面向培养工程人才的数控技术精品课程建设

刘良文

[摘 要]依照工程建造与知识建构的启示，以培养新形势下工程人才为目的，对“数控技术”精品课程教学内容进行分层和模块化的系统化“分形”处理。设计各知识模块的接口与边界，并以数控技术的理论设计与操作实践为例进行分析与说明。考虑到课程建设的系统性和开放性特征，结合课程的教学观来看，师资锻炼、教材建设、网络教学手段和“情景式”教学法等都是影响培养工程人才的数控技术精品课程建设的因素。

[关键词]工程建构 课程 教学观

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）08-0142-02

2013年德国率先提出来的“工业4.0”概念，标示着人类进入了第四次工业革命时期。数字控制是数字化设计、智能化制造的核心技术，在工程技术领域中的应用日益广泛，而作为一门课程，在机械工程学科中具有重要地位。

现代大学“课程”实际上是一个多重性的复杂概念，它是传统的“课程”、“实践教学”、“自主研学”和“网络平台”等不同范畴组合而成的综合概念。高校的课程建设与改革是教学质量的核心。精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教学教材、一流教学管理等特点的示范性课程。精品课程建设不单纯是教学方法和教学模式的改革，更是一个包含教师、学生、教材、教学技术手段、教学制度等多种要素的系统工程。[1]几年来，我们按照培养工程人才的目标，针对数控技术精品课程 “重运用、强实践”之特色，探索构建理论与实践相结合的教学体系，以期达到理论方面及时“更新”，实践方面引导“创新”，培养与时俱进的、具备工程实践创新能力的复合型人才。

一、数控技术精品课程建设思路

精品课程至少要能够体现如下四个“先进性”即， 课程理念的先进性、课程内容的先进性、课程实施的先进性、课程教师水平的先进性。针对九江学院数控技术课程特点，根据学校的实际情况，经过多年的建设和发展，我们树立“以学生为本位，以应用为目的，培养创新思维”的教学理念，从“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，促进学生“自主学习”能力的形成，改变“单一课堂讲授”为丰富多彩的“多种教学环节”。

在新的“卓越计划”的课程改革框架下，以提高动手能力，培养创新人才为方向，以建构主义与大工程观的教育理念为指导，近年来作了课程内容的调整、授课方法的改进。[2]关注大学课程基础化、综合化、系列化、国际化、层次化、灵活化、专题化、实践化、职业化等主流发展趋势。强调个人的认知建构与社会协商、课内与课外、显会学习与默会学习的良性互动。我校数控技术课程先后荣获校级、省级精品课程的称号。

二、教学内容的分类与整理

精品课程首先是要教学内容上达到精品要求。如果将知识分成无用知识、有用知识、有效知识。所谓有效知识，就是今后在该领域的学习、研究和开辟新的领域中能继续发挥作用的关键的基础知识。学习是知识的建构，知识的条理性和学习的情境化是改变重理论、轻实践，重知识、轻能力的思想武器。经过重新整合和分类，我们将数控技术课程内容分成三块：数字控制设计技术、数字控制加工技术和数字控制测量技术。

数控的原理与设计内容和机械原理、机床、机构以及计算机控制、PLC等课程相承接，包括数控机床的数控装置、机床本体机械结构；数控的加工原理与技术包括数控加工工艺、数控编程，数控测量以三坐标测量机为原型来演绎推进。

三、“实践共同体”实现认知

学校的教学是为学生的学习提供一种情境（Situation）和环境（Environment），这个看似简单的道理却往往为教育研究者和实践者所忽略。太多的教育理论及教育实践视学生的学习方式于不顾，而将太多的精力投入于试图将“客观”的、“现存”的知识以适合传播、传递的方式输入学生的头脑中，因此，我们需要一种“新型”的学校学习方式。

“学习即实践参与”。实践共同体是解释情境认知教育观的一个重要术语，而参与实践共同体已成为学习的重要隐喻。温格1998年出版了专著《实践共同体：学习、意义与身份》，系统地解释了实践与共同体的关系，学习与实践的关系以及身份是如何在参与实践共同体中建构起来的。实践共同体成为理解知识的创造和共享的重要社会结构，并因此从人类学取向的情境认知观研究走进知识管理和教育创新的领域。[3]

构建师生之间的实践共同体。为了把学生从知识的被动“接受者”转变为知识的主动“探索者”，教师应该努力构建一个师生之间的实践共同体，形成一种师生合作的新机制。具体地说，教师应该创设一个师生共同参与的教学过程，赋予学生更大的活动空间和思考空间，只有这样，学生的学习主动性和积极性才会更高。

