改革創新以工作過程系統化為導向的《數控技術》教學

趙慶志 譚培紅 姜德志

2017年中央提出了對傳統工科進行改革創新的“新工科”政策，培養具有創新精神和實踐能力的工程應用型本科人才，以便滿足世界范圍內新一輪科技革命和新興產業變革對人才的需求。總的看來，這些教育教學改革政策整體上是比較宏觀的理念，對工程教育教學改革理念起方向性指導作用，對工程教育實施者的一線教師如何把方向理念落實到教學可操作的層面，采用什么樣的教學模式實施教學能更有效地培養新工科人才，實現高等工程教育內涵式發展具有重要意義。

傳統的“以學科理論體系為導向的知識和概念積淀的教學理念”的教學模式和教學效果

長期以來，我國本科教學理念基本上是“以學科理論體系為導向的知識和概念積淀的教學理念”，即根據學科理論體系制定教學計劃、編寫學科理論性比較強的教材、制定教學大綱、進行課堂教學和實驗等。其相應的教學模式是：按照教學大綱和教材備課，教師講授完理論知識即完成了“教”的任務，也常叫“滿堂灌”的教學模式。之后布置書面作業，也安排占總課時12% ～15%的實驗教學，課堂教學和實驗教學通常由不同教師擔任。

基于這種教學理念的教材突出理論知識發展的完整性、知識組成、抽象概念，教師習慣用形象思維表達問題，即多用符號、圖形、框圖等書面介質表述物理概念和工作原理，在很大程度上脫離了工程自然，弱化了工程實踐應用，教師在某種程度上只教會了學生存儲知識而不會應用知識，只會在學校里教和學而不會基于工作需要的教和學，即師生的職業生涯發展潛力受限，不適應新工科人才培養需要。

基于“行為導向”教學理念的教學模式及教學效果

“以工作過程系統化為導向的知識、能力和素質積淀的教學理念”來源于德國的“行為導向教學理念”，德國根據該教學理念實行“雙元制”教學模式，對提高德國的教育水平起到了巨大的推動作用，現已在很多國家得到應用，取得了較理想的教學效果。

該教學思想的實質就是要求把工作過程融入教學，讓學生認知實物、甚至動手操作，讓學生置于工作現場情境下用耳朵聽、用眼睛看、親手做以及把思維情感全部投入的教學過程中。教學目標以專業工作能力為本位，強調“學中干，干中學”這好比把學生頭腦看作存儲知識的倉庫，倉庫中縱橫排布一個個方框，在一個個方框里積淀下工程設計、應用和創新能力，該教學理念名稱由此得來。基于這種教學理念的教學模式通常是網絡信息化混合式教學模式，作者經過理論和試驗研究，進一步采用“網絡信息化、理實一體化加實訓的混合式教學模式”，真實地培養了大學生的工程設計、應用和創新能力。

《數控技術》課程教學改革創新簡述

構建課程模塊、項目、任務及教學目標

按照“以工作過程系統化為導向的知識、能力和素質積淀的教學理念”重新構建課程模塊、項目、任務（知識點）及其教學目標。作者根據布魯姆教育理論，在考慮《數控技術》課程自身知識體系的前提下，還要協調好相關的不同課程內容，梳理清楚課程內容及其因果關系。該課程7個模塊，21個項目，129個任務（知識點），將這些模塊、項目和任務點整合成一個科學、高效、前后邏輯性強、不再重復講授的教學體系，并重新制定各個模塊、項目、任務（知識點）的教學目標。

教學目標語句有指向學科理論體系的，也有指向工作過程系統化體系的，但較多的是指向二者組合的名詞加動詞語句。如，計算機光電隔離知識點，指向學科理論體系的教學目標為：計算機光電隔離原理，教師很可能就只從理論上講授，忽視了工程應用；而指向工作過程系統化體系的教學目標為：計算機控制強電抗干擾原理、設計及應用，這就迫使教師不僅要從學科理論體系講授計算機控制強電抗干擾原理，還要講授從工程設計、應用和創新體系理實一體化地掌握計算機控制強電干擾問題的工程應用，這樣有利于培養大學生的理論知識、工程設計、應用和創新能力。

根據教學目標，研制大量教學媒體，包括實驗實訓教學設備典型案例

教學團隊經過長期努力，購買及研究開發了幾乎遍布課程所有知識點的實物、實驗、實訓教學設備及網絡信息化教學平臺等教學媒體，教學效果很好，現舉四類典型教學媒體：

第一，實物教學媒體。團隊購置了大量教學實物，如光電耦合器元件，研制了大量實驗實訓教學設備，讓大學生通過實驗設備理實一體化地掌握工程設計應用。

第二，教學化處理的教學媒體。當實驗設備難以直觀演示工作原理時，研發了動畫顯示軟件，即把實驗設備進行了教學化處理。這種教學化處理的教學媒體是教學輔助手段，再加上真實的元件實驗設備，才能夠有效地提高教學質量。

