基于智慧校园平台的数控编程技术课程教学模式改革研究与实践

◎张春娜

（三门峡职业技术学院智能制造学院，河南三门峡472000）

随着我国进入新的发展阶段，产业升级和经济结构调整不断加快，各行各业对技术技能人才的需求越来越紧迫，职业教育重要地位和作用越来越凸显。《国家职业教育改革实施方案》中特别强调要推进高等职业教育高质量发展，要求高等职业学校为区域发展培养高素质技术技能人才[1]。笔者紧跟国家高职教育改革发展步伐，在智慧校园建设大背景下以数控编程技术课程为例展开信息化技术支持下课程教学改革模式的实践，旨在培养知识经济时代具有综合素养的高职学生，为区域经济高质量发展提供高技能应用型人才[2]。

一、课程教学改革的内容

笔者基于智慧校园平台，结合课程信息化建设指南，采用互联网、大数据、云计算以及移动通讯等多种智能化技术，探索数控编程技术课程教学改革模式，具体包含：

重新构建数控编程技术课程的教学内容。立足专业人才培养方案和现代制造业发展对本门课程的新要求，结合智慧课堂教学模式改革的实施过程，构建与之相对应的课程教学内容。

灵活运用智慧校园建设平台所提供的技术方法和手段。在数控编程技术课程教学全过程中综合运用基于智慧校园平台提供的互联网、大数据、云计算、移动通讯等多种智能化技术，加快和推进高校机械加工类课程信息化建设的步伐。

在智慧课堂理念下开展教学组织形式的创新设计。基于多媒体教室、宇龙数控仿真实训室以及数控加工操作中心，把课堂教学、仿真教学和现场加工教学相融合，构建多场景教学一体化的智慧课堂教学模式。

二、课程教学改革的实施过程

（一）数控编程技术课程教学内容的重构设计

立足专业人才培养方案和现代制造业发展对本门课程的新要求，结合智慧课堂教学模式改革的实施过程，构建与之对应的课程教学内容。二次构建的数控编程技术课程教学内容包含三大组成部分：数控编程与加工基础篇、数控车床加工与编程篇、数控铣床（加工中心）加工与编程篇，每部分由若干个学习任务组成。

（二）数控编程技术课程教学改革的策略分析

1.数控编程技术课程教学改革的总体策略

在智慧校园服务平台支持下，数控编程技术课程借助大数据、物联网、网络技术等信息化技术，转变传统的、机械化的、单一的教学模式。在智慧校园环境下采用超星泛雅学习平台等技术支持手段，实现数控编程技术教学模式的转变和拓展，以促进最终的学习效率和学习效果的提升。具体而言，基于智慧校园服务平台，数控编程技术的教改后的教学活动主要包含课前、课中、课后三大组成部分，视各教学环节的需要教师采用不同的教学方法和策略，实现数控编程技术知识点和技能点以动态方式展示给学生，以学生为本的原则下促进学生数控编程能力和职业素养的养成。

2.数控编程技术课程教学改革的策略手段

智慧校园平台下的教学改革以实现教育的智慧化为最终目标，其基于大数据、网络技术、人工智能等技术构造智慧教育平台，能够把传统的机械化的教学内容由抽象化为具体、由静态化为动态，同时最大限度转变学习思维的自由化。在智慧化的教学环境中，学生可以利用网络技术，随时获取个人学习数据、实现不受时间空间约束的泛在学习。此外互联+物联+大数据的智慧化教育为学生学习提供了更广阔的交流探讨、资源共享、深度学习的环境，在一定程度下能够改变其学习属性为内在需求性，最大限度提高学习的效率和效果[3]。在此主要介绍数控编程技术课程教学开展过程中主要涉及的网络教学平台、课程平台和资源平台等三项内容。

（1）网络教学平台

本教学改革的实施采用泛雅MOOC平台，该平台提供针对课程教学全过程的技术支持。

（2）课程教学平台

本项目的课程教学平台是泛雅MOOC平台中的子项目。该课程教学平台能为教师提供课程教学全过程的信息化，此外学生还可利用平台提供的移动终端支持软件实现不受时空和地域限制的便捷化学习。

