深度學(xué)習(xí)視閾下CVS驅(qū)動(dòng)的高職《數(shù)控多軸加工技術(shù)》混合式教學(xué)模式研究

摘 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，深度學(xué)習(xí)和混合式教學(xué)模式在高職教育中的應(yīng)用日益廣泛。本文基于深度學(xué)習(xí)理論，探討“案例（CASE）+虛擬仿真（VIRTURAL SIMULATION）（簡(jiǎn)稱CVS）驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”的《數(shù)控多軸加工技術(shù)》混合式教學(xué)模式，旨在通過(guò)線上線下融合的教學(xué)方式，提升學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。研究通過(guò)課程內(nèi)容優(yōu)化、職業(yè)能力培養(yǎng)和技能訓(xùn)練相結(jié)合的方式，構(gòu)建了以學(xué)生為中心、以實(shí)踐為導(dǎo)向的教學(xué)模式，實(shí)踐結(jié)果表明，該模式能夠顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和職業(yè)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí) CVS驅(qū)動(dòng) 混合式教學(xué)模式 高職教育 數(shù)控多軸加工技術(shù)

現(xiàn)代職業(yè)教育下，混合式教學(xué)模式由于整合線上資源便捷性與線下教學(xué)互動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而成為促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升的重要途徑?！稊?shù)控多軸加工技術(shù)》是高職院校機(jī)械制造類各專業(yè)核心課程之一，其實(shí)踐性較強(qiáng)，技術(shù)更新較快。如何以深度學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，在“CVS 驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”下構(gòu)建有效混合式教學(xué)模式是高職教育改革中的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1 深度學(xué)習(xí)對(duì)CVS驅(qū)動(dòng)的高職《數(shù)控多軸加工技術(shù)》混合式教學(xué)模式的影響

深度學(xué)習(xí)，作為一種強(qiáng)調(diào)高階思維能力培養(yǎng)的教育理念，正在深刻地改變高職教育的教學(xué)模式，尤其是在“CVS 驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”下的《數(shù)控多軸加工技術(shù)》課程中。

從知識(shí)理解的維度來(lái)看，深度學(xué)習(xí)幫助學(xué)生突破了傳統(tǒng)淺層認(rèn)知限制?！稊?shù)控多軸加工技術(shù)》涵蓋了復(fù)雜數(shù)控編程原理，多軸機(jī)床的操作技巧和加工工藝參數(shù)優(yōu)化方面的知識(shí)。傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生通常只對(duì)指令代碼及操作步驟進(jìn)行機(jī)械記憶，很難接觸到其背后深層次的原理。并在深度學(xué)習(xí)的指導(dǎo)下，帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)掘知識(shí)內(nèi)在邏輯，對(duì)刀具路徑規(guī)劃與坐標(biāo)變換兩大多軸加工核心概念進(jìn)行了深度剖析，能夠使學(xué)生體會(huì)數(shù)控加工本質(zhì)，達(dá)到知識(shí)融會(huì)貫通。以五軸聯(lián)動(dòng)加工學(xué)習(xí)為例，深度學(xué)習(xí)引發(fā)了學(xué)生對(duì)不同坐標(biāo)軸間運(yùn)動(dòng)協(xié)同關(guān)系的思考，也引發(fā)了學(xué)生如何根據(jù)被加工件的外形及精度要求來(lái)合理地設(shè)置各個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)的思考，而不僅僅是死記硬背一成不變的操作過(guò)程。

深度學(xué)習(xí)對(duì)于提高學(xué)生問(wèn)題解決能力也非常顯著，對(duì)于《數(shù)控多軸加工技術(shù)》這門課程來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。在基于“CVS 驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”的混合式教學(xué)模式中，學(xué)生所面臨的已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的理論練習(xí)題了，而更多的是一個(gè)現(xiàn)實(shí)而復(fù)雜的數(shù)控加工場(chǎng)景。深度學(xué)習(xí)促進(jìn)了學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)對(duì)加工精度超差，刀具磨損過(guò)快等零件在實(shí)際加工中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并且有針對(duì)性地提出了優(yōu)化加工工藝和調(diào)整刀具參數(shù)等解決辦法。這一理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化的過(guò)程充分體現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)在解決實(shí)際問(wèn)題中運(yùn)用知識(shí)的思想，切實(shí)地促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的提高，也為他們今后職業(yè)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 混合式教學(xué)模式特點(diǎn)

