基于应用驱动的数控技术课程改革与探索

朱火美 吕焕培 张倩 张育斌

摘 要：基于建构主义学习理论，采用了应用驱动的教学方式，有针对性地从教学内容、教学模式、师资队伍建设、考核方式等几个方面来展开教学改革，解决该校数控技术教学中存在的问题，并结合学校性质和定位，探索一套切实可行且符合应用型本科教学的课程改革方案，提高数控技术的教学质量，培养出符合社会需要和行业需求的高级数控人才，促进教学改革与人才培养的良性互动。

关键词：建构主义学习理论 应用型本科教育 应用驱动 数控技术课程 教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：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

随着我国经济的快速发展，先进制造技术在各领域中的广泛应用，特别是进入21世纪，我国经济结构进行战略性调整，高新技术发展迅速，产业不断升级，迫切需要大批应用型高级人才。应用型本科教育主要培养技术密集产业的高级技术应用型人才，并担负培养生产第一线需要的管理者、组织者等任务，其核心是突出“应用”，主要集中体现在两方面：一是学术、技术、职业三者的结合；二是学生社会适应能力和职业技能的提高，重视学生新技术应用能力的培养。

作为一所应用型本科院校，该校的人才培养模式是以培养学生实际应用能力为主要特色，以能力为中心，以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线，为社会培养综合素质较高、适用面较宽、技术应用能力较强的应用型人才。数控技术课程是该校机电学院机械设计制造及其自动化专业的专业核心课程，具有理论性强，与工程实际联系紧密的特点，其主要任务是为中小企业培养出中高端技术及管理岗位，具有工程实践经历、创新创业潜力的应用型数控技术人才。

1 数控技术教学现状

目前，浙江省应用型院校在数控技术课程的教学过程中，从理论教学到实践教学，都存在着一些亟待解决的问题。各校主要倾向于两个方向，一是注重理论教育，二是注重加工操作教育[1，2]。过于注重理论教育，实践操作环节较少，则培养出来的学生缺乏应用性，解决实际问题的能力比较差；过于注重加工操作教育，则培养出来的学生偏向于操作技工，对实际问题的分析能力比较薄弱，不利于学生个人的可持续发展[3]。该校比较倾向于传统的教育模式，注重理论教育的同时也进行加工实践的教育，但在教学过程中缺乏学习的启发性、自主性，使学生的实际应用能力以及创新潜力未能得到挖掘。同时学校在教学内容、教学组织及师资队伍的建设等方面，也存在一些不足。

1.1 教学内容没有反映现在数控技术的先进水平

随着科学技术的突飞猛进、机床复合化技术的快速发展，数控加工技术的发展非常迅猛。其中难度最大、应用范围最广的五轴联动数控加工技术发展非常迅速。但目前所用教材普遍较少涉及先进的数控编程与加工技術，最主要的是教学内容侧重于传统的编程指令及手工编程，没有反映数控加工技术的先进水平。教学内容陈旧，不能适应数控技术的发展，导致理论教学与实际脱节，学生所学知识、技能与生产实际的要求尚存在差距。

1.2 理论教学环节与实践教学环节安排不合理

目前，该院教研室开设的与数控技术相关的课程有《数控编程与加工技术》、《MasterCAM》、《Cimatron》、《数控加工生产实习》等课程。在教学过程中，对数控技术理论基础知识、数控编程技术以及数控加工操作的教学组织，主要按照各个独立的课程进行组织教学，没能很好地按照课程的学习规律组织教学。因此学生在学习过程中，没能很好地遵循知识建构的规律进行学习，导致学生对所学的知识缺乏连贯性，缺乏在实际中综合应用的能力。

1.3 教学手段和方法缺乏启发性

目前的教学比较趋于传统的教学模式。理论课程主要以教师授课为主，教授数控机床加工原理、数控程序编制的基础知识等。课程中安排的实践教学主要是对简单的零件进行编程，然后在计算机上进行仿真。这种授课方式没有跳出传统模式固有的框架，在教学过程中缺乏启发性，难以激发学生的创造潜能。

1.4 考核方式趋于应试考试

数控技术课程考核以静态考核为主。重知识考试，轻技能、能力考核；侧重于考核知识的记忆和掌握，不注重知识的迁移、综合利用，导致学生考前背，考后忘，忽略了对学生综合应用能力的测评，阻碍了学生的发展潜能，束缚了学生的创新思想。

