數控銑削分層次教學設計及實踐

尹文鋒， 杜 超， 楊林君， 崔 飛

(西南石油大學 工程訓練中心， 成都 610500)

數控銑削分層次教學設計及實踐

尹文鋒， 杜 超， 楊林君， 崔 飛

(西南石油大學 工程訓練中心， 成都 610500)

數控銑削是工科高校工程實踐教學中的重要項目之一，其面向眾多專業、不同年級學生授課。針對這一情況，開展了數控銑削分層次教學設計的探索與實踐。通過有針對性地設定教學目標、設計教學內容、多形式地開展教學活動，有效激發了低年級學生的工程興趣，培養了工科學生的動手實踐能力，提高了機械專業學生的專業素養和創新意識，滿足了不同層次學生需求，取得了良好的教學效果。

數控銑削； 分層次教學； 工程實踐

0 引 言

工程訓練中心是實施工程教育的校內實踐教學基地，具有實踐性、綜合性和創新性等特點，具備獨有的實踐教學資源優勢[1]。為滿足在大工程背景下，培養“創新型、實用型、復合型”人才的需求[2-3]，我校工程訓練中心加大了對學生實踐教學的力度，拓展了實踐教學的范圍。實踐教學內容從傳統的機械制造實訓擴展到涵蓋多領域的工程認知實訓，實踐教學對象從傳統的工科專業擴大到全校所有專業，實踐教學目標從傳統的機械加工操作技能培訓提升到機械創新設計及制造的綜合能力培養。

數控銑削作為工程訓練中心的主要教學單元，在傳統的實踐教學中發揮了重要作用[4]。面對新形勢，數控銑削教學需要配合工程訓練中心的整體規劃，在學生工程實踐教學的工作中貢獻更大的價值。傳統的數控銑削教學具有：知識面廣、理論抽象、教學形式單一、授課對象層次統一的特點[5]。在新形勢下，數控銑削教學需要處理好：低年級非工科專業學生能否在短時間內有效掌握“高難度”數控銑削知識的問題；數控銑削所教授的知識技能如何滿足不同層次學生的需求的問題；以及數控銑削怎樣在培養學生專業能力和創新能力中發揮作用的問題。由此，本文提出了數控銑削分層次教學的方案來解決上述問題。

1 分層次教學的內涵

分層次教學是以因材施教為指導思想，根據教學對象的差異性進行有針對性的教學活動[6-8]。具體來說就是教師根據學生的知識基礎、專業特長、能力特點、學習需求等各方面情況，設計多層次的教學目標，選擇不同的教學內容和教學方法，制定不同的考核標準，對各類學生開展不同層面的教學活動。

分層次教學的分層依據主要是“學生基礎”和“培養需求”。學生的知識基礎和能力水平不同，對新知識的接受程度也就不同，因此，教學在深度上應該具有層次；不同專業對學生的培養需求不同，學生需要掌握的知識量和知識領域會存在差異，因此，教學在廣度上也應該具有層次[9]。

2 數控銑削分層次教學必要性

以數控銑削為代表的數控技術是現今最先進的制造技術之一。因此，數控銑削的實踐教學具有重要意義。通過數控銑削的學習，學生能理解數控技術，了解現代制造技術理念，展望先進制造技術的發展方向[10]。

數控銑削加工技術涉及到機械繪圖、零件造型、編程加工、控制理論等方面的知識，對學生的知識能力要求較高，教學難度一直很大[11]。然而，為加強非機械專業學生的工程教育，我校數控銑削還將服務于多個專業、不同年級學生的實踐教學。這些學生的專業背景不同、知識儲備不同，給數控銑削的教學增添了新的難度。因此，為了適應新的教學要求，需要開展數控銑削多層次教學設計的探索。