深度學(xué)習(xí)視閾下“CVS 驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”的高職《數(shù)控多軸加工技術(shù)》課程混合式教學(xué)模式將各種先進(jìn)教育理念與技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，顯示出獨(dú)有的特色。（1）教學(xué)環(huán)境虛實(shí)結(jié)合。CVS驅(qū)動(dòng)把虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)物理世界緊密結(jié)合起來(lái)，給學(xué)生營(yíng)造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境。在虛擬世界，學(xué)生可使用數(shù)控仿真軟件對(duì)多軸加工進(jìn)行仿真操作，借助虛擬機(jī)床對(duì)刀具路徑、加工過(guò)程及零件成型效果等進(jìn)行直觀觀察，規(guī)避實(shí)際作業(yè)過(guò)程中設(shè)備損耗及安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在現(xiàn)實(shí)物理世界，學(xué)生可以在實(shí)訓(xùn)車間內(nèi)完成數(shù)控多軸加工的真實(shí)操作，切身感受機(jī)床操作、刀具切削和零件加工等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)虛擬學(xué)習(xí)理論知識(shí)向?qū)嶋H技能的轉(zhuǎn)變。該虛實(shí)結(jié)合教學(xué)環(huán)境不僅符合學(xué)生實(shí)踐操作需要，也為深度學(xué)習(xí)的開展提供了大量場(chǎng)景與資源。（2）突出以學(xué)生為主體的教學(xué)理念。這種混合式教學(xué)模式區(qū)別于以教師講授為中心的傳統(tǒng)模式，它把學(xué)生放在了教學(xué)的中心。教師已經(jīng)不是知識(shí)的灌輸者了，而應(yīng)該成為學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、促進(jìn)者。教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)與需要，精心設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑與任務(wù)，促使學(xué)生進(jìn)行自主探究與合作學(xué)習(xí)。比如在項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，教師提出了數(shù)控多軸加工實(shí)踐項(xiàng)目，由學(xué)生分組獨(dú)立查閱材料并擬定加工方案、開展編程與操作，教師在學(xué)生有困難的時(shí)候予以引導(dǎo)與扶持。這一學(xué)生主體教學(xué)理念全面調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新思維。（3）深度整合課程資源。深度學(xué)習(xí)視域中的教學(xué)資源已不囿于教材與課堂講授，而覆蓋線上與線下各種形式。線上資源有大量教學(xué)視頻、虛擬仿真軟件、線上測(cè)試題庫(kù)、互動(dòng)論壇，讓學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)交流。線下資源又包含實(shí)訓(xùn)設(shè)備、企業(yè)實(shí)際案例、專家講座，給學(xué)生提供實(shí)踐操作及與行業(yè)專家溝通的機(jī)會(huì)。這幾種資源互為補(bǔ)充，深度整合，對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)起到全方位支撐作用。比如學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控編程，首先可通過(guò)線上教學(xué)視頻學(xué)習(xí)編程基本原理與方法，再借助虛擬仿真軟件實(shí)踐，最后通過(guò)實(shí)訓(xùn)車間中對(duì)機(jī)床的實(shí)際操作對(duì)其編程成果進(jìn)行驗(yàn)證，從而形成了學(xué)習(xí)閉環(huán)。