1.5 课程组师资队伍素质有待进一步提高

该校数控技术专任教师主要是来自普通大学及研究型大学的硕士研究生。在理论基础方面扎实，但实践工程经验相对薄弱；另一方面，学校忽略对师资队伍的再培训，加上个别教师对自身要求没有那么严格，因此没有及时掌握数控技术发展的最新动态及最先进的数控加工技术。

2 数控技术课程教学改革探讨

作为应用型本科院校的一门重要专业核心课程的任课教师，在新知识、新技术不断增加，市场人才需求不断提出高要求的新形势下，研究适合应用型本科的教学模式势在必行。以建构主义学习理论为基础，采用应用驱动的教学方式，有针对性地从教学内容、教学模式、师资队伍建设、考核方式等几个方面来展开教学改革，以解决该校数控技术教学中存在的问题，提高数控技术的教学质量，培养出符合社会需要和行业需求的高级数控人才。

2.1 课堂教学改革理论依据

建构主义理论主张学习是心理的积极运作过程。学习者是在原有经验的基础上，主动、积极地对外部信息进行选择与加工，通过新旧知识经验间反复、双向的互动过程来获取、建构新知识的过程。建构主义学习观十分强调“意义建构”“情境”“协作”“对话”等。所谓“意义构建”是利用已有的认知图式赋予新知以意义，是学习的终极目标。而“情境”是指学习要在一定的社会文化背景之中进行，学习情境的设计必须有利于学生对所学内容的意义建构。“协作”指的是学习方式，它要求在学习资料的搜集与分析、假设的提出与检验、学习成果的评价、意义的最终建构等过程中进行合作，以便相互启发。“对话”则是指通过会话、讨论等完成学习任务。协作、对话贯穿于学习过程的始终，并体现互动交流，以达到每个学习者的思维成果为整个学习群体共享，促进对新知内容意义的全面建构[4]。

建构主义教学论以其学习论为基点，超越了传统的教学论思想，具有其自身独特的观点。建构主义教学论要求树立学生主体观念，强调学生对知识的主动建构。在教学活动中，强调发展学生学习的主体性、主动性；教师应按照学生认知建构图式进行教学设计，尤其应注意设计教学情境、认知冲突；教师要创设机会，激励学生主动参与，促进学生主动学习；教师应运用现代化教育教学手段，开展协作学习、小组讨论，增进合作与交流。

2.2 课堂教学具体改革方法

由于数控技术课程专业核心课程的课程地位，以及理论性强、与工程实际联系紧密的课程特点，要求学生通过该课程的学习，不仅要掌握基础的理论知识，而且要在此基础上，熟练应用最先进的自动编程技术以及数控加工技术分析、解决实际生产过程中遇到的问题，以提高企业的生产效率、促进自身的可持续发展。现以学生对所学知识的应用能力以及自身的可持续发展为导向，基于应用驱动的教学方法，对数控技术课程的课堂教学进行改革。

课程教学内容及教学组织的教改前后对比如图1（a）和图1（b）所示。

（1）以最先进的自动编程技术、数控加工技术为主线，提炼教学内容。

在课程内容上，在保证教学内容完整的前提下，及时抛弃陈旧过时的内容；调研查阅国内外最新数控技术课程相关资料，尤其是美国，德国，俄罗斯，日本，欧洲等国家和地区的数控加工技术发展情况，以最新的自动编程技术、数控加工技术等反映现代数控技术先进水平的内容为主线，提炼数控技术课程教学内容，包括理论教学内容、CAD/CAM自动编程技术及实践教学内容。

（2）优化课堂教学组织，强化实践教学环节。

在教学组织上，强化实践教学环节，扎扎实实地落实数控机床的操作、数控加工工艺的设计等专业内容，注重增加综合性和设计性的内容，重视学生分析和解决问题等实际应用能力的培养以及创新意识的培养。注重以学生为中心进行教学，教学设计的内容与步骤包括：分析教学目标—创设情境—设计信息资源—设计学生自主学习—设计协作学习环境—设计学习效果评价，通过以上内容与步骤，增强学生学习的自主性、积极性、创造性，达到建构教学的效果。在理论教学中，在基本原理、基础知识的授课基础上，逐步增加对学科前沿知识的学习与深入；CAD/CAM模块教学中，主要从建模、程序编制及自动加工等方面进行授课，让学生通过对具体零件的自动编程、加工以掌握自动编程技术；在完成数控加工基础知识及自动编程技术的基础上，在数控实验室开展数控加工生产实习，使学生巩固所学知识，升华所学知识，真正学以致用。

