思維導(dǎo)圖在“數(shù)控加工技術(shù)”教學(xué)中的應(yīng)用研究

楊延華

(西安航空學(xué)院 機械工程學(xué)院，西安 710077)

0 引言

“數(shù)控加工技術(shù)”是機械設(shè)計專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，是學(xué)生系統(tǒng)掌握數(shù)控加工知識的主要課程?！皵?shù)控加工技術(shù)”的理論性和應(yīng)用性較強，課程中的知識點多，用到的專業(yè)基礎(chǔ)知識也比較多，這就需要學(xué)生具備識圖能力，具有公差與互換性、金屬材料及熱處理、機械加工技術(shù)、機械加工工藝等多學(xué)科的知識。但是，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中知識碎片化比較明顯，缺乏基礎(chǔ)知識應(yīng)用實踐訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生將基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識相融合的能力較差，以至于在學(xué)習(xí)這門課時存在著學(xué)習(xí)了后面的內(nèi)容，對前面學(xué)過的知識點遺忘較嚴重的現(xiàn)象。這就使得學(xué)生不能將整個課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容連貫起來，對課程的整體認知不夠全面，不能扎實地掌握所學(xué)的知識點，課堂上對授課內(nèi)容似乎能夠聽懂，但是課下對實際問題的分析卻漏洞百出，甚至無從下手。因此，如何幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識點，使其能直觀地了解本專業(yè)的整體知識體系，實現(xiàn)實踐和創(chuàng)新能力的提升是一個值得研究探討的課題。

1 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是20 世紀 60 年代由英國著名心理學(xué)家托尼·巴贊創(chuàng)造的一種新的思維模式。這種新的思維方式以顏色、圖像、關(guān)鍵詞、曲線為要素來開發(fā)大腦的記憶力潛能和發(fā)散性思維[1]。思維導(dǎo)圖來源是腦神經(jīng)生理的學(xué)習(xí)互動模式，并且具有發(fā)散性思考能力和多感官學(xué)習(xí)特性。這種思維方式不僅幫助使用者加大資料的積累，而且還可以依據(jù)數(shù)據(jù)彼此間的關(guān)聯(lián)性進行分層分類管理，使資料的儲存、管理及應(yīng)用更加系統(tǒng)化，從而增加大腦運作的效率。同時，思維導(dǎo)圖利用左右腦的不同功能，輔助顏色、圖像、符號的使用，不但可以協(xié)助使用者進行記憶、增進使用者的創(chuàng)造力，也讓思維導(dǎo)圖更輕松有趣，且具有個人特色及多面性[2]。針對以往學(xué)生在學(xué)習(xí)“數(shù)控加工技術(shù)”課程時存在的知識點抽象、零散不容易記憶、前后知識不連貫等問題，我們可以利用思維導(dǎo)圖來改變學(xué)生對數(shù)控知識的認知方式，因為思維導(dǎo)圖是促進思維激發(fā)和思維整理的可視化、非線性思維的工具，用它來幫助學(xué)生實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容圖形化、思維過程可視化以及零散知識點的一體化，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力并輔助理解學(xué)習(xí)內(nèi)容[3]。

2 思維導(dǎo)圖在“數(shù)控加工技術(shù)”教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 思維導(dǎo)圖在課程設(shè)計中的應(yīng)用

課程設(shè)計是課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是教師上課前對所講知識進行梳理，找出最優(yōu)的教學(xué)手段的過程。在課程設(shè)計中，把重點內(nèi)容作為一節(jié)課的主線，其它一些抽象的、散亂的知識點通過不同的圖像、線條將其與主線相連，建立關(guān)系，使其在內(nèi)容上成為一個整體性、系統(tǒng)性的體系，在視覺上做到美觀、明了，將抽象的知識變?yōu)榭梢暬?，這種體現(xiàn)方式可以使設(shè)計者以宏觀和全局的視角把握設(shè)計內(nèi)容，并且根據(jù)不同的情景和不同的教學(xué)目標實現(xiàn)學(xué)習(xí)任務(wù)、情景和目標的完美結(jié)合[3]。Conole 和Weller[4]為英國開放大學(xué)研究開發(fā)了一種學(xué)習(xí)設(shè)計項目，這種設(shè)計方法可以更好地為設(shè)計和再利用開放教育資源 (OER) 提供一種工具。在研究過程中，思維導(dǎo)圖作為一種有效的教學(xué)設(shè)計工具被應(yīng)用，它可以幫助設(shè)計者實現(xiàn)預(yù)期目標，是有助于組織和表現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容的工具。另外，這種工具使設(shè)計者在設(shè)計過程中能夠有效地展示和整理設(shè)計思路。總之，思維導(dǎo)圖可以更加直觀的將教師要講授的內(nèi)容表達出來，實現(xiàn)教學(xué)設(shè)計的最優(yōu)化。

