并重新制定各個模塊、項目、任務(wù)（知識點）的教學(xué)目標(biāo)。

教學(xué)目標(biāo)語句有指向?qū)W科理論體系的，也有指向工作過程系統(tǒng)化體系的，但較多的是指向二者組合的名詞加動詞語句。如，計算機光電隔離知識點，指向?qū)W科理論體系的教學(xué)目標(biāo)為：計算機光電隔離原理，教師很可能就只從理論上講授，忽視了工程應(yīng)用；而指向工作過程系統(tǒng)化體系的教學(xué)目標(biāo)為：計算機控制強電抗干擾原理、設(shè)計及應(yīng)用，這就迫使教師不僅要從學(xué)科理論體系講授計算機控制強電抗干擾原理，還要講授從工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新體系理實一體化地掌握計算機控制強電干擾問題的工程應(yīng)用，這樣有利于培養(yǎng)大學(xué)生的理論知識、工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，研制大量教學(xué)媒體，包括實驗實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備典型案例

教學(xué)團隊經(jīng)過長期努力，購買及研究開發(fā)了幾乎遍布課程所有知識點的實物、實驗、實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)平臺等教學(xué)媒體，教學(xué)效果很好，現(xiàn)舉四類典型教學(xué)媒體：

第一，實物教學(xué)媒體。團隊購置了大量教學(xué)實物，如光電耦合器元件，研制了大量實驗實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備，讓大學(xué)生通過實驗設(shè)備理實一體化地掌握工程設(shè)計應(yīng)用。

第二，教學(xué)化處理的教學(xué)媒體。當(dāng)實驗設(shè)備難以直觀演示工作原理時，研發(fā)了動畫顯示軟件，即把實驗設(shè)備進行了教學(xué)化處理。這種教學(xué)化處理的教學(xué)媒體是教學(xué)輔助手段，再加上真實的元件實驗設(shè)備，才能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

第三，企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的設(shè)備作為教學(xué)媒體。直接用企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的設(shè)備作為教學(xué)媒體或就在企業(yè)工程設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)場教學(xué)，更能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

第四，自行研制開發(fā)或購買的實驗實訓(xùn)教學(xué)媒體。研制開發(fā)或購買了幾乎和企業(yè)應(yīng)用零距離的實驗實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備，能夠有效地提高課程教學(xué)質(zhì)量，滿足《數(shù)控技術(shù)》教學(xué)目標(biāo)。

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，研制開發(fā)集設(shè)計、安裝、調(diào)試、故障測試與維修的典型工程的實訓(xùn)案例

第一，傳統(tǒng)的“以學(xué)科理論體系為導(dǎo)向的知識和概念積淀的教學(xué)理念”計算機控制三相交流電機教學(xué)模式簡述。傳統(tǒng)的以學(xué)科理論體系為導(dǎo)向的知識和概念積淀的教學(xué)理念的《數(shù)控技術(shù)》教學(xué)沒有實行理實一體化教學(xué)和實訓(xùn)，學(xué)生學(xué)到的理論知識和概念與企業(yè)工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新仍然隔了一堵墻，如本科階段的數(shù)控系統(tǒng)控制電機課程設(shè)計，都是教師給個題目，學(xué)生套用公式計算電氣元件參數(shù)，畫出電氣控制原理圖，寫設(shè)計計算說明書，答辯結(jié)束。這種教學(xué)模式不能培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新能力，因此要進行全方位教學(xué)改革創(chuàng)新，教學(xué)改革案例之一：設(shè)計開發(fā)與實訓(xùn)綜合在一起的計算機數(shù)控系統(tǒng)，控制電機正轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而設(shè)計實訓(xùn)案例。