3 數控銑削分層次教學設計思路

3.1 設定有針對性的教學目標

分層次教學設計的首要工作是針對不同的教學對象提出具有層次梯度的教學目標[12]。我校數控銑削的教學對象主要為：大一非工科專業學生、大二工科專業學生、大三機械專業學生。低年級非工科專業學生參加數控銑削實訓的主要目的是開闊其工程視野，了解生產實踐，激發實踐的興趣和熱情。針對他們的數控銑削教學重在認知，其教學目標應弱化專業技能的培訓。因此，我們確定了“認識數控加工技術，了解數銑加工流程，感知數銑加工過程”的教學目標。大二工科專業學生參加數控銑削實訓的主要目的是學習工藝知識，訓練動手能力與操作技能，提高工程實踐能力。針對數控銑削教學重在操作實踐，將教學目標定為“理解數控加工原理，掌握軟件輔助編程技術，掌握數控銑床基本操作方法”。大三機械專業學生參加數控銑削實訓的主要目的是靈活地將專業理論知識應用到工程實踐中，提高機械設計及制造綜合能力，提升專業素養，培養創新意識。針對數控銑削教學重在應用和創新，其教學目標是：合理設計數控銑削加工工藝，利用軟件自主設計和編制典型零件的加工程序，掌握工件裝夾及機床操作方法。

3.2 設計分層次的教學內容

根據教學目標確定教學內容是分層次教學設計的重要環節[13]。教學內容的設計應該遵循以下原則：① 教學內容的難易程度與不同層次學生的知識能力結構相匹配，不能過難也不能過易；② 教學內容需要承載培養需求，學生通過對教學內容的學習和掌握，能夠達到提升相應能力和素質的目的；③ 教學內容的可操作性要強，首先學生對教學內容要有興趣，愿意積極參與到教學活動中來，其次教師能對教學內容有足夠的掌控，要保證學生能按時按量完成教學任務。

針對大一參加工程認知的學生，所設計的教學內容難度低，趣味性強，適合學生的知識水平和心理特點。教學內容以簡單、有趣的卡通類小作品的制作為教學載體(見圖1)，讓學生感知數控銑削加工中的零件設計、程序編制、加工制作等主要環節，以小作品激發學生成就感和實踐興趣。

圖1 卡通類小作品

針對大二參加工程實訓的學生，所設計的教學內容專業性更強、實踐比重更大，學生在學習的過程中需要有一定的知識儲備，并且需要理解和練習才能順利完成教學任務。教學內容以類曲面類零件的加工為載體，如圖2所示。該教學任務需要學生首先對零件進行三維建模，然后基于零件模型利用編程軟件生成加工程序，最后操作數控銑床調用程序加工出零件。通過該教學內容能夠訓練學生的三維建模能力，編程能力，提高獨立操作數控銑床的動手能力。

針對參加綜合實訓的大三學生，所設計的教學內容貼近工程實際、具有較強專業性、綜合性和實用性。學習過程中需要學生靈活運用專業知識、掌握設計軟件和編程軟件，具有熟練操作機床的能力。教學內容為加工一個包含外形銑、鉆孔、挖槽等多種加工內容的綜合類零件，如圖3所示。通過對該零件的加工練習，學生基本能夠獨立加工出綜合實訓中其他類似零件。該教學內容重點提升學生零件設計能力、工藝分析能力、編程及機床操作中復雜問題的處理能力。

圖2 類曲面類零件

3.3 制定合理的評價標準

教學效果評價不僅能督促學生對教學內容的掌握，也有助于教師對教學方法的改進。不同層次教學對象學習效果的優劣需要不同的評價標準來衡量。對于工程認知的學生，教學評價標準是：學生需要了解數控加工技術的總流程，并在教師的協助下完成簡易作品的設計及加工。對于工程實訓的學生，教學評價標準是：學生能夠獨立編程，和獨立操作數控銑床加工出規定零件。對于綜合實訓的學生，教學評價標準是：學生能夠靈活利用數控銑削獨立完成項目產品中相關零件的設計、編程及加工。