（3）资源平台

本项目的资源平台以超星网络提供的大数据库系统为基础，主要包括其一方面是教师上传至学习空间的课程信息单、课程教学课件、课程教学微视频、教学辅助动画等多种素材资源。其二方面则为超星大数据资源库提供的包含电子书、期刊论文、精品教学资源、专利及标准等海量资源。课程教学过程中以前一类资源为主要教学资源，后一类资源为学生拓展学习、兴趣学习提供平台和支持。

（三）数控编程技术课程教学改革的实施过程

为进一步解释和说明数控编程技术的教学改革模式，以数控车床加工与编程中的“中等复杂轴套类零件的编程与加工”任务为例展示数控编程技术课程教学改革的具体实施过程。结合智慧校园平台下数控编程技术的教改策略分析，本课程教学的教学操作程序在横向时间轴上包含三阶段教学环节，分别为课前、课中和课后[4]。

笔者将传统教学模式中于课上完成的数控编程知识认知学习部分内容以微视频、学习课件等形式提前发布，学生在课前完成知识传授学习阶段；课中环节通过学生与学生、老师与学生之间针对数控加工方案制定、数控加工程序编制等环节中出现的问题展开协商，达到数控编程知识的内化和数控编程加工技能的培养；课后阶段由智慧校园平台系统中的学习数据和超星泛雅学习端的多种评价方式实现教学评价的多样化和教学反馈的实效性，帮助教师及时了解本任务的教学效果并为后续教学方式的调整提供可靠依据。

1.课前阶段

课前阶段的教师任务，在智慧校园建设手机端超星泛雅学习平台以小组为单位下达分组任务单。

本环节要求教师在课程教学准备过程中针对每一篇的不同任务，整理与本任务相关的知识链接资料，主要包含G70、G71、G72、G73等指令的含义、程序段编写格式要求、不同指令运用过程中的注意事项等内容的文字、课件、视频等资料，并提前把资料上传至网络学习平台，同时可引导学生在网络资源数据库中自行搜索与本任务相关的学习资源[5]。该环节运用超星泛雅学习平台提供的各项功能和互联网、大数据等提供的技术手段来实现。

学生任务，在本教学环节学生首先需读懂零件图，分析零件的数控加工工艺性并填写其数控加工工艺简卡；然后综合运用FANUC 0i Mate TB数控系统的G70、G71、G72、G73、M98、M99等指令完成该零件的数控加工程序的编制。补充说明：考虑到学生编程思路和方法的差异性，最终编制数控程序的不唯一性，允许小组任务提交多个答案，统一要求提交TXT格式程序文件。

2.课中阶段

通过课前阶段的预学习，大多数学生能够制定出本任务给定零件的数控加工工艺简卡，并且能够完成其数控加工程序的编制。在课中教学阶段，学生的主要任务有以下几点：组内集中讨论数控加工工艺，修改并完善工艺，组内自选一人为代表上台展示说明解释加工工艺的可行性；在加工项目中调入编制好的数控程序，锁住机床，对刀具路径进行比较研究，检验程序的优劣性；在宇龙仿真系统中模拟加工给定工件，获取近似真实加工情景的加工路线和走刀路径；在数控加工车间技师的指导下，对零件进行真实加工，实现对工作过程的认知。

对应于学生的课中学习，本任务的课中阶段教学环节，教师的主要任务包括组织学生以小组为单位分组讨论加工工艺，展示并解释说明数控加工工艺；解答学生数控程序模拟中存在的问题，并注意对学生存在的共性问题拍照存留，形成资料；引导学生协作解决对刀和加工中的难题，对共性问题拍照存留，形成资料；巡回，针对学生实际加工的难题和车间技师共同解决。本阶段的仿真加工采用宇龙仿真软件在一体化仿真教室进行，实际加工环节在数控加工车间展开，采用的FANUC系统数控机床实现与仿真加工的一致性。

3.课后阶段

课后阶段是是教学过程完整性的重要体现，主要包含反馈反思和总结评价。在本教学环节学生主要是对本教学任务完成情况展开小组内的学习评价，是融合自评和互评的组内评价，自我评价的过程其实也是自我反思的过程，即反思G70、G71等多重循环类数控加工指令是否真正掌握，能否灵活运用展开自我反思。除知识技能层面外学生需要结合自身的学习过程更深一步思考，在任务五的整个学习过程中，哪种学习方法策略或技术手段对自身更有效用，更能促进对本任务知识和能力的内化学习。在反思的同时借助网络学习平台把自己对中等复杂零件编程的学习掌握情况及时向教师反馈。

