基于應用驅動的數控技術課程改革與探索

朱火美 呂煥培 張倩 張育斌

摘 要：基于建構主義學習理論，采用了應用驅動的教學方式，有針對性地從教學內容、教學模式、師資隊伍建設、考核方式等幾個方面來展開教學改革，解決該校數控技術教學中存在的問題，并結合學校性質和定位，探索一套切實可行且符合應用型本科教學的課程改革方案，提高數控技術的教學質量，培養出符合社會需要和行業需求的高級數控人才，促進教學改革與人才培養的良性互動。

關鍵詞：建構主義學習理論 應用型本科教育 應用驅動 數控技術課程 教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0156-05

Abstract：Based on constructivist learning theory， using application-driven teaching methods， targeting from the teaching content， the teaching mode， the teaching team building， the assessment methods to expand the teaching reform， solving the problems in CNC Technology course teaching in our school， ultimately coming to a practical feasible proposal compliance with applied undergraduate education， improving the teaching quality of CNC technology course， training advanced CNC talents to meet the needs of society and industry.

Key Words：Constructivist learning theory； Applied undergraduate education；Application-driven；CNC Technology course； Teaching reform

隨著我國經濟的快速發展，先進制造技術在各領域中的廣泛應用，特別是進入21世紀，我國經濟結構進行戰略性調整，高新技術發展迅速，產業不斷升級，迫切需要大批應用型高級人才。應用型本科教育主要培養技術密集產業的高級技術應用型人才，并擔負培養生產第一線需要的管理者、組織者等任務，其核心是突出“應用”，主要集中體現在兩方面：一是學術、技術、職業三者的結合；二是學生社會適應能力和職業技能的提高，重視學生新技術應用能力的培養。

作為一所應用型本科院校，該校的人才培養模式是以培養學生實際應用能力為主要特色，以能力為中心，以適應社會需要為目標，以培養技術應用能力為主線，為社會培養綜合素質較高、適用面較寬、技術應用能力較強的應用型人才。數控技術課程是該校機電學院機械設計制造及其自動化專業的專業核心課程，具有理論性強，與工程實際聯系緊密的特點，其主要任務是為中小企業培養出中高端技術及管理崗位，具有工程實踐經歷、創新創業潛力的應用型數控技術人才。

1 數控技術教學現狀

目前，浙江省應用型院校在數控技術課程的教學過程中，從理論教學到實踐教學，都存在著一些亟待解決的問題。各校主要傾向于兩個方向，一是注重理論教育，二是注重加工操作教育[1，2]。過于注重理論教育，實踐操作環節較少，則培養出來的學生缺乏應用性，解決實際問題的能力比較差；過于注重加工操作教育，則培養出來的學生偏向于操作技工，對實際問題的分析能力比較薄弱，不利于學生個人的可持續發展[3]。該校比較傾向于傳統的教育模式，注重理論教育的同時也進行加工實踐的教育，但在教學過程中缺乏學習的啟發性、自主性，使學生的實際應用能力以及創新潛力未能得到挖掘。同時學校在教學內容、教學組織及師資隊伍的建設等方面，也存在一些不足。

1.1 教學內容沒有反映現在數控技術的先進水平

隨著科學技術的突飛猛進、機床復合化技術的快速發展，數控加工技術的發展非常迅猛。其中難度最大、應用范圍最廣的五軸聯動數控加工技術發展非常迅速。但目前所用教材普遍較少涉及先進的數控編程與加工技術，最主要的是教學內容側重于傳統的編程指令及手工編程，沒有反映數控加工技術的先進水平。教學內容陳舊，不能適應數控技術的發展，導致理論教學與實際脫節，學生所學知識、技能與生產實際的要求尚存在差距。

1.2 理論教學環節與實踐教學環節安排不合理

目前，該院教研室開設的與數控技術相關的課程有《數控編程與加工技術》、《MasterCAM》、《Cimatron》、《數控加工生產實習》等課程。在教學過程中，對數控技術理論基礎知識、數控編程技術以及數控加工操作的教學組織，主要按照各個獨立的課程進行組織教學，沒能很好地按照課程的學習規律組織教學。因此學生在學習過程中，沒能很好地遵循知識建構的規律進行學習，導致學生對所學的知識缺乏連貫性，缺乏在實際中綜合應用的能力。

1.3 教學手段和方法缺乏啟發性

目前的教學比較趨于傳統的教學模式。理論課程主要以教師授課為主，教授數控機床加工原理、數控程序編制的基礎知識等。課程中安排的實踐教學主要是對簡單的零件進行編程，然后在計算機上進行仿真。這種授課方式沒有跳出傳統模式固有的框架，在教學過程中缺乏啟發性，難以激發學生的創造潛能。