3 混合式教學(xué)模式的實(shí)施方法

3.1 創(chuàng)設(shè)身臨其境的學(xué)習(xí)氛圍

“CVS驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”作為深度學(xué)習(xí)視域中混合式教學(xué)模式得以推行的依據(jù)，其目的在于給學(xué)生創(chuàng)設(shè)高度沉浸和真實(shí)感的學(xué)習(xí)環(huán)境[2]。從硬件設(shè)施上看，學(xué)校要裝備先進(jìn)的數(shù)控多軸加工設(shè)備，數(shù)控設(shè)備要覆蓋普通三軸、四軸、五軸機(jī)床，并具有高精度運(yùn)動(dòng)控制與加工能力。利用傳感器來(lái)實(shí)時(shí)收集機(jī)床的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給的速度和刀具的位置等，并把這些信息傳送到虛擬仿真平臺(tái)上。虛擬仿真平臺(tái)中，學(xué)生可實(shí)時(shí)觀察機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)、仿真不同加工場(chǎng)景、規(guī)劃刀具路徑、調(diào)試數(shù)控程序。如在對(duì)某復(fù)雜葉輪零件進(jìn)行加工時(shí)，學(xué)生可在虛擬環(huán)境下基于葉輪三維模型進(jìn)行刀具路徑設(shè)計(jì)和加工參數(shù)設(shè)定，再傳送數(shù)控程序至實(shí)際機(jī)床加工。加工過(guò)程中，學(xué)生可通過(guò)監(jiān)控界面對(duì)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，并將虛擬仿真結(jié)果和實(shí)際加工效果進(jìn)行比較，適時(shí)對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到虛實(shí)結(jié)合深度學(xué)習(xí)。同時(shí)，為了增強(qiáng)學(xué)習(xí)的沉浸感，還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)。通過(guò)VR技術(shù)使學(xué)生能夠沉浸在虛擬數(shù)控加工車間內(nèi)，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、操作流程等進(jìn)行近距離觀測(cè)，并在加工時(shí)感受切削聲音、振動(dòng)。AR技術(shù)能夠把虛構(gòu)的數(shù)據(jù)疊加到真實(shí)的機(jī)床設(shè)備上，為學(xué)生提供即時(shí)的操作建議和方向。比如學(xué)生正在操作機(jī)床，AR眼鏡就能顯示當(dāng)前操作步驟提示、注意事項(xiàng)和錯(cuò)誤糾正方法等信息，有利于學(xué)生更精準(zhǔn)地完成作業(yè)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

3.2 線上與線下的整合——課程資源的優(yōu)化配置

線上與線下的整合是深度學(xué)習(xí)中至關(guān)重要的一環(huán)，它通過(guò)課程資源的合理配置來(lái)適應(yīng)學(xué)生多樣化學(xué)習(xí)需求[3]。在線上資源建設(shè)上，要發(fā)展豐富的數(shù)字化教學(xué)資源，錄制優(yōu)質(zhì)教學(xué)視頻覆蓋數(shù)控多軸加工技術(shù)各知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容涉及數(shù)控編程基礎(chǔ)、多軸加工工藝和機(jī)床操作及維修。教學(xué)視頻要運(yùn)用講解、展示、案例分析等多樣化教學(xué)方法來(lái)適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。同時(shí)構(gòu)建了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境下完成數(shù)控加工仿真操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該具有交互性好，操作方便，功能齊全，能模擬多種復(fù)雜加工場(chǎng)景及故障，有助于學(xué)生操作技能及故障排除能力的提升。另外，還應(yīng)該建立一個(gè)在線學(xué)習(xí)社區(qū)來(lái)便于同學(xué)間的溝通與互動(dòng)。學(xué)生可通過(guò)社區(qū)交流學(xué)習(xí)心得，探討問(wèn)題，交作業(yè)及作品等，教師還能通過(guò)社區(qū)進(jìn)行及時(shí)的引導(dǎo)與反饋。

