《數控加工編程》課程知識結構分析

盛雪華 張 玲 盛 君

（1.武漢軟件工程職業學院 湖北 武漢 430205；2.湖北交通職業技術學院 湖北 武漢 430079）

《數控加工編程》課程知識結構分析

盛雪華1張 玲1盛 君2

（1.武漢軟件工程職業學院 湖北 武漢 430205；2.湖北交通職業技術學院 湖北 武漢 430079）

《數控加工編程》課程知識結構的關聯性體現在工作過程的有序性和學科知識的系統性上。考慮學生學習的心理過程，這種結構要與學生的知識結構同化。本文分析了該課程的知識結構構成，探討了進行這種結構分析對教學過程的影響。

數控加工編程；課程知識結構；教學設計

《數控加工編程》課程知識結構分析的意義

基于工作過程開設的《數控加工編程》課程是現代機械制造類專業的核心專業課程。通過學習該課程，學生不僅應掌握數控機床加工的編程知識和編程技能，而且要在提升專業能力的同時提升方法能力和社會能力，以便更快、更好地適應就業后工作崗位的要求。

分析課程知識結構有利于提高課程教學的質量。基于工作過程的課程，其內容強調職業工作的整體性，而不是缺乏有機聯系的知識點或技能點；其學習過程強調工作過程的完整性而不是學科完整性，強調將專業能力培養與方法能力培養融為一體，避免學生學習的內容零散、孤立、無法有效應用。應通過分析課程的知識結構，建立一種以工作過程為主線索，兼顧知識的系統性的課程知識結構構架，使各個知識點或技能點之間有明確的關系，使知識結構既具有相對完整性和穩定性，同時又具有開放性，使得學生學到的知識可以實際應用，學到的技能便于發展和擴充。

教師剖析課程的知識結構，能夠指導自己的教學工作。學生自主地構建關于加工和編程的知識結構，不僅能獲得一定的知識、技能和經驗，而且還能找到獲取編程知識和技能的有效途徑與方法，提升自我檢查、自我評價、自我改進的能力。因此，教學過程能充分體現學生的主體性，有利于提高學生的職業能力，拓展學生的發展空間。

分析課程知識結構有利于提高課堂學習的效率。學習和掌握課程知識的過程也是學生已有知識、技能與新課程內容結構同構的過程。教師應通過分析課程的知識結構，明確各個知識點之間的內在邏輯聯系，更合理地安排教學內容及其順序，采取更為優化的教學策略。組織好了的學習材料，能使學生識記容易、理解充分、應用得心應手，便于學生更迅速、全面、合理地構建工作過程所需的知識構架。教師在諳熟課程結構的基礎上，尋求課程知識結構與學生知識結構之間的同構，能有效引導學生的主體活動，使學生以較低的時間和精力成本，建構起加工和編程的知識框架。

《數控加工編程》課程知識結構與學生已有知識結構對比分析

數控加工的基本工作過程可概括為：分析零件圖→分析加工工藝性→根據現有條件擬定加工工藝→編寫數控加工程序→仿真加工。這些工作包含既前后相續，又交叉關聯的兩個部分：工藝和編程。一方面，我們要先確定加工方法、順序、工藝，然后編寫程序、操作機床進行加工。工藝的內容反映在程序中并通過程序來實現。某些工藝要素，如機床、工裝等的變化，會直接影響程序的編制。另一方面，在考慮編程的方便性等因素時，也有可能修改工藝。因此，在課程教學過程中，要綜合應用工藝和編程兩方面的知識。

在學習此課程之前，學生基本都學習了制圖、材料、機械制造基礎、加工工藝基礎、計算機應用基礎等課程，并進行了鉗工、車工、銑工等的實訓。因而，在學習數控加工、走刀路線、程序編輯等知識時，學生已經具備了一定的加工工藝基礎知識和操作經驗。但是他們畢竟少有實踐應用，實際加工經驗還很不足，工藝知識常常成為學生學習編程的一個薄弱環節。事實也證明，學生在工藝方面的知識不足和經驗欠缺往往成為編程的最大障礙。況且，學生先修課程的掌握程度不一。因此，在制定和實施教學方案時要有彈性，要留有余地。