显然，在实践共同体中，情境是真实的，是与日常生活和实践紧密相连的。它不是简单地把许多人组合起来为同一个任务而工作，拓展任务的长度和扩大小组的规模都不是形成共同体最主要的因素；关键是要与社会联系——要通过共同体的参与，在社会中给学习者一个合法的角色（活动中具有真实意义的身份）或真实任务。

四、综合性实验及演化

在理论教学（课堂教学）中，实行“以问题为中心的学习”（Problem-Based Learning）和“以案例为中心的学习”（Case-Based Learning）。在实践教学中，则以“以项目为中心的学习”（Project-Based Learning）为主。当然，上述教学内容与对应的教学方法并非绝对，实践教学中当然也用PBL法，只是主次有别。数控技术课程的“实践共同体”可用下表来说明。

表1 情境化学习及其实现

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在2014年第六届全国大学生机械创新设计大赛中，我校就有三件作品：数控车简易自动换刀机构（ATC）、数控机床坐标控制、加工中心气动智能夹具等，衍生于“数控技术”，从方案设计、认证、修订到实施过程中的零件选购、零件加工、组件装配、机电调试等各个环节，师生形成了一个合作学习的“实践共同体”，并完成产品，取得了省赛的奖励。

数控技术的出发点与落脚点都在实践操作上。从技术层次上看，有基本操作，如利用NC面板手动输入简单程序；有综合操作，如利用软件建模，后处理生成G代码，再联机输入数控机床，进行加工等；还有高新层面的操作，如进行机器人、五轴联动机构的设计等。

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图1 “数控技术”综合实验平台，软件硬件支撑的技术实现流程图

本课题依托我校新建的工程训练中心，借鉴兄弟院校先进教学经验，因地制宜，设计出与我校师资设备等实际情况一致的数控加工综合实验。此综合实验将集CAD造型、CAM编程、数控加工、三坐标测量于一体。整个实验分为五个大的阶段。

具体实施过程中，教师给出总体要求，点明知识要点以及知识模块之间的“接口”联系。在产品造型设计时，要注意加工工艺性，考虑好如何下刀，如何装夹。有时候，还要有“艺术的眼睛”，考虑实用价值之外的美学价值。

五、建设、协作、展望

“实践”的概念贯穿了工程教育的本体论、认识论、方法论和价值观。知行合一才能达到主客体的统一。根据工程的开放性、综合性的特征，可以 “分层+模块”来进行课程体系化：课程分层，课程内容分层，课程实践内容再分层，形成完整的“分形”模块。国内名校如南京航空航天大学制订 “四大模块、四个层次”的实验教学体系，即基础实验、课程设计、综合实验、创新设计四大模块和基本性实验、综合设计性实验、工程实践、研究创新性实验4个层次。

数控技术课程属于特别强调实际操作能力的专业基础课程，前通“科学类”原理课程，后导“工程类”应用课程。我们根据我校实际情况，设计数控加工综合实验，它集CAD造型、CAM编程、数控加工、三坐标测量于一体，涉及多种学科，实施者必须全面复习巩固所学知识。从认识论来讲，这实现了“整体大于各组成部分之和”的知识规模效应，不仅实现理论与实践“零距离”接触教学，而且达到理论教学、实验和实训三合一。

课程建设是个系统工程，具有工程的“建构性”和“协作性”。学校的政策，实验条件、产学研基地、网络平台是基础，培养“培养者”——锻炼师资和教材建设是关键。综合性实验的设计与实施，首先，可以真正锻炼师资力量。每个人都是术业有专攻，不可能面面俱到，而加强数控教师的技术交流与合作，加强与外界专家的交流与合作，可形成技术的全力，达到良性循环，知识互补，形成强大的团队力量。其次，复合的任务客观上要求授课教师使用自编教学材料，最终形成自编教材。实际上，自编教材已经取得了上级审批，正在编写阶段。本课题将我校最先进的数控加工设备与机材学院的数控技术力量组合在一起，形成科研与教学相结合的团队，实现比较完整的现代加工实践演练。这将达到知行合一，发掘潜能，激发求知欲，培养科学精神、创新意识和个性的工程人才培养目标。

[ 注 释 ]

[1] 郑家茂.张胤.课程与精品的课程：精品课程解读[J].国家教育行政学院学报，2005（5）：81.

[2] 殷瑞钰.工程哲学[M].北京：高等教育出版社，2014（128）.

[3] 胡航.学校情境中实践共同体探讨[D].上海：华东师范大学，2008.

[责任编辑：钟 岚]