線下教學(xué)中應(yīng)發(fā)揮實(shí)訓(xùn)教學(xué)優(yōu)勢(shì)。合理地安排實(shí)訓(xùn)課程，給學(xué)生充分的實(shí)際操作練習(xí)時(shí)間。實(shí)訓(xùn)教學(xué)要運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法，把實(shí)際加工項(xiàng)目分解成若干子任務(wù)，使學(xué)生在任務(wù)完成過(guò)程中循序漸進(jìn)地掌握數(shù)控多軸加工技術(shù)。以某箱體零件加工實(shí)訓(xùn)為例，要求學(xué)生完成零件圖紙分析，工藝規(guī)劃，編程，對(duì)刀和加工等系列工作，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作可以把在線所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際技能有機(jī)結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)綜合能力。同時(shí)請(qǐng)企業(yè)專家進(jìn)教室進(jìn)行演講及現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。企業(yè)專家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，能給學(xué)生帶去業(yè)內(nèi)最新動(dòng)向及在實(shí)踐中解決問(wèn)題的辦法，開闊學(xué)生的眼界。

3.3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)——與深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)相吻合

任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)作為深度學(xué)習(xí)視域中教學(xué)模式的一種重要實(shí)現(xiàn)手段，它通過(guò)設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性且有現(xiàn)實(shí)意義的任務(wù)來(lái)引領(lǐng)學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)與探索。

任務(wù)設(shè)計(jì)要緊緊圍繞課程目標(biāo)與實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行?！稊?shù)控多軸加工技術(shù)》這門課的任務(wù)可劃分為3個(gè)等級(jí)：基礎(chǔ)任務(wù)，綜合任務(wù)，創(chuàng)新任務(wù)?；A(chǔ)任務(wù)以培養(yǎng)個(gè)別知識(shí)點(diǎn)或者技能點(diǎn)為主，比如簡(jiǎn)單零件數(shù)控編程，機(jī)床基本操作等，有利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)與技能的掌握。綜合任務(wù)要求學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)和技能綜合運(yùn)用，以完成一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的加工任務(wù)，例如一個(gè)中等復(fù)雜度的模具加工。綜合任務(wù)完成過(guò)程中學(xué)生需經(jīng)過(guò)零件圖紙分析，工藝規(guī)劃，編程及加工調(diào)試等系列操作，以培養(yǎng)其綜合應(yīng)用能力及解決問(wèn)題的能力。創(chuàng)新任務(wù)的目的是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，對(duì)當(dāng)前的加工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化或?qū)ふ倚碌募庸し绞健１热缱寣W(xué)生試著用人工智能算法來(lái)優(yōu)化數(shù)控加工過(guò)程，以提高加工的效率與質(zhì)量。

任務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)該要有一個(gè)清晰的目標(biāo)與要求，每項(xiàng)任務(wù)要對(duì)工作背景、工作目標(biāo)、完成標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間限制等有明確的規(guī)定。如某綜合任務(wù)，讓學(xué)生用2周時(shí)間完成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體多軸加工。任務(wù)的背景設(shè)定是為某汽車生產(chǎn)公司提供發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的一系列加工服務(wù)，其主要目標(biāo)是根據(jù)公司的設(shè)計(jì)圖紙和質(zhì)量要求來(lái)完成缸體的制造工作，完成標(biāo)準(zhǔn)包括零件尺寸精度，表面粗糙度和形位公差，以2周為限。明確目標(biāo)與要求可以使學(xué)生對(duì)所需完成的任務(wù)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，并對(duì)工作成果進(jìn)行評(píng)估，從而提高學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量。教師要發(fā)揮引導(dǎo)者與支持者的作用來(lái)完成任務(wù)，教師在教學(xué)中應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分析并制定解決方法，鼓勵(lì)學(xué)生自主探究與嘗試。在學(xué)生有困難的時(shí)候，教師應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)與幫助，但是不能直接告訴學(xué)生答案，而應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生自己去思考、去解決問(wèn)題。比如在編程過(guò)程中學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤，教師可指導(dǎo)學(xué)生對(duì)程序代碼進(jìn)行核對(duì)，并對(duì)錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，從而使學(xué)生能夠自主地尋找問(wèn)題的解決途徑。

3.4 小組協(xié)作機(jī)制——加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐能力的培養(yǎng)

小組協(xié)作機(jī)制作為發(fā)展學(xué)生團(tuán)隊(duì)實(shí)踐能力與溝通協(xié)作的重要途徑，對(duì)深度學(xué)習(xí)視域內(nèi)混合式教學(xué)模式有著重要影響。