教师在本教学环节中首先针对知识和技能的掌握层面对教学全过程的完成情况进行评价，同时教师需结合学生在网络教学平台的反馈对本任务的开展做出总结，此外对于那些经本任务学习后仍无法掌握本任务目标的学生需特别关注，确认是共性还是个别问题以为后续教学任务的改善或微调提供依据。

三、数控编程技术课程教学改革的效果和成果分析

（一）课程改革学习效果分析

1.学习效果层面分析

为深入分析教改的学习效果，通过从数控编程理论知识和数控编程综合技能两个方面对实验班（2017级械制造与自动化专业学生）和对照班（2017级机械类其他班级学生）展开测试，对测试成绩采用样本T检验分析，最终获取基于智慧校园平台的新型教学模式对学生数控编程课程综合学习效果的影响程度。

（1）实验班与对照班的数控编程技术理论知识成绩对比分析

数控编程技术理论知识测试从实验班和对照班中分别抽取样本学生参加，统计显示前者的平均成绩为82.10，后者的平均成绩为81.40，表明教改模式下的学生和传统模式下的学生在数控编程理论知识上差异不大（见表1）。

进一步分析独立样本T检验结果，方差的Levene显著性为0.655＞0.05，故其数控理论成绩为方差齐性的，分析第一行结果T检验的显著性为0.778＞0.05，说明两组数据没有显著性差异，即实验班的理论成绩没有比对照班有较高的提升（见表2）。

（2）实验班与对照班的数控编程技术综合测试成绩对比分析

统计显示前者的平均成绩为85.15，后者的平均成绩为77.44，其数控编程技术综合技能测试平均成绩相差7.71分（见表3）。

表1 实验班与对照班数控编程技术理论成绩组统计量

表2 实验班与对照班数控编程技术理论成绩独立样本T检验结果

表3 实验班与对照班数控编程技术综合成绩组统计量

分析数控编程技术综合技能测试的独立样本T检验结果，方差的Levene显著性为0.257＞0.05，为方差齐性的，分析第一行结果T检验的显著性为0＜0.05，说明两组数据显著性差异，即实验班的综合技能成绩比对照班有显著的提高（见表4）。

对比以上统计分析，实验班和对照班在数控编程技术理论知识上相差不大，而在综合技能上有较大的差异，测试结果表明基于智慧校园平台的课程教学模式在提高学生的数控编程综合技能方面比传统教学模式更具有优势[6]。

2.学习过程体验层面分析

通过问卷调查的方式对数控编程技术课程知识的学习能力、数控编程技术课程技能的掌握情况、课程教学对合作能力和沟通能力的效用、课程教学对问题解决能力和学习体验的对比分析等展开调查，统计结果表明在基于智慧校园平台的数控编程技术新型教学模式下，学生更易获取课程知识的学习能力、课程技能的掌握程度、合作能力和沟通能力的效用、解决问题的能力以及良好的学习体验。由此可见，新型教学模式具有提高学习效果、增强学习体验的优势。

表4 实验班与对照班数控编程技术综合成绩独立样本T检验结果

（二）构建基于智慧校园平台的课程教学改革策略

通过本项目的研究形成基于智慧校园平台的数据编程技术课程的教学改革策略，主要包括以下方面：

1.数控编程技术教学内容的“静态加动态”方式呈现。

本课程传统的教学内容呈现方式多为教材加参考教材之类的书本，在此类静态书本上呈现的数控编程指令是一堆晦涩难懂的机器指令，不利于逻辑思维能力和理论学习基础相对不高的高职类学生对知识的理解和掌握。本项目则改变传统的数控编程指令的展示方式，例如在智慧校园服务平台支持下采用超星泛雅学习客户端，将对应的数控编程加工指令以动画或视频的方式展示给学生，在对指令说明文字的理性学习和对指令加工动画的感性学习双重融合下，提高了其对数控编程的兴趣和学习热情。借助信息化技术化手段以“动静结合”方式呈现数控编程技术教学内容有利于促进学生学习编程的积极性和学习编程的效果。