1.4 考核方式趨于應試考試

數控技術課程考核以靜態考核為主。重知識考試，輕技能、能力考核；側重于考核知識的記憶和掌握，不注重知識的遷移、綜合利用，導致學生考前背，考后忘，忽略了對學生綜合應用能力的測評，阻礙了學生的發展潛能，束縛了學生的創新思想。

1.5 課程組師資隊伍素質有待進一步提高

該校數控技術專任教師主要是來自普通大學及研究型大學的碩士研究生。在理論基礎方面扎實，但實踐工程經驗相對薄弱；另一方面，學校忽略對師資隊伍的再培訓，加上個別教師對自身要求沒有那么嚴格，因此沒有及時掌握數控技術發展的最新動態及最先進的數控加工技術。

2 數控技術課程教學改革探討

作為應用型本科院校的一門重要專業核心課程的任課教師，在新知識、新技術不斷增加，市場人才需求不斷提出高要求的新形勢下，研究適合應用型本科的教學模式勢在必行。以建構主義學習理論為基礎，采用應用驅動的教學方式，有針對性地從教學內容、教學模式、師資隊伍建設、考核方式等幾個方面來展開教學改革，以解決該校數控技術教學中存在的問題，提高數控技術的教學質量，培養出符合社會需要和行業需求的高級數控人才。

2.1 課堂教學改革理論依據

建構主義理論主張學習是心理的積極運作過程。學習者是在原有經驗的基礎上，主動、積極地對外部信息進行選擇與加工，通過新舊知識經驗間反復、雙向的互動過程來獲取、建構新知識的過程。建構主義學習觀十分強調“意義建構”“情境”“協作”“對話”等。所謂“意義構建”是利用已有的認知圖式賦予新知以意義，是學習的終極目標。而“情境”是指學習要在一定的社會文化背景之中進行，學習情境的設計必須有利于學生對所學內容的意義建構。“協作”指的是學習方式，它要求在學習資料的搜集與分析、假設的提出與檢驗、學習成果的評價、意義的最終建構等過程中進行合作，以便相互啟發。“對話”則是指通過會話、討論等完成學習任務。協作、對話貫穿于學習過程的始終，并體現互動交流，以達到每個學習者的思維成果為整個學習群體共享，促進對新知內容意義的全面建構[4]。

建構主義教學論以其學習論為基點，超越了傳統的教學論思想，具有其自身獨特的觀點。建構主義教學論要求樹立學生主體觀念，強調學生對知識的主動建構。在教學活動中，強調發展學生學習的主體性、主動性；教師應按照學生認知建構圖式進行教學設計，尤其應注意設計教學情境、認知沖突；教師要創設機會，激勵學生主動參與，促進學生主動學習；教師應運用現代化教育教學手段，開展協作學習、小組討論，增進合作與交流。

2.2 課堂教學具體改革方法

由于數控技術課程專業核心課程的課程地位，以及理論性強、與工程實際聯系緊密的課程特點，要求學生通過該課程的學習，不僅要掌握基礎的理論知識，而且要在此基礎上，熟練應用最先進的自動編程技術以及數控加工技術分析、解決實際生產過程中遇到的問題，以提高企業的生產效率、促進自身的可持續發展。現以學生對所學知識的應用能力以及自身的可持續發展為導向，基于應用驅動的教學方法，對數控技術課程的課堂教學進行改革。

課程教學內容及教學組織的教改前后對比如圖1（a）和圖1（b）所示。

（1）以最先進的自動編程技術、數控加工技術為主線，提煉教學內容。

在課程內容上，在保證教學內容完整的前提下，及時拋棄陳舊過時的內容；調研查閱國內外最新數控技術課程相關資料，尤其是美國，德國，俄羅斯，日本，歐洲等國家和地區的數控加工技術發展情況，以最新的自動編程技術、數控加工技術等反映現代數控技術先進水平的內容為主線，提煉數控技術課程教學內容，包括理論教學內容、CAD/CAM自動編程技術及實踐教學內容。

（2）優化課堂教學組織，強化實踐教學環節。

在教學組織上，強化實踐教學環節，扎扎實實地落實數控機床的操作、數控加工工藝的設計等專業內容，注重增加綜合性和設計性的內容，重視學生分析和解決問題等實際應用能力的培養以及創新意識的培養。注重以學生為中心進行教學，教學設計的內容與步驟包括：分析教學目標—創設情境—設計信息資源—設計學生自主學習—設計協作學習環境—設計學習效果評價，通過以上內容與步驟，增強學生學習的自主性、積極性、創造性，達到建構教學的效果。在理論教學中，在基本原理、基礎知識的授課基礎上，逐步增加對學科前沿知識的學習與深入；CAD/CAM模塊教學中，主要從建模、程序編制及自動加工等方面進行授課，讓學生通過對具體零件的自動編程、加工以掌握自動編程技術；在完成數控加工基礎知識及自動編程技術的基礎上，在數控實驗室開展數控加工生產實習，使學生鞏固所學知識，升華所學知識，真正學以致用。

