基于虛實結合的數控教學創新模式探究

李潤民，劉云龍

（江西生物科技職業學院，江西 南昌 330200）

數控技術作為一項關鍵的制造工藝，已經深刻地改變了現代制造業的面貌。在這個快速演進的領域中，培養具有創新精神、實際操作能力和團隊協作精神的數控專業人才成為當務之急。在此背景下，虛實結合的數控教學模式應運而生，其通過整合虛擬教學資源和實際操作環境，能夠打破傳統教學的界限，使學生更全面地掌握數控技術。

1 傳統數控教學模式的現狀分析

1.1 實操機會缺乏

傳統數控教學模式的實操機會不足主要源于教學的理論傾斜。在教學過程中，過多的時間用于理論知識的傳授，如數控編程的基本原理、編程語言等，而實操機會相對較少，學生難以在實際機床上親自操作，從而導致實際操作能力的不足，這一問題的根本原因在于教學內容的設計和安排[1]。理論知識的確是數控教學的基礎，但過分偏向理論教學而忽視實際操作，使得學生在面對真實工作場景時無法熟練應對。因此，需要在教學設計中找到理論和實操的平衡點，確保學生既能掌握理論知識，又能夠在實踐中運用。同時，實操機會缺乏與機床資源的有限性密切相關。許多學校或培訓機構擁有的數控機床設備有限，而學生需要共享這有限的資源，這種情況造成學生實際操作的時間受限，無法在足夠的機床上完成各種數控加工任務。數控機床設備的老舊和維護問題是實操機會缺乏的另一重要原因。老舊的設備技術水平滯后，難以滿足現代數控技術的教學要求，且容易出現故障，設備的維護和修復需要花費較多時間和金錢，進一步加大了學校或培訓機構的經濟負擔。此外，傳統數控教學模式往往難以模擬真實的生產環境，學生在實際操作中未能充分感受到工業生產中的高壓、高強度的工作狀態，使得他們在畢業后需要一定時間適應工作環境，增加了用人單位培訓的時間和成本。

1.2 學生學習動力不強

傳統數控教學模式中教學內容缺乏趣味性，教學內容往往過于理論化，以數學公式、編程語言為主，難以激發學生的興趣，導致學生在學習過程中感到單調乏味，缺乏主動學習的動力[2]。其次，傳統數控教學模式難以將理論知識與實際應用場景有效結合，學生在學習中難以看到所學知識在實際產業中的應用，缺乏實際操作的動力，這樣的教學方式容易使學生對所學內容感到枯燥乏味，無法直觀地理解知識的實際應用。同時，學生在傳統數控教學模式中缺乏與實際行業項目相關的實踐機會，缺乏實踐的機會，學生難以將所學的理論知識轉化為實際操作能力，降低了他們在實際工作中的競爭力，這也使得學生對于所學知識的應用前景產生疑慮，進而影響到他們的學習積極性。當前，就業市場對于數控專業人才的需求逐漸由理論素質向實際操作能力傾斜，然而，傳統教學模式下，學生缺乏足夠的實際操作經驗，使得他們在就業市場上的競爭力相對較弱，使得學生在學習數控專業時的學習動力減弱，因為他們可能覺得所學內容與實際工作要求脫節。

1.3 教學管理體系薄弱

在傳統數控教學模式下，師資水平的不足和更新不及時是一個亟待解決的問題，數控領域的技術在不斷更新，而一些教師可能由于工作壓力或其他原因無法及時了解最新的技術發展，導致教學內容滯后，無法滿足行業的實際需求。同時，教學資源管理體系薄弱導致教學資源的分配和利用不夠科學合理，一些學校可能因為經費限制或管理不善，導致教學設備和實驗室資源的浪費，或者某些資源供不應求，影響了教學的平衡性和效率。在傳統數控教學模式下，學生學習過程也難以被有效監控，由于缺乏科學的學情分析手段，教師難以全面了解每個學生的學習狀態、存在的問題和進步情況，這使得教學難以有針對性地調整，無法滿足學生個性化的學習需求，導致教學效果的不穩定性。此外，在傳統數控教學模式下，學校與企業的合作關系相對薄弱，導致學生在校期間難以充分了解企業對數控專業人才的實際需求，缺乏對實際工作環境的深刻認識，與企業的深度合作可以為學生提供更多實際操作機會，幫助學校更好地調整教學內容，提高學生就業競爭力。