按設備和加工方法分類，數控加工編程可分成車床編程和銑床（加工中心）編程。這兩者有聯系也有區別。在學生學習過程中，兩者可以互為促進，也可能互相干擾。例如，對銑床加工基本移動指令的掌握可以比較順利地從車床加工指令遷移過來，但換刀指令、補償指令、固定循環指令等在學生初學時，又常常容易混淆。因此，在教學時要加強對比。

各部分知識之間存在縱向的關系，也存在橫向的關聯，可將所有知識都納入一個工作任務中，得到有組織的課程知識結構圖。以車床加工編程為例，如圖1所示，框格和框格之間的線段表示課程所需學習的知識及其類屬關系，帶箭頭的線段表示知識應用過程，虛線框和虛線箭頭線段表示工作內容和工作流程。

圖1 數控車床加工編程知識應用圖

圖1表示了數控車床加工編程的知識內容、知識應用，以及與崗位工作過程的關系，比較清楚、直觀地反映了某部分知識在整個知識結構中的位置及與其他知識的關系。

教師可將圖中的各部分一層一層地往下細分，以備不同教學階段使用；也可以進一步添加其他先修課程的知識等，用來檢查本課程的學生預備狀態并鞏固已學的相關知識。如果橫向并列擴展，可得到銑床和加工中心的知識應用圖。在教學過程中，呈現于學生的知識結構圖應伴隨學生知識結構的不斷延展而細化和豐富，并應根據需要進行調整、修正。

從學習的心理過程看，課程中的學習可分為符號學習、概念學習、智慧技能學習、學習技能學習等。如果沿著這一維度去豐富知識結構圖，則按照心理學的原理，可將課程知識歸為兩大類：陳述性知識和程序性知識，前者涉及事實、概念、規律、原理等，后者涉及經驗、策略等。例如，數控編程指令代碼的符號、名稱和指令格式等屬于簡單的陳述性知識，而編程指令的使用條件、適用范圍、程序優化規則等屬于復雜的陳述性知識。陳述性知識解決“是什么”和“為什么”的問題。編程的步驟、方法、程序范式等則屬于程序性知識，要用到陳述性知識而成為智慧技能，在解決“怎么做”和“怎樣做更好”的問題中，培養學生的專業技能和學習能力。

《數控加工編程》課程知識結構分析的應用

對課程知識的結構剖析，可以得到課程在不同階段、不同層次的知識結構圖，不僅可用來幫助教師進行教學規劃，同時也能幫助學生有效學習。

教師應根據對課程知識結構的分析結果，選擇適當的學習材料并將其合理整合到學生的學習過程中，針對學生已有的知識結構、心理特點，有的放矢地設計教學過程。

總體看，課程知識結構的分析既體現出知識的系統性、工作過程的有序性，也體現出這兩者之間的相互影響。教學設計首先就要注意從全局著眼，在教學中要注重前后內容的連貫性、完整性，將這種思路貫穿教學的各個階段、落實到每一堂課。學習過程宜采用“問題引導、任務驅動”的教學法，體現工作過程的完整性。這種邏輯關聯，使得學生在完成一項項工作任務中，在一次次的學習過程中，學習的每一個知識、每一項技能都像自然生長出來一樣鮮活而有生命力。

遵循知識和技能學習從易到難、從簡單到復雜的過程，在安排學習任務時，應從單一項目，到綜合項目，設定學習情境。如對車床數控編程，應從直徑單調遞增的圓柱面、圓錐面的簡單階梯軸加工，到帶凹槽的階梯軸加工，再到圓弧面軸類加工、螺紋面的軸類加工；從軸類加工，到盤類加工；從軸類，到兼有內外面的套類零件的加工；從加工直線、圓弧構成的回轉體，到應用宏程序加工沒有加工指令的橢圓、拋物線回轉面等。隨著任務的難度增加，學生也經歷了編程與操作從需借助外力，到能獨立完成，從生疏，到熟練，進而熟能生巧的過程。