如圖2所示，為學生對所設計的零件進行自動編程與模擬加工，并通過后置處理得到NC程序。

如圖3所示，為學生在自動編程與模擬加工的基礎上，采用后置處理得到的程序，在數控機床上加工工件。

（3）因材施教，改進教學方法，促進學生應用能力及創新能力的培養。

授課過程中，一方面盡量采用現代化教學技術，如flash、視頻等，變靜態為動態、變抽象為具體、變復雜為簡單、變枯燥為生動，以提高學生的學習興趣、課堂教學效果和單位時間教學容量。另一方面是采用啟發式、討論式、參與式的教學方法，激發學生的積極思維，進而進行主動的學習，促進學生的自學能力、分析能力、歸納能力等的鍛煉。例如：在實踐教學環節采用參與式教學。學生在加工產品零件的過程中參與指導，教師在旁協助。學生在加工過程中遇到問題，通過相互討論、協作以尋找解決問題的方法。授課過程中，設計好教學環境，為學生提供有意義的信息條件，并激發學生的挑戰熱情十分關鍵。如，要求學生思考并實現：如何加工才能將臥著的海馬（圖4）站立起來。如圖5所示，即為學生努力的成果。如此，不但加深學生對所學知識的鞏固與應用，而且，進一步激發學生的學習興趣，促進學生分析問題、解決問題等實際應用能力的培養。

（4）以體現知識、素質、綜合應用能力為出發點，建立全程考試模式及考核標準。

在考核方式上，改變現行的、考試內容以理論知識為主、缺乏對學生知識運用、科學思維和創新能力培養的應試考試，以體現知識、能力、素質為出發點，分別對理論教學、CAD/CAM教學以及實踐教學進行考核，建立全程考試模式。對于理論部分的考核，包括靜態考試成績和課堂表現成績。對于CAD/CAM環節的考核，要求學生完成小組討論報告、自學報告等。對于實踐環節的考核，要求學生設計加工工件樣品。該部分的成績評判依據包括樣品圖案的設計、工法的選擇、加工程序的編制、加工程序后置處理、機床操作規范、加工成品的品質等方面進行評價。

（5）提高師資隊伍素質，促進“雙師型”師資隊伍建設。

在師資隊伍的素質提高上，通過各種途徑，如參加數控技術師資培訓班、寒暑假下企業掛職鍛煉、校企合作等方式，培養兼具理論知識和實踐經驗的“雙師型”教師。在“雙師型”師資建設過程中，課題組成員積極活躍，其中有兩名教師加入了學校首批應用型教師的隊伍，他們既是講師，又是工程師，是理論與實踐相結合的應用型人才。

3 教改成果分析

（1）理論學習—CAD/CAM—加工操作三者結合為一體的教學模式，激發了學生的學習興趣，課堂規范聽課率提升，學生評教評分為92.65，滿意度較高。

（2）理論與實踐相結合，促進學生對知識的掌握與應用，教學效果提升。表1所示為采用傳統方式教學的信息化制造班級的成績分布表，平均成績為63.2分，標準差為13.19；表2所示為采用教改方式教學的機電一體化班級的成績分布表，平均成績為69.64分，標準差為11.64。對兩組數據進行分析可知，采用教改方式教學，一是學生平均分提高了6.44分，二是中等、良好分數段成績的學生明顯增加，學生成績基本趨向成正態分布，如圖6（a）、（b）所示。

4 結語

應用型本科教育在我國還處于發展階段，仍然符合社會的要求，符合經濟發展的需要。作為應用型本科教育工作者，作為數控加工技術的專任教師，積極汲取先進國家的應用型本科教育發展經驗，堅持以傳授和培養應用型技能為核心目標，實踐教學為主線，對數控技術課程教學進行改革與探索，培養出新型的具有工程實踐經歷、能熟練應用最新自動編程技術及數控加工技術并具有創新潛力的應用型數控技術人才，對我國綜合國力的提高具有極其重要的意義。

參考文獻

[1] 陳解放.應用型人才培養的國際經驗借鑒[J].北京聯合大學學報：自然科學版，2005（2）：30-34.

[2] 孫建華.應用型人才實踐能力培養模式的探討[J].實驗技術與管理，2009，26（6）：169-182.

[3] 陳典紅.數控技術課程教學改革與探索[J].中國校外教育，2009（S2）：477-478.

[4] 姜俊和.建構主義教學理論及其啟示[J].沈陽教育學院學報，2005，7（1）：1-5.