2 虛實結合的數控教學模式概述

2.1 虛擬教學資源

虛擬教學資源包括數控仿真軟件和虛擬實驗平臺，為學生提供了更為直觀、靈活、安全的學習環境[3]。數控仿真軟件是虛擬教學資源的核心,選擇合適的仿真軟件對于數控教學至關重要，軟件選擇應根據教學目標、學生水平以及與實際產業的契合度進行科學合理的評估，確保所選軟件既能滿足教學需求，又能夠培養學生的實際操作能力。虛擬實驗的設計與開發是虛擬教學資源的關鍵環節，一個成功的虛擬實驗需要模擬真實工作場景、具備足夠的互動性、提供詳細的反饋。通過模擬數控加工過程，學生可以在虛擬環境中體驗實際的制造過程，從而更好地理解和掌握數控技術。而虛擬實驗提供了一個無風險的學習環境，在虛擬環境中，學生可以進行復雜的數控加工操作，而無需擔心任何安全隱患，這降低了教學過程中可能發生的事故風險，為學生提供了更安全的學習體驗。同時，虛擬實驗還可以記錄學生的每一個操作步驟，使得教師能夠對學生的學習過程進行詳細的分析和評估。通過數據的追溯，教師可以更好地了解學生的學習路徑，幫助他們更有針對性地提升自己的技能水平。此外，虛擬實驗還具有時間和空間的靈活性，學生可以在任何時間、任何地點進行學習，無需受制于實驗室的時間和地點限制，這為學生提供了更大的學習自由度，有助于他們更好地安排學習時間，提高學習效率。

2.2 實際操作環境

數控機床實驗室作為實際操作環境的核心，其硬件設施的更新和維護對于數控教學至關重要。定期檢修和更新數控機床，保障設備的正常運行，是提高實際操作環境質量的保障。此外，選擇符合產業標準的數控機床，能夠使學生在學習過程中更好地適應實際工作需求。實際操作案例的設計也是實際操作環境中的關鍵環節，這些案例需要貼合當前工業發展趨勢，既具有一定難度，又能夠鍛煉學生的實際操作能力，設計過程中應考慮到不同難度層次的學生，確保案例既能夠滿足高水平學生的需求，又能夠引導初學者逐步提升自己的技能[4]。將教學與實際生產結合起來是提高實際操作環境質量的關鍵，通過與企業合作，使學生有機會參與真實的制造車間實踐，這樣的實踐能夠使學生更好地理解數控技術在實際生產中的應用，培養學生解決實際問題的能力。實際操作環境不僅僅是數控專業的領域，還涉及機械、電子、自動化等多個學科。跨學科的合作可以拓展學生的知識面，提高他們的綜合素養，為未來的跨領域應用打下基礎，這種合作可以通過課程設置、教師團隊建設等方式來實現。

3 虛實結合的數控教學創新模式的優化途徑

3.1 進行線上線下教學資源的整合

在虛實結合的數控教學中，充分整合線上和線下教學資源是提高教學效果和學生學習體驗的關鍵。線上資源包括在線課程、虛擬實驗、模擬軟件等，這些資源具有靈活性、便捷性、資源共享、拓展性以及實時更新與動態調整的優勢[5]。學生可以根據自身的學習進度和時間安排進行學習，同時能夠分享更多資源，獲取實時更新的內容，提高學習的靈活性和效率。為克服線上資源的技術門檻問題，可以設計個性化學習路徑，分級設置課程內容和難度，讓學生根據自身水平和興趣選擇適合自己的學習路徑，提高線上學習的參與度。此外，學校應提供必要的技術支持和培訓，幫助學生克服設備使用和網絡連接的問題，設立技術支持團隊，定期舉辦培訓課程，讓學生更好地利用線上資源進行學習。為保證線上資源的時效性，學校應制定明確的更新機制，建立專門的團隊負責監測技術發展、學科前沿和行業需求，定期對線上資源進行更新和優化，這樣可以保持教學內容的實時性，確保學生獲取到最新的知識。通過這些整合方案和優化途徑，學校能夠更好地利用線上線下教學資源，提高教學效果，滿足學生的多樣化學習需求，培養出更具實際操作能力的數控專業人才。