學習過程不完全等同于工作過程，有時不妨尋求避難就易、迂回曲折、螺旋上升的方式。例如，學生在加工經驗不足的情況下，對工藝問題往往“視而不見”，不考慮工件材料、生產批量、現有條件、設備型號、工件裝夾等。對于某些學生來說，一下子考慮太多的工藝參數難度太大，那么，允許他們暫時“繞道而行”，經驗積累到一定程度后再按生產實際要求去修改工藝和程序，也是一種切入任務、分步驟地達成課程目標的途徑。

知識結構分析可以清晰地提示我們在學習過程的不同階段要采用不同的教學策略。在學生知識儲備不足的學習初期階段，如學習編程基礎知識時，采用替代式教學策略效率高，儲備知識有限和學習策略不佳的學生可以獲得學習成功。在具備一定基礎后，采用產生式的教學策略，如在應用編程和仿真階段，學生自己安排和控制學習活動，在一定范圍內自選任務，靈活調節完成時間，能使得學習更具主動性，思考更加深入，并產生、改善具有個性特征的學習策略，提高學習能力。

在學習編程的開始階段，要熟悉常用編程代碼的符號和名稱，屬于學習簡單的陳述性知識，主要是符號表征學習和事實學習，學習難點不是理解，而是如何記住。可以采用復述、聯想、組織歸類等方法，通過檢查和預先告知要檢查，提示學生注意鞏固。

開始學習車床或加工編程后，需要掌握編程指令的格式、含義、適用范圍和應用方法，這些更多涉及概念和命題。如果學生能充分理解指令的含義和應用，則有助于記住指令的格式。而在不同應用背景下指令格式亦會有變化，這是學生在學習到一定階段后較容易出現的難點。如G41X50Y50D01中隱含的G00或G01的意義等。教師要優選學習材料，在實例精講的基礎上，根據不同工作條件，設計多樣化的變式練習，并及時反饋，使學生能比較順利地掌握概念，并應用于編程過程中。

學習編程到一定階段后，概念越來越多，知識之間互相干擾的情況也越來越多，要注意經常對材料進行組織、對比。可以采用列結構提綱、畫樹形圖、填表等方法來理清概念關系。碰到先后兩種相似材料的學習易于相互干擾的時候，還可采用對先前的材料過度學習的策略。

應根據知識類型的不同，采用不同的教學手段和方法。比如，對陳述性知識，采用結合實例、講授為主的方法，配合各種記憶策略，輔以練習和討論，強調其對實操的指導意義。而對程序性知識，以示范講授、實訓操作法為主，輔以小組合作、討論，強調應用知識，不僅知其然，還要知其所以然。

從學生角度看，學生參與課程知識結構的分析，有助于將新的知識融入自己原有的知識結構，并檢查、評價自己已有知識結構的合理性、完善性，監控和調節自己的學習過程，建構更為合理的知識結構，使學習和思考更具積極性與主動性，從而促進學習技能進步。教師應指導學生自主畫出知識的應用關系圖，幫助其明確任務要求，了解問題背景，迅速切入問題實質，從而應用相關知識、規則、策略去解決生產實際中的加工編程問題，進而在變化的情境中也能適當地應用規則和策略，提出問題、分析問題、解決問題。這是一種有效提升學生職業能力的途徑。

學習過程和工作過程一樣是一個動態變化的過程。應根據課程的知識結構特點，從宏觀，到微觀，從時間分配，到內容安排，從教學策略的更替，到教學手段和方法的選擇，全面調控教學過程。學習進程表現出進度的快與慢，知識呈現的難與易，要求的強與弱，呈現時的直接明了與迂回曲折，漸變與突變，教與學，思與做，程序的讀與寫、寫與改，編程與仿真操作，個人學習與小組討論或師生互動，學習與評價、反饋與改進，乃至教師語速大小、音量高低，學生情緒起伏、注意力集中與否等等。課程知識結構分析能幫助我們把握住這種種的關聯和變化，就像譜寫一首曲子，是連續而不是支離破碎的。我們完全可以期望學生將來能把現在所學知識、技能、方法遷移到其他數控系統加工編程的學習中。

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G712

A

1672-5727（2012）07-0085-02

盛雪華（1962—），女，湖北武漢人，武漢軟件工程職業學院副教授，研究方向為機械制造、數控加工與編程教學。