第二，研制計算機持續(xù)信號控制三相交流電機理實一體化教學(xué)實訓(xùn)臺。1.設(shè)計帶功能區(qū)、圖區(qū)的數(shù)控系統(tǒng)，控制兩個三相交流電機電氣控制原理圖。2.根據(jù)兩個電機的功率，計算所需電器設(shè)備、元件的性能規(guī)格參數(shù)，所需輔助材料，包括大小合適的底板，線槽、導(dǎo)軌、號碼管、接線排等等安裝材料表。

第三，畫電氣安裝接線圖接線及調(diào)試。1.根據(jù)帶功能區(qū)、圖區(qū)的電氣控制原理圖講電器實物的擺放情況，以此為據(jù)設(shè)計電氣安裝圖和接線圖。2.根據(jù)原理圖、安裝圖和接線圖實施接線，得到數(shù)控系統(tǒng)控制電氣柜。3.將數(shù)控系統(tǒng)控制電氣柜與數(shù)控系統(tǒng)、步進電機等外圍設(shè)備接線，即數(shù)控系統(tǒng)控制電機三相交流電機M1、M2和步進電機實訓(xùn)臺。

全課程安排類似這樣的實訓(xùn)案例共11個，如計算機控制液壓氣動電磁換向閥及傳感器限位設(shè)計與維修等等，完全滿足了機械工程行業(yè)設(shè)計、研究開發(fā)需要。經(jīng)過實訓(xùn)，大學(xué)生的工程設(shè)計、安裝、調(diào)試、故障測試與維修能力得到明顯提高。

實行網(wǎng)絡(luò)信息化、理實一體化加實訓(xùn)的教學(xué)模式改革創(chuàng)新

第一，實行網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)。將課程模塊、項目和知識點及11個實訓(xùn)項目的文檔、照片、視頻圖文并茂傳到網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)平臺上，學(xué)生學(xué)習(xí)后再實訓(xùn)，不僅提高了教學(xué)效率，還收到了很好的教學(xué)效果。

第二，實行理實一體化教學(xué)授課。在講授課程知識點時，展示大量體現(xiàn)圖上知識點的實物，課堂就做出實驗，實行理實一體化授課，大大增加了大學(xué)生的感性和理性認識，提高了工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

第三，對相關(guān)項目和模塊增加實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)。對每一個項目安排設(shè)計、安裝、調(diào)試、故障測試與維修綜合性實訓(xùn)，明顯提高了大學(xué)生的工程設(shè)計、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

第四，改革傳統(tǒng)的一卷定成績的考試模式。實行課堂出勤表現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)自學(xué)答疑、書面作業(yè)、實驗、實訓(xùn)和考試均占一定比例的考試改革，促進了教學(xué)質(zhì)量的提高。

《數(shù)控技術(shù)》課程教學(xué)改革效果及結(jié)論

實行“以工作過程系統(tǒng)化為導(dǎo)向的知識、能力和素質(zhì)積淀的教學(xué)理念”及“網(wǎng)絡(luò)信息化、理實一體化加實訓(xùn)”的教學(xué)模式對《數(shù)控技術(shù)》組織教學(xué)改革創(chuàng)新，獲得了非常好的教學(xué)效果，大學(xué)生對低壓電氣控制柜、經(jīng)濟型數(shù)控機床電氣控制柜基本達到了“通理論、融實踐、能設(shè)計、熟調(diào)試、懂故障、會維修”的教學(xué)效果，真實地達到了課程教學(xué)目標(biāo)。大學(xué)生考上研究生后做課題進展快，近幾年畢業(yè)的大學(xué)生就業(yè)后工作能力強，得到企業(yè)普遍好評。

基金項目：山東省高等學(xué)校教學(xué)改革立項項目“基于行為導(dǎo)向教學(xué)理念的‘?dāng)?shù)控技術(shù)原理設(shè)計及應(yīng)用專著及實驗教學(xué)設(shè)備研制開發(fā)”（項目編號：2012258）；2014年山東理工大學(xué)教學(xué)改革立項項目“《數(shù)控技術(shù)》網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)” （項目主持人：趙慶志）