2.以企业实际生产流程为蓝本创设数控编程技术课程教学过程。

传统数控编程技术教学以课程教材为主，多数任课教师围绕参考教材开展教学活动，教学过程中依据知识的递进性推进教学活动，脱离企业的实际加工情境，由此带来学生学习的动机性不强，感性化的手、眼、脑并用的情感式体验不深，对数控编程的整体把握和理解不到位。本项目采用任务驱动式教学方法，以企业生产加工的实际零件为原型，构造既保留零件实际加工性又添加利于学生数控编程技能培养的任务工作零件，在智慧化教学环境下遵循企业实际生产流程和要求，创设具有课程教学和实际生产双重性的具体教学过程，主要包含探讨任务工作零件的加工工艺、制定其数控加工方案、编制其数控加工程序、仿真加工任务零件并优化数控程序、真实加工任务零件、评价任务零件的加工过程并提升对任务涉及数控加工指令的深入理解和应用。

3.通过下达分层任务教学方式，解决数控编程技术教学对象的个体差异性问题。

采用传统的班级授课制模式进行数控编程教学时，教师往往通过同样的步调和相同的方式把数控编程技能的知识点和能力点传授给学生，对于具备数控编程前导知识和能力，如机械制图、公差配合、机械基础和高等数学等方面低于或高于平均水平的学生而言，略低程度的学生可能由于某方面知识能力的缺失无法展开数控领域的学习，而高于平均水平的学生则认为本课程的学习不具有挑战性。本项目在智慧学习环境中获取本班学生的综合学习数据，根据数据分析出学生在基础知识、能力水平等方面的差异，基于超星泛雅学习平台对学生进行弹性化分组，在智慧环境中对数控编程技术的学习任务进行分层分步，最终根据学生学情分配具有难度差异的分层任务，遵循“从简到繁、从易到难、由良构到劣构”的认知规律，实现数控编程技术课程差异化教学模式的顺利实施。

4.通过分组任务与分层任务相结合的教学方式实现数控编程技术掌握重点、突破难点。

传统的数控编程课程教学模式多为学生单打式学习，教师往往忽略合作学习对数控编程能力提高的影响，较少设计小组合作学习环节或是创造协作学习课题，学生主要依赖自身所学专业知识和基础知识体系开展数控编程课程知识的学习，偶尔为了解决程序或者操作问题时才会被迫与教师以及其他学生相互交流。本项目采用超星泛雅学习平台的小组任务模块，结合分层任务的需要，提前下达包含设置不同难度分层任务的数控编程课题小组任务，对于简单的分层任务采用自主学习方式，对于复杂的分层任务或者小组综合任务采用合作学习展开学习，组内同学在解决数控编程问题一致目标的激励下往往更容易互助互进，荣辱与共。通过分组与分层任务相结合的数控编程教学方式有利于促使学生开展实质性的协作，实现在专业课程教学中培养学生的协作意识和协作能力的教学目标。

5.借助超星泛雅学习平台提高教学评价的有效性和教学反馈的时效性。

传统的数控编程技术课程常采用教师为主体的以期末考试成绩为评价依据的评价方式，这种单一化主体的评价方式已无法适应信息化课程教学改革的发展，不能对信息化手段教学过程中学生是否具备数控编程能力做出正确、客观地评价。在智慧校园平台下本项目的评价主体由任课教师扩展为任课教师、上课学生、车间技师等参与数控编程技术教学过程的全体人员，超星泛雅学习平台等信息化技术手段为多元化评价主体和混合评价方式提供了技术支持，在小组任务实施过程中采用组内自评加互评、组间互评和教师评价相结合的多元化评价方式。同时在信息化技术环境下学生开展数控编程技术学习时会保留大量学习数据，这些数据是多元化评价的重要依据。传统教学下的教学反馈因为客观时间原因滞后于正常的教学进度，不利于学生对数控编程技能的理解和掌握。智慧校园服务平台下的超星泛雅客服端能够满足学生随时随地反馈在数控编程学习中出现的各类问题，使教师在第一时间能够整体把握学生数控编程技能的掌握情况，提高了数控编程技术课程教学进度的柔性化和灵活性。

四、结论

笔者以数控编程技术课程为例展开课程信息化建设的教学模式改革研究，针对数控车床加工与编程中的“中等复杂轴套类零件的编程与加工”展开具体实施，分析实施结果提出教学模式改革能够提高学生综合技能、增强其学习体验，并形成了基于智慧校园平台的数据编程技术课程的教学改革策略。该教学改革策略适用于智慧化或者信息化环境下机械类或近机类专业的数控加工相关的专业课程，同时能为机械类、机电类专业课程的教学模式改革提供借鉴。