3.2 進行案例導向的教學設計

案例教學通過真實的工程案例，將學生置于實際工作場景中，具有增強實踐應用能力、提高學習興趣、培養團隊協作精神的優勢。通過解決實際案例，學生能夠更深入地理解理論知識在實際工作中的應用，培養實際操作能力，提高解決實際問題的能力。案例教學還能夠使學生更好地理解抽象的理論知識，增加學習的趣味性。通過實際案例，學生能夠看到知識在實際中的具體運用，激發學習興趣。在解決案例的過程中，學生往往需要進行團隊協作，模擬實際工作中的合作環境，這有助于培養學生的團隊協作精神和溝通能力。為了應對學生的個體差異，教師可以設計多樣化的案例，涵蓋不同難度和領域，一些案例可以更注重理論分析，一些案例可以更注重實際操作，以滿足不同學生的學習需求。同時，還可以引入行業實踐，通過與企業深度合作，引入真實的行業實踐案例，這樣的案例更符合實際工作需求，能夠使學生更好地適應職場，增加就業競爭力。為確保案例的時效性，學校可以制定案例更新計劃，定期評估和更新案例，保證其能夠反映最新的技術和行業動態，提高案例教學的實際效果，還可以將案例教學與線上資源相結合，充分利用虛擬實驗平臺、模擬軟件等在線工具，這樣可以提供更多的實操機會，同時通過線上平臺進行案例討論，促進學生之間的互動。

3.3 鼓勵學生進行開放式設計

開放式設計要求學生在一定的技術框架內，根據實際問題提出解決方案，通過實際操作進行驗證和優化。學生在開放性的設計任務中需要自主思考、提出創新性解決方案，從而促使其在實際問題中鍛煉創新思維，不僅需要掌握基本的理論知識，還要能夠靈活運用這些知識解決實際問題，培養出富有創造力的專業人才。通過在實際問題中進行設計和實施，學生將理論知識轉化為實際操作能力，更深入地了解數控領域的應用，這種實際操作不僅能夠增強學生的技能，還能夠使他們更好地適應職業發展中的實際需求。在教學中，教師應強調設計的靈活性，允許學生根據問題的不同特點采用不同的解決方案，這種設計方式能夠更好地激發學生的創造性思維，培養他們的靈活性和適應性。為鼓勵開放式設計，教師可以引入行業實際案例，讓學生基于真實問題進行設計，同時提供一定的指導，幫助學生在設計過程中解決遇到的難題，確保設計的可行性和實際效果。此外，設計競賽與評獎機制是激發學生積極性的有效途徑，通過設計競賽，學生將在競爭中不斷優化設計方案，提高實際操作技能，還可以設立評獎機制，對優秀設計進行認可，激發學生的學習動力。在開放式設計中，也可以結合虛擬仿真技術，建設虛擬實驗平臺，讓學生在模擬的環境中進行設計和模擬實驗，既能夠降低實際操作的成本，又能夠提供更靈活的實驗場景，增加學生的設計體驗。

3.4 提供更多的實踐機會

實踐是鞏固理論知識、提高操作技能、增強問題解決能力的有效途徑，通過更多的實踐機會，學生能夠更好地將理論知識轉化為實際操作能力，更深入地了解數控領域的應用。為了提供更多的實踐機會，可以采取多種形式和內容的實踐活動。實驗室操作是學生進行實際操作的關鍵場所，因此建設先進的數控實驗室是提供實踐機會的基礎，實驗室應該配備豐富的數控設備和工具，確保學生能夠進行充分的實際操作。其次，通過組織學生參與實際項目，可以使他們將所學知識應用到真實項目中，鍛煉實際應用和團隊協作能力，這種實踐形式既能夠培養學生的實際操作技能，又能夠增強他們在團隊中的溝通協作能力。同時，學校可以與企業合作，為學生提供實習機會，通過在企業的實際工作中，學生能夠更深入地了解數控領域的職業要求，提前適應職場環境，實習也為學生提供了與專業人士交流的機會，使他們能夠學到實際操作中的經驗和技巧。另外，學校可以建立科學的實踐成果評價體系，評估學生在實踐中的表現，這樣能夠激勵學生積極參與實踐。

綜上所述，虛實結合的數控教學模式具有整合虛擬教學資源和實際操作環境的獨特優勢，是推動學生全面發展的有效途徑。通過進行線上線下教學資源的整合、案例導向的教學設計、鼓勵學生進行開放式設計、為學生提供更多的實踐機會等途徑，有利于激發學生的創新潛力，進一步提升學生的實操技能。