如图2所示，为学生对所设计的零件进行自动编程与模拟加工，并通过后置处理得到NC程序。

如图3所示，为学生在自动编程与模拟加工的基础上，采用后置处理得到的程序，在数控机床上加工工件。

（3）因材施教，改进教学方法，促进学生应用能力及创新能力的培养。

授课过程中，一方面尽量采用现代化教学技术，如flash、视频等，变静态为动态、变抽象为具体、变复杂为简单、变枯燥为生动，以提高学生的学习兴趣、课堂教学效果和单位时间教学容量。另一方面是采用启发式、讨论式、参与式的教学方法，激发学生的积极思维，进而进行主动的学习，促进学生的自学能力、分析能力、归纳能力等的锻炼。例如：在实践教学环节采用参与式教学。学生在加工产品零件的过程中参与指导，教师在旁协助。学生在加工过程中遇到问题，通过相互讨论、协作以寻找解决问题的方法。授课过程中，设计好教学环境，为学生提供有意义的信息条件，并激发学生的挑战热情十分关键。如，要求学生思考并实现：如何加工才能将卧着的海马（图4）站立起来。如图5所示，即为学生努力的成果。如此，不但加深学生对所学知识的巩固与应用，而且，进一步激发学生的学习兴趣，促进学生分析问题、解决问题等实际应用能力的培养。

（4）以体现知识、素质、综合应用能力为出发点，建立全程考试模式及考核标准。

在考核方式上，改变现行的、考试内容以理论知识为主、缺乏对学生知识运用、科学思维和创新能力培养的应试考试，以体现知识、能力、素质为出发点，分别对理论教学、CAD/CAM教学以及实践教学进行考核，建立全程考试模式。对于理论部分的考核，包括静态考试成绩和课堂表现成绩。对于CAD/CAM环节的考核，要求学生完成小组讨论报告、自学报告等。对于实践环节的考核，要求学生设计加工工件样品。该部分的成绩评判依据包括样品图案的设计、工法的选择、加工程序的编制、加工程序后置处理、机床操作规范、加工成品的品质等方面进行评价。

（5）提高师资队伍素质，促进“双师型”师资队伍建设。

在师资队伍的素质提高上，通过各种途径，如参加数控技术师资培训班、寒暑假下企业挂职锻炼、校企合作等方式，培养兼具理论知识和实践经验的“双师型”教师。在“双师型”师资建设过程中，课题组成员积极活跃，其中有两名教师加入了学校首批应用型教师的队伍，他们既是讲师，又是工程师，是理论与实践相结合的应用型人才。

3 教改成果分析

（1）理论学习—CAD/CAM—加工操作三者结合为一体的教学模式，激发了学生的学习兴趣，课堂规范听课率提升，学生评教评分为92.65，满意度较高。

（2）理论与实践相结合，促进学生对知识的掌握与应用，教学效果提升。表1所示为采用传统方式教学的信息化制造班级的成绩分布表，平均成绩为63.2分，标准差为13.19；表2所示为采用教改方式教学的机电一体化班级的成绩分布表，平均成绩为69.64分，标准差为11.64。对两组数据进行分析可知，采用教改方式教学，一是学生平均分提高了6.44分，二是中等、良好分数段成绩的学生明显增加，学生成绩基本趋向成正态分布，如图6（a）、（b）所示。

4 结语

应用型本科教育在我国还处于发展阶段，仍然符合社会的要求，符合经济发展的需要。作为应用型本科教育工作者，作为数控加工技术的专任教师，积极汲取先进国家的应用型本科教育发展经验，坚持以传授和培养应用型技能為核心目标，实践教学为主线，对数控技术课程教学进行改革与探索，培养出新型的具有工程实践经历、能熟练应用最新自动编程技术及数控加工技术并具有创新潜力的应用型数控技术人才，对我国综合国力的提高具有极其重要的意义。

参考文献

[1] 陈解放.应用型人才培养的国际经验借鉴[J].北京联合大学学报：自然科学版，2005（2）：30-34.

[2] 孙建华.应用型人才实践能力培养模式的探讨[J].实验技术与管理，2009，26（6）：169-182.

[3] 陈典红.数控技术课程教学改革与探索[J].中国校外教育，2009（S2）：477-478.

[4] 姜俊和.建构主义教学理论及其启示[J].沈阳教育学院学报，2005，7（1）：1-5.