第三，企業生產應用的設備作為教學媒體。直接用企業生產應用的設備作為教學媒體或就在企業工程設計應用現場教學，更能夠有效地提高教學質量，實現教學目標。

第四，自行研制開發或購買的實驗實訓教學媒體。研制開發或購買了幾乎和企業應用零距離的實驗實訓教學設備，能夠有效地提高課程教學質量，滿足《數控技術》教學目標。

根據教學目標，研制開發集設計、安裝、調試、故障測試與維修的典型工程的實訓案例

第一，傳統的“以學科理論體系為導向的知識和概念積淀的教學理念”計算機控制三相交流電機教學模式簡述。傳統的以學科理論體系為導向的知識和概念積淀的教學理念的《數控技術》教學沒有實行理實一體化教學和實訓，學生學到的理論知識和概念與企業工程設計、應用和創新仍然隔了一堵墻，如本科階段的數控系統控制電機課程設計，都是教師給個題目，學生套用公式計算電氣元件參數，畫出電氣控制原理圖，寫設計計算說明書，答辯結束。這種教學模式不能培養學生的工程設計、應用和創新能力，因此要進行全方位教學改革創新，教學改革案例之一：設計開發與實訓綜合在一起的計算機數控系統，控制電機正轉、停轉和反轉，從而設計實訓案例。

第二，研制計算機持續信號控制三相交流電機理實一體化教學實訓臺。1.設計帶功能區、圖區的數控系統，控制兩個三相交流電機電氣控制原理圖。2.根據兩個電機的功率，計算所需電器設備、元件的性能規格參數，所需輔助材料，包括大小合適的底板，線槽、導軌、號碼管、接線排等等安裝材料表。

第三，畫電氣安裝接線圖接線及調試。1.根據帶功能區、圖區的電氣控制原理圖講電器實物的擺放情況，以此為據設計電氣安裝圖和接線圖。2.根據原理圖、安裝圖和接線圖實施接線，得到數控系統控制電氣柜。3.將數控系統控制電氣柜與數控系統、步進電機等外圍設備接線，即數控系統控制電機三相交流電機M1、M2和步進電機實訓臺。

全課程安排類似這樣的實訓案例共11個，如計算機控制液壓氣動電磁換向閥及傳感器限位設計與維修等等，完全滿足了機械工程行業設計、研究開發需要。經過實訓，大學生的工程設計、安裝、調試、故障測試與維修能力得到明顯提高。

實行網絡信息化、理實一體化加實訓的教學模式改革創新

第一，實行網絡信息化教學。將課程模塊、項目和知識點及11個實訓項目的文檔、照片、視頻圖文并茂傳到網絡信息化教學平臺上，學生學習后再實訓，不僅提高了教學效率，還收到了很好的教學效果。

第二，實行理實一體化教學授課。在講授課程知識點時，展示大量體現圖上知識點的實物，課堂就做出實驗，實行理實一體化授課，大大增加了大學生的感性和理性認識，提高了工程設計、應用和創新能力。

第三，對相關項目和模塊增加實訓教學環節。對每一個項目安排設計、安裝、調試、故障測試與維修綜合性實訓，明顯提高了大學生的工程設計、應用和創新能力。

第四，改革傳統的一卷定成績的考試模式。實行課堂出勤表現、網絡自學答疑、書面作業、實驗、實訓和考試均占一定比例的考試改革，促進了教學質量的提高。

《數控技術》課程教學改革效果及結論

實行“以工作過程系統化為導向的知識、能力和素質積淀的教學理念”及“網絡信息化、理實一體化加實訓”的教學模式對《數控技術》組織教學改革創新，獲得了非常好的教學效果，大學生對低壓電氣控制柜、經濟型數控機床電氣控制柜基本達到了“通理論、融實踐、能設計、熟調試、懂故障、會維修”的教學效果，真實地達到了課程教學目標。大學生考上研究生后做課題進展快，近幾年畢業的大學生就業后工作能力強，得到企業普遍好評。

基金項目：山東省高等學校教學改革立項項目“基于行為導向教學理念的‘數控技術原理設計及應用專著及實驗教學設備研制開發”（項目編號：2012258）；2014年山東理工大學教學改革立項項目“《數控技術》網絡信息化建設” （項目主持人：趙慶志）