以數(shù)控加工工藝一節(jié)為例，介紹思維導(dǎo)圖在“數(shù)控加工技術(shù)”課程設(shè)計中的應(yīng)用。數(shù)控加工工藝思維導(dǎo)圖見圖1。工藝分析中的主線是工藝分析的過程，工藝分析的內(nèi)容就是圖1中所展示的六個大分支，用圖形、線條和關(guān)鍵詞來表述。因為各個分支之間有相互的聯(lián)系，為了加以區(qū)別和使圖形看起來更美觀，這些聯(lián)系用曲線連接，能夠快速引起學(xué)生的關(guān)注并充分發(fā)揮了大腦思維的“想象”與“聯(lián)想”的特點，使其右腦的圖像思維與左腦的文字和邏輯思維相結(jié)合，從而對圖1整體的圖示內(nèi)容更加容易理解。通過思維導(dǎo)圖，可以直觀地看到圖1零件圖分析與其它幾個分支的聯(lián)系，圖1零件圖中標注的輪廓尺寸、精度、粗糙度，技術(shù)要求中注明的材料和熱處理條件等，都與實際加工中所使用的機床夾具、刀具有一定的關(guān)系。另外，思維導(dǎo)圖建立了具體的加工路線與切削量的選擇關(guān)系，這樣學(xué)生就可以把工藝過程的前后關(guān)系整理清楚，并能在學(xué)習(xí)本課程過程中和其它一些專業(yè)基礎(chǔ)課程建立起聯(lián)系，從而挖掘?qū)W生大腦的記憶力潛能和發(fā)散性思維，將零散的知識點歸納統(tǒng)一，那么整節(jié)課程的內(nèi)容就變得有條理，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

圖1數(shù)控加工工藝的思維導(dǎo)圖圖2刀具選擇思維導(dǎo)圖

圖2所示的刀具選擇思維導(dǎo)圖則是以圖1中的刀具選擇為例展示思維導(dǎo)圖的應(yīng)用。對于學(xué)生來說，僅知道刀具的選擇原則，要在眾多的刀具中選擇出合理的加工刀具仍然是比較困難的。在圖2中可以看到刀具的選擇是以工步設(shè)計為依據(jù)的，不同的工步選擇不同的刀具，典型的刀具圖片也可以使學(xué)生認識刀具，這樣就可以幫助學(xué)生形象地了解如何選擇刀具。

2.2 思維導(dǎo)圖在課程教學(xué)中的應(yīng)用

在課程教學(xué)中，思維導(dǎo)圖在通過板書或多媒體呈現(xiàn)給大家的同時，已經(jīng)將這些復(fù)雜的知識通過與主線相關(guān)的各種圖形將其相互的聯(lián)系的層級圖展現(xiàn)給了學(xué)生，這種形象直觀的教學(xué)方式比傳統(tǒng)的純文字的講授方式更能有效地刺激感官，促使學(xué)生加深印象，幫助理解和記憶，激發(fā)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以半徑刀補這一節(jié)為例，半徑補償思維導(dǎo)圖如圖3所示。

圖3 半徑補償思維導(dǎo)圖

圖3中用四層圖將半徑刀補章節(jié)中需要掌握的主要知識點都呈現(xiàn)出來，教師通過提出“什么時候可以不用頻繁的計算刀具中心的坐標來編寫程序” 的問題引入半徑刀補的概念，進而詳細地分析什么是半徑刀補？刀補的指令有哪些？如何區(qū)分半徑刀補？講清楚刀補的格式之后，通過實際例子來讓學(xué)生了解半徑刀補的應(yīng)用，那么課前提出的問題通過修改所用刀具的半徑刀補的大小就解決了。屬于拓展的知識點是：實際加工時，如果用半徑刀補粗銑或者刀具在加工過程中發(fā)生磨損，在不改變程序的前提下，可以通過改變刀具的半徑補償值來實現(xiàn)合格零件的加工。通過思維導(dǎo)圖，教師可以清楚的把半徑刀補的應(yīng)用、分析、注意事項逐一進行講解，從而讓學(xué)生對“如何不計算刀具中心的運行軌跡，而是直接用零件圖中的尺寸來確定坐標點”這一問題的提出、分析、解決的過程有了更加直觀地了解。