4 數控銑削分層教學設計方案

4.1 工程認知課程采用分工協作式教學

由于大一學生知識儲備不夠，基礎薄弱，且專業相關度不大，專業要求不高，對于數控技術全面深入地掌握既不現實，也沒有必要。因此，教學以感知過程、積極參與、激發興趣為原則，將學生分成3人小組，分工協作，共同完成學習任務。教學中每位同學均要參與數控銑削培訓的全部內容，但在完成教學任務中，每個小組的3位同學根據自身興趣和能力，分別主要承擔作品設計、軟件編程、機床操作3項任務中的一項，合作完成小作品的加工。分工協作能使學生更加有針對性地學習，有利于分解學習任務，減少學習壓力，提高學習質量，降低操作安全隱患，還能增強責任意識和合作意識。

4.2 工程實訓課程采用以目標為導向進行強化訓練教學

大二工科專業的學生已經具備了基本的理論知識，對于繪圖、編程、控制等理論和技術已經有了足夠的了解，因此，針對他們的數控銑削實習，提出了較高要求，設定了具體而明確的考核目標，圍繞這些目標進行強化訓練，使他們能夠掌握數控銑削編程技術、熟練數控銑床的基本操作。雖然，絕大部分同學不會從事數控加工相關工作，但我們希望通過數控銑削的教學讓學生真切感受生產勞動的價值和意義，培養其踏實認真、嚴謹細致的工作作風。教學過程中要求每位同學獨立完成一個曲面類零件的造型、編程、加工任務。對這3個環節均設置了考查作業，以便了解學生的學習情況，督促其學習進度。為強化學生的動手實踐能力，堅持少講多練、在做中學、即學即用的原則，讓學生快速、安全、熟練地掌握數控銑削加工基本技術。課程結束，設置了數控銑削技能測試對實訓效果進行考評，還面向實習學生舉辦數控銑削技能大賽，進一步激發學生的實習熱情，提高實訓質量。

4.3 綜合實訓課程采用項目式教學

綜合實訓課程主要面向機械專業的高年級學生開設。實訓的主要內容是學生根據具體實訓題目，應用所學專業知識設計滿足題目要求的產品或作品，并綜合應用多種機械加工方法將產品的樣機或模型加工制造出來。圖4為學生針對某一綜合實訓題目所制作的作品實例。數控銑削因其加工范圍廣、操作靈活簡便、加工零件的質量和精度較高，在綜合實訓課程中具有重要作用。

圖4 綜合實訓學生作品

綜合實訓課程采用項目式的組織形式，數控銑削教學也配合項目式教學特點進行了設計。首先，在基礎培訓方面做到全面、扎實、實用。學生需要掌握平面類零件常見結構的編程方法，如外形銑削、鉆孔、挖槽等；機床操作中學生應熟練工件裝夾、換刀、對刀等基本操作。其次，對于加工過程中的常見問題進行專門講解，如程序的修改、典型工藝問題的處理、機床常見故障的處理等。最后，還要針對不同項目組的具體零件的加工難題進行個別指導答疑。

5 數控銑削分層次教學優勢

(1) 分層次教學能夠服務于不同教學對象，使最廣泛的學生受益。數控銑削分層次教學可以根據學生需求的不同，有針對性地向學生教授數控知識，普及工程意識，培養實踐能力，提升專業素養。不論是低年級的學生還是高年級的學生；不論是非工科專業還是工科專業，乃至機械專業，都能從數控銑削教學中各取所需，學有所樂，學有所獲。

(2) 分層次教學有利于降低教學難度，提高教學質量，保證實訓安全。對低年級的學生采用簡單的、有趣的實訓內容，開展輕松活躍的教學活動，能夠降低學生學習難度，增強學習信心，消除對實訓的排斥心理，從而激發實訓興趣，取得良好的教學效果。對高年級的學生適當增加學習難度，有助于提高學生對實訓乃至生產實踐的重視程度，激發責任心、進取心，從而更加認真地參與實習，保證實訓質量。對機械專業學生則增強教學內容的綜合性，緊密聯系機械制造的生產實際，切實提高他們的專業能力，以此激發他們的實訓熱情，提高學習效率。

