数控铣削分层次教学设计及实践

尹文锋， 杜 超， 杨林君， 崔 飞

(西南石油大学 工程训练中心， 成都 610500)

数控铣削分层次教学设计及实践

尹文锋， 杜 超， 杨林君， 崔 飞

(西南石油大学 工程训练中心， 成都 610500)

数控铣削是工科高校工程实践教学中的重要项目之一，其面向众多专业、不同年级学生授课。针对这一情况，开展了数控铣削分层次教学设计的探索与实践。通过有针对性地设定教学目标、设计教学内容、多形式地开展教学活动，有效激发了低年级学生的工程兴趣，培养了工科学生的动手实践能力，提高了机械专业学生的专业素养和创新意识，满足了不同层次学生需求，取得了良好的教学效果。

数控铣削； 分层次教学； 工程实践

0 引 言

工程训练中心是实施工程教育的校内实践教学基地，具有实践性、综合性和创新性等特点，具备独有的实践教学资源优势[1]。为满足在大工程背景下，培养“创新型、实用型、复合型”人才的需求[2-3]，我校工程训练中心加大了对学生实践教学的力度，拓展了实践教学的范围。实践教学内容从传统的机械制造实训扩展到涵盖多领域的工程认知实训，实践教学对象从传统的工科专业扩大到全校所有专业，实践教学目标从传统的机械加工操作技能培训提升到机械创新设计及制造的综合能力培养。

数控铣削作为工程训练中心的主要教学单元，在传统的实践教学中发挥了重要作用[4]。面对新形势，数控铣削教学需要配合工程训练中心的整体规划，在学生工程实践教学的工作中贡献更大的价值。传统的数控铣削教学具有：知识面广、理论抽象、教学形式单一、授课对象层次统一的特点[5]。在新形势下，数控铣削教学需要处理好：低年级非工科专业学生能否在短时间内有效掌握“高难度”数控铣削知识的问题；数控铣削所教授的知识技能如何满足不同层次学生的需求的问题；以及数控铣削怎样在培养学生专业能力和创新能力中发挥作用的问题。由此，本文提出了数控铣削分层次教学的方案来解决上述问题。

1 分层次教学的内涵

分层次教学是以因材施教为指导思想，根据教学对象的差异性进行有针对性的教学活动[6-8]。具体来说就是教师根据学生的知识基础、专业特长、能力特点、学习需求等各方面情况，设计多层次的教学目标，选择不同的教学内容和教学方法，制定不同的考核标准，对各类学生开展不同层面的教学活动。

分层次教学的分层依据主要是“学生基础”和“培养需求”。学生的知识基础和能力水平不同，对新知识的接受程度也就不同，因此，教学在深度上应该具有层次；不同专业对学生的培养需求不同，学生需要掌握的知识量和知识领域会存在差异，因此，教学在广度上也应该具有层次[9]。

2 数控铣削分层次教学必要性

以数控铣削为代表的数控技术是现今最先进的制造技术之一。因此，数控铣削的实践教学具有重要意义。通过数控铣削的学习，学生能理解数控技术，了解现代制造技术理念，展望先进制造技术的发展方向[10]。

数控铣削加工技术涉及到机械绘图、零件造型、编程加工、控制理论等方面的知识，对学生的知识能力要求较高，教学难度一直很大[11]。然而，为加强非机械专业学生的工程教育，我校数控铣削还将服务于多个专业、不同年级学生的实践教学。这些学生的专业背景不同、知识储备不同，给数控铣削的教学增添了新的难度。因此，为了适应新的教学要求，需要开展数控铣削多层次教学设计的探索。

3 数控铣削分层次教学设计思路

3.1 设定有针对性的教学目标

分层次教学设计的首要工作是针对不同的教学对象提出具有层次梯度的教学目标[12]。我校数控铣削的教学对象主要为：大一非工科专业学生、大二工科专业学生、大三机械专业学生。低年级非工科专业学生参加数控铣削实训的主要目的是开阔其工程视野，了解生产实践，激发实践的兴趣和热情。针对他们的数控铣削教学重在认知，其教学目标应弱化专业技能的培训。因此，我们确定了“认识数控加工技术，了解数铣加工流程，感知数铣加工过程”的教学目标。大二工科专业学生参加数控铣削实训的主要目的是学习工艺知识，训练动手能力与操作技能，提高工程实践能力。针对数控铣削教学重在操作实践，将教学目标定为“理解数控加工原理，掌握软件辅助编程技术，掌握数控铣床基本操作方法”。大三机械专业学生参加数控铣削实训的主要目的是灵活地将专业理论知识应用到工程实践中，提高机械设计及制造综合能力，提升专业素养，培养创新意识。针对数控铣削教学重在应用和创新，其教学目标是：合理设计数控铣削加工工艺，利用软件自主设计和编制典型零件的加工程序，掌握工件装夹及机床操作方法。