2.3 思維導(dǎo)圖在課后學(xué)習(xí)中的拓展應(yīng)用

思維導(dǎo)圖源于對思維的激發(fā)和整理的需求，課后拓展應(yīng)用是學(xué)生對課堂教學(xué)知識鞏固和提高的重要環(huán)節(jié)，是對觀點和思路的整理和拓展的過程。通過思維導(dǎo)圖的拓展應(yīng)用可以有效提高學(xué)生獨立解決實際問題的能力。學(xué)生通過思維導(dǎo)圖展示的各個知識點的相互關(guān)系，可以很好地了解整個課程的知識體系，把握重點內(nèi)容，這樣學(xué)生就可以自己建立起課程的知識框架，通過掌握這些知識體系，也易于其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。對于高級水平的學(xué)生而言，應(yīng)該學(xué)會運用思維導(dǎo)圖發(fā)掘自己的創(chuàng)造力，將所學(xué)知識歸納總結(jié)，并將個人的見解有效地運用體現(xiàn)于思維導(dǎo)圖中，可以有效激發(fā)新想法，產(chǎn)生新創(chuàng)意[5]。學(xué)生只有將所學(xué)知識融會貫通，才能真正提高自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

坐標系在“數(shù)控加工技術(shù)”課程中是非常重要的知識點，坐標系的知識點在基礎(chǔ)章節(jié)和“數(shù)控車”“數(shù)控銑”講解中都有涉及，學(xué)生容易出現(xiàn)學(xué)新忘舊的現(xiàn)象，不容易將不同章節(jié)中坐標系的知識點聯(lián)系起來，通過坐標系思維導(dǎo)圖，學(xué)生就可以將所學(xué)的坐標系相關(guān)的知識點聯(lián)系起來。坐標系思維導(dǎo)圖如圖4所示。

圖4 坐標系思維導(dǎo)圖

圖4左側(cè)的“坐標系的規(guī)定”是坐標系的基本概念的知識點，是“數(shù)控加工技術(shù)”課程基礎(chǔ)章節(jié)中要掌握的重點內(nèi)容。右側(cè)的“機床坐標系”“工件坐標系”主要講了數(shù)控車和數(shù)控銑中坐標系的應(yīng)用，是“數(shù)控車”和“數(shù)控銑”兩章中的內(nèi)容，不同章節(jié)中坐標系內(nèi)容的側(cè)重點不同，但又互相關(guān)聯(lián)。學(xué)生可以將“機床坐標系”和“工件坐標系”通過 “數(shù)控車”和“數(shù)控銑”兩個章節(jié)的學(xué)習(xí)總結(jié)出來，對比兩者的異同點，然后和坐標系的基本概念建立起聯(lián)系，對坐標系知識進行全面的梳理。這樣，既可以對坐標系的基本理論加深理解，又可以對不同機床的坐標系的設(shè)置方法的應(yīng)用進行比較，且可以通過本課程的坐標系知識體系結(jié)構(gòu)，自學(xué)其他機床的坐標系的設(shè)置，開拓學(xué)生對坐標系知識的認知。

3 結(jié)語

在“數(shù)控加工技術(shù)”課程中運用思維導(dǎo)圖進行輔助教學(xué)更能有效地表達教師最優(yōu)的教學(xué)設(shè)計，使學(xué)生在學(xué)習(xí) “數(shù)控加工技術(shù)”課程時能夠有效的將課程的全部內(nèi)容通過思維導(dǎo)圖相互關(guān)聯(lián)，并建立起本課程的知識框架。運用思維導(dǎo)圖授課，彌補了傳統(tǒng)“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)模式知識點彼此孤立、零散的現(xiàn)狀。利用思維導(dǎo)圖明確的知識點的層級關(guān)系來表述數(shù)控加工工藝和指令編程的內(nèi)容，不僅使學(xué)生構(gòu)建起系統(tǒng)的知識體系，還可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力、邏輯思維能力和自學(xué)能力，教學(xué)效果顯著。