(3) 分層次教學是提高教學資源利用率、解決教學需求與資源不足矛盾的有效方法。對于實踐教學，設備是重要的教學資源，然而設備的數量是有限的，其增加速度也遠跟不上教學量的增加速度。但是，通過數控銑削分層次教學設計，使數控銑床從傳統教學中僅服務于工程實訓課程，擴展到工程認知課程以及綜合實訓課程，利用基本不變的教學資源，滿足了成倍增加的教學需求。因此，通過分層次教學設計，多方面、深層次地挖掘設備的教學功能，能夠提高設備的教學價值，服務更廣泛的教學對象，滿足更大的教學需求。

6 結 語

分層次教學模式在工程訓練中的應用取得了良好成效：低年級非工科學生通過實訓激發了實踐興趣、感知工程過程、培養了工程意識；工科學生在實訓中，提高了動手實踐能力，培養了吃苦耐勞的工作精神；高年級機械專業學生通過綜合實訓，增強了理論聯系實際的專業能力，培養了創新意識，學生制作的作品在機械創新大賽、工程訓練綜合能力競賽中多次獲獎。

分層次教學模式能在有限的教學資源下，為更廣泛的學生群體提供多樣化需求的高質量教學，為其他實踐教學或實驗教學項目的開發提供了參考，并能夠在教學實踐中不斷豐富、發展和完善。

[1] 伏 云,張 偉,王 冰.工程訓練課程體系建設與改革探討[J].高等建筑教育,2011(4):92-95.

[2] 張樹國,王家宣,劉 超.以項目為載體的工程訓練教學模式的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2012(7):307-309.

[3] 徐志農,周繼烈,倪益華,等.大工程背景下工程訓練課程項目設置及建設[J].實驗室研究與探索,2012(9):98-101.

[4] 余冠洲.先進制造:高等院校工程訓練新方向[J].廣東工業大學學報(社會科學版),2009，9(S1)：215-216.

[5] 丘立慶.以多元智能理論構建高職數控實訓教學新模式[J].職教論壇,2011(14):39-40.

[6] 劉 華,吳 波,許恩江,等.多層次開放性工程訓練教學體系探索[J].實驗科學與技術,2012(1):134-137.

[7] 傅麗凌,楊 平,駱德淵,等.探索工程訓練新模式實施大學生個性化層次化培養[J].實驗室研究與探索,2013(1):85-87.

[8] 楊 琳.關于分層次教學的哲學思考[J].職教論壇,2004(6):22-23.

[9] 陳偉明.分層教學法與合作學習在普車實習教學中的有機結合[C]//中國職協2013年度優秀科研成果獲獎論文集(下冊)，2013.

[10] 張艷杰.基于工作過程的數控加工技術課程教學改革[J].職教論壇,2009(8):53-54.

[11] 王志勇,翁 迅.數控機床與編程技術[M].北京：北京大學出版社,2008.

[12] 武法提,李彤彤.基于遠程學習者模型的差異化教學目標設計[J].現代遠程教育研究,2013(3):66-71.

[13] 袁 慧,于兆勤,秦 哲.新形勢下培養提高工科學生工程實踐能力的認識與實踐[J].高教探索,2007(2):61-63.

Design and Practice of Hierarchical Teaching in Numerical Control Milling Training

YINWenfeng，DUChao，YANGLinjun，CUIFei

(Engineering Training Center, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)

Numerical control milling training is one of the important projects in engineering practice teaching in engineering colleges. It is designed for many professional, different grades of students. In view of this situation, we have carried out the exploration and practice of the hierarchical teaching design of NC milling. We set teaching objectives, designed teaching content, and carried out various forms teaching activities, and these measures effectively stimulated the junior students′ interest in engineering training, developed the practice ability of engineering students, improved the professional quality and created consciousness of mechanical professional students. It meets with the needs of students with different levels, and achieves good teaching effect.

numerical control milling; hierarchical teaching; engineering practice

2016-03-07

尹文鋒(1987-)，男，四川南充人，碩士，實驗師，研究方向為數控加工技術及教學。

Tel.:15378185036;E-mail: yinwenfeng2010@163.com

G 642

A

1006-7167(2017)02-0249-04