3.2 设计分层次的教学内容

根据教学目标确定教学内容是分层次教学设计的重要环节[13]。教学内容的设计应该遵循以下原则：① 教学内容的难易程度与不同层次学生的知识能力结构相匹配，不能过难也不能过易；② 教学内容需要承载培养需求，学生通过对教学内容的学习和掌握，能够达到提升相应能力和素质的目的；③ 教学内容的可操作性要强，首先学生对教学内容要有兴趣，愿意积极参与到教学活动中来，其次教师能对教学内容有足够的掌控，要保证学生能按时按量完成教学任务。

针对大一参加工程认知的学生，所设计的教学内容难度低，趣味性强，适合学生的知识水平和心理特点。教学内容以简单、有趣的卡通类小作品的制作为教学载体(见图1)，让学生感知数控铣削加工中的零件设计、程序编制、加工制作等主要环节，以小作品激发学生成就感和实践兴趣。

图1 卡通类小作品

针对大二参加工程实训的学生，所设计的教学内容专业性更强、实践比重更大，学生在学习的过程中需要有一定的知识储备，并且需要理解和练习才能顺利完成教学任务。教学内容以类曲面类零件的加工为载体，如图2所示。该教学任务需要学生首先对零件进行三维建模，然后基于零件模型利用编程软件生成加工程序，最后操作数控铣床调用程序加工出零件。通过该教学内容能够训练学生的三维建模能力，编程能力，提高独立操作数控铣床的动手能力。

针对参加综合实训的大三学生，所设计的教学内容贴近工程实际、具有较强专业性、综合性和实用性。学习过程中需要学生灵活运用专业知识、掌握设计软件和编程软件，具有熟练操作机床的能力。教学内容为加工一个包含外形铣、钻孔、挖槽等多种加工内容的综合类零件，如图3所示。通过对该零件的加工练习，学生基本能够独立加工出综合实训中其他类似零件。该教学内容重点提升学生零件设计能力、工艺分析能力、编程及机床操作中复杂问题的处理能力。

图2 类曲面类零件

3.3 制定合理的评价标准

教学效果评价不仅能督促学生对教学内容的掌握，也有助于教师对教学方法的改进。不同层次教学对象学习效果的优劣需要不同的评价标准来衡量。对于工程认知的学生，教学评价标准是：学生需要了解数控加工技术的总流程，并在教师的协助下完成简易作品的设计及加工。对于工程实训的学生，教学评价标准是：学生能够独立编程，和独立操作数控铣床加工出规定零件。对于综合实训的学生，教学评价标准是：学生能够灵活利用数控铣削独立完成项目产品中相关零件的设计、编程及加工。

4 数控铣削分层教学设计方案

4.1 工程认知课程采用分工协作式教学

由于大一学生知识储备不够，基础薄弱，且专业相关度不大，专业要求不高，对于数控技术全面深入地掌握既不现实，也没有必要。因此，教学以感知过程、积极参与、激发兴趣为原则，将学生分成3人小组，分工协作，共同完成学习任务。教学中每位同学均要参与数控铣削培训的全部内容，但在完成教学任务中，每个小组的3位同学根据自身兴趣和能力，分别主要承担作品设计、软件编程、机床操作3项任务中的一项，合作完成小作品的加工。分工协作能使学生更加有针对性地学习，有利于分解学习任务，减少学习压力，提高学习质量，降低操作安全隐患，还能增强责任意识和合作意识。