合理分組為小組協(xié)作提供了依據(jù)。教師在教學(xué)中要依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，性格特點(diǎn)以及興趣愛好來(lái)對(duì)其進(jìn)行劃分，以保證每一個(gè)組員都有不一樣的優(yōu)點(diǎn)與特色，可以互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相學(xué)習(xí)。各組學(xué)生數(shù)量一般為4-6人較為合適，數(shù)量過(guò)多會(huì)造成一些學(xué)生參與度較低，數(shù)量過(guò)少會(huì)使小組協(xié)作優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不出來(lái)。如在一個(gè)組內(nèi)，可由編程能力強(qiáng)的同學(xué)負(fù)責(zé)編制數(shù)控程序，由工藝分析能力強(qiáng)的同學(xué)承擔(dān)加工工藝的制定，一些操作技能嫻熟的同學(xué)負(fù)責(zé)機(jī)床運(yùn)行，一些溝通能力強(qiáng)的同學(xué)負(fù)責(zé)小組和教師及企業(yè)的溝通協(xié)調(diào)工作。在開展小組協(xié)作時(shí)，明確各成員之間的分工協(xié)作與責(zé)任。接受任務(wù)時(shí)，組員要一起商量，并按自己的長(zhǎng)處、專長(zhǎng)分工合作。每一位成員在明確自身任務(wù)與職責(zé)的前提下，應(yīng)該對(duì)其他成員的內(nèi)容有一定的理解，這樣才能更好地配合。比如在執(zhí)行復(fù)雜零件多軸加工工程中，承擔(dān)編程任務(wù)的同學(xué)應(yīng)和承擔(dān)工藝分析任務(wù)的同學(xué)緊密配合，按照工藝要求，編制出合理的數(shù)控程序；負(fù)責(zé)運(yùn)算的同學(xué)應(yīng)按編程及工藝要求精確運(yùn)算以指導(dǎo)機(jī)床處理。以分工為基礎(chǔ)，各組之間應(yīng)建立一套行之有效的溝通機(jī)制，并定期舉行小組會(huì)議交流進(jìn)展情況、探討所碰到的問(wèn)題及解決方法。

教師在小組協(xié)作的過(guò)程中，應(yīng)該加以監(jiān)控與引導(dǎo)。小組協(xié)作時(shí)，教師應(yīng)該密切注意各小組的工作進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)引導(dǎo)。在組內(nèi)存在分工不合理，交流不順暢的情況下，教師應(yīng)該及時(shí)指導(dǎo)組內(nèi)進(jìn)行調(diào)整與完善。同時(shí)教師在教學(xué)中應(yīng)鼓勵(lì)組間交流與競(jìng)爭(zhēng)，在組間組織成果展示與經(jīng)驗(yàn)分享等活動(dòng)，以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作。如定期舉辦組間項(xiàng)目匯報(bào)會(huì)，各組展示各自加工成果及項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程，其他各組提出問(wèn)題并加以評(píng)估等，教師進(jìn)行總結(jié)評(píng)論，以此帶動(dòng)組內(nèi)互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。

4 結(jié)語(yǔ)

深度學(xué)習(xí)視閾下CVS驅(qū)動(dòng)的高職《數(shù)控多軸加工技術(shù)》課程混合式教學(xué)模式的探索為促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力的提高開辟了一條新途徑。實(shí)踐表明，這一模式有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，加強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的力度。今后，需要不斷優(yōu)化教學(xué)細(xì)節(jié)、跟隨技術(shù)發(fā)展不斷更新教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化師資培訓(xùn)等，使這種創(chuàng)新的教學(xué)模式能夠?qū)Ω咚刭|(zhì)數(shù)控人才的培養(yǎng)起到更大的作用。

基金項(xiàng)目：湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目：深度學(xué)習(xí)視閾下“CVS驅(qū)動(dòng)高階能力建構(gòu)”的高職混合式教學(xué)模式研究與實(shí)踐——以數(shù)控多軸加工技術(shù)課程為例（編號(hào)：ZJGB2022783）。

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