4.2 工程实训课程采用以目标为导向进行强化训练教学

大二工科专业的学生已经具备了基本的理论知识，对于绘图、编程、控制等理论和技术已经有了足够的了解，因此，针对他们的数控铣削实习，提出了较高要求，设定了具体而明确的考核目标，围绕这些目标进行强化训练，使他们能够掌握数控铣削编程技术、熟练数控铣床的基本操作。虽然，绝大部分同学不会从事数控加工相关工作，但我们希望通过数控铣削的教学让学生真切感受生产劳动的价值和意义，培养其踏实认真、严谨细致的工作作风。教学过程中要求每位同学独立完成一个曲面类零件的造型、编程、加工任务。对这3个环节均设置了考查作业，以便了解学生的学习情况，督促其学习进度。为强化学生的动手实践能力，坚持少讲多练、在做中学、即学即用的原则，让学生快速、安全、熟练地掌握数控铣削加工基本技术。课程结束，设置了数控铣削技能测试对实训效果进行考评，还面向实习学生举办数控铣削技能大赛，进一步激发学生的实习热情，提高实训质量。

4.3 综合实训课程采用项目式教学

综合实训课程主要面向机械专业的高年级学生开设。实训的主要内容是学生根据具体实训题目，应用所学专业知识设计满足题目要求的产品或作品，并综合应用多种机械加工方法将产品的样机或模型加工制造出来。图4为学生针对某一综合实训题目所制作的作品实例。数控铣削因其加工范围广、操作灵活简便、加工零件的质量和精度较高，在综合实训课程中具有重要作用。

图4 综合实训学生作品

综合实训课程采用项目式的组织形式，数控铣削教学也配合项目式教学特点进行了设计。首先，在基础培训方面做到全面、扎实、实用。学生需要掌握平面类零件常见结构的编程方法，如外形铣削、钻孔、挖槽等；机床操作中学生应熟练工件装夹、换刀、对刀等基本操作。其次，对于加工过程中的常见问题进行专门讲解，如程序的修改、典型工艺问题的处理、机床常见故障的处理等。最后，还要针对不同项目组的具体零件的加工难题进行个别指导答疑。

5 数控铣削分层次教学优势

(1) 分层次教学能够服务于不同教学对象，使最广泛的学生受益。数控铣削分层次教学可以根据学生需求的不同，有针对性地向学生教授数控知识，普及工程意识，培养实践能力，提升专业素养。不论是低年级的学生还是高年级的学生；不论是非工科专业还是工科专业，乃至机械专业，都能从数控铣削教学中各取所需，学有所乐，学有所获。

(2) 分层次教学有利于降低教学难度，提高教学质量，保证实训安全。对低年级的学生采用简单的、有趣的实训内容，开展轻松活跃的教学活动，能够降低学生学习难度，增强学习信心，消除对实训的排斥心理，从而激发实训兴趣，取得良好的教学效果。对高年级的学生适当增加学习难度，有助于提高学生对实训乃至生产实践的重视程度，激发责任心、进取心，从而更加认真地参与实习，保证实训质量。对机械专业学生则增强教学内容的综合性，紧密联系机械制造的生产实际，切实提高他们的专业能力，以此激发他们的实训热情，提高学习效率。

(3) 分层次教学是提高教学资源利用率、解决教学需求与资源不足矛盾的有效方法。对于实践教学，设备是重要的教学资源，然而设备的数量是有限的，其增加速度也远跟不上教学量的增加速度。但是，通过数控铣削分层次教学设计，使数控铣床从传统教学中仅服务于工程实训课程，扩展到工程认知课程以及综合实训课程，利用基本不变的教学资源，满足了成倍增加的教学需求。因此，通过分层次教学设计，多方面、深层次地挖掘设备的教学功能，能够提高设备的教学价值，服务更广泛的教学对象，满足更大的教学需求。

6 结 语

分层次教学模式在工程训练中的应用取得了良好成效：低年级非工科学生通过实训激发了实践兴趣、感知工程过程、培养了工程意识；工科学生在实训中，提高了动手实践能力，培养了吃苦耐劳的工作精神；高年级机械专业学生通过综合实训，增强了理论联系实际的专业能力，培养了创新意识，学生制作的作品在机械创新大赛、工程训练综合能力竞赛中多次获奖。

分层次教学模式能在有限的教学资源下，为更广泛的学生群体提供多样化需求的高质量教学，为其他实践教学或实验教学项目的开发提供了参考，并能够在教学实践中不断丰富、发展和完善。

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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

尹文锋(1987-)，男，四川南充人，硕士，实验师，研究方向为数控加工技术及教学。

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

G 642

A

1006-7167(2017)02-0249-04