数控加工编程活力课堂教学模式的构建与实施

程志青

（上海师范大学天华学院人工智能学院，上海 201815）

0 引言

数控加工编程是一门实践性很强的专业课程，不同高校根据学生学术能力及对学生的要求不同，采取的教学方式略有差异。本文在总结以往本课程教学过程中存在的问题的基础上，建立了逐级递进式项目教学的“活力课堂”模型，并对该模型的实施过程进行剖析，结合两轮的实际教学经验，该模型能够较大地提高学生的学习积极性，调动学生的团队合作意识，较好地激发学生的学习潜能。

1 传统课堂教学过程中存在的问题分析

1.1 课堂教学中，学生的参与性和互动性较差

传统的课堂教学一刀切，教师无限循环讲解，学生被动接受，没有充分体现学生的课堂主体地位。在本门课程的理论教学过程中，也存在此类问题，学生积极性不高，作业完成度不够，过分依赖课本，缺少主动思考及思辨能力，缺乏对问题的深入探讨能力，课堂缺少气氛和活力。

1.2 过分重视知识点的讲解，理论联系实际没有落到实处

数控加工编程是一门实践性很强的专业课程，传统的教学中，往往存在理论和实践教学各行其是、各自为营的情况。理论教学以课本及教材为依据，实践教学则以考级考证为目标，两者虽理论一致，但实例和实践课题往往不统一。这样就使得一些基础较薄弱的同学产生畏难情绪，上课过程中的积极性也很难调动。

1.3 对教学内容的选择不够有针对性

本门课程理论教学完成后，会辅以课程实验及加工实训，由于实验室千差万别，数控机床的个体差异也较大，传统教学中，教学内容的选择主要依靠教材，往往不能完全对应每个学校的数控教学设施，会使得学生在理论课堂中编写的程序在实际操作中不能实现的情况。

2 活力课堂教学模型的建立

为了提高学生的主动性、积极性，思考问题的独立性和批判性，同时为了改变“填鸭式”“一言堂”的教学模式，学校层面提出了活力课堂的通用模型。在本课程的活力课堂的教学过程中，针对本文提出的学生参与性和互动性较弱的问题，也建立了本课程的教学模型（见图1）。

图1 本课程活力课堂教学模型

该模型将课堂划分为课前、课中、课后和延伸四个板块，鼓励学生课前预习，课中提出问题、参与讨论并回答问题，课后引申问题，巩固知识并进行实操，有余力的同学可以加入多轴加工实验班，参加竞赛，施展能力。

3 将逐级递进式项目教学模式引入活力课堂

3.1 逐级递进式项目教学法的提出

逐级递进即能力递进，是将一系列的课程作为课程体系，在课程体系中获得一项或多项能力，实现最终的创新实践能力的要求[1]。而项目教学法则是以一个项目为目标，在课堂教学中以学生为主导，项目为主线，教师为引导的先进教育教学方式[2]。将逐级递进的模式和项目教学的方法进行融合，将单门课程内容（3级）分解为项目模块（4级），再将项目模块分解为一个个的小任务（5级）。学生的学习将从任务开始，逐级递进，最终完成课程总项目，即完成一个与其他课程相关的能力。直至与课程设计、课程实训相融合，完成课程群项目（3级），最终通过自主设计完成本专业相关的综合项目（1级），教学模式设计如图2所示。

图2 逐级递进式项目教学法的教学模式设计

优秀的教学模式是由一系列的教学方法组合而成的[3]。将逐级递进的要求和项目化教学的方式结合在一起，以行动为导向，以能力为目标，在本课程原教学体系的基础上，将项目任务或目标（5级）以图形或问题的形式在项目之初即展示给学生，供学生提出问题并进行讨论，之后教师在讲解知识点的同时组织同学进行引导式的讨论，讨论提出问题并给出可能的解决方案，由教师进行总结，并提出新的问题由学生在课后准备，之后开始新一轮的项目循环。具体任务流程如图3所示。

图3 本课程逐级递进式项目教学法的任务流程

3.2 逐级递进式项目教学法的教学设计

针对本文提出的理论联系实际不够，教学内容的选择不够有针对性的问题，本次活力课堂在建设过程中重新整合内容，将具体的零件与教学任务相匹配，把教学内容进行合理的组织、设计，使教学内容项目化，最终以项目的形式推进教学。每个项目都有明确的任务和要求，同时匹配后续的课程实验及数控实训，最终完成一个体系的构建。

本次教学过程中选取了一个加工难度不大，在普通机床上学生曾合作加工过的平口钳作为最终的实训目标（3级），并将其所有的零件拆分，分别作为项目任务导入理论和实训的教学过程中，从小零件的工艺分析及数控编程着手，从理论和实训两方面整体完成递进目标，最终实现一个部件的装配，获得一个完整的装配体，具体教学设计流程如图4所示。

图4 逐级递进式项目教学法的教学设计

在单个的项目任务的教学过程中，首先由任课教师选择典型的加工零件作为任务导入，提出问题并做引导式发问，之后讲述关键知识点，并在理论课堂中进行手工程序的编写，在实验课堂中进行软件仿真及机床加工，在实训课堂中进行综合零件的仿真及加工训练，最终由教师和学生进行零件的测量及工艺评价，为后续的加工进行经验积累。具体的流程如图5所示。

图5 理论、实验、实训“三位一体”的教学模式

3.3 教学设计中活力的体现

将逐级递进的教学模式引入活力课堂，充分调动学生的学习积极性，抓取课前时间进行知识准备，使学生提前对任务内容进行自主探究式学习；抓紧课堂时间进行任务实施，由教师主导进行项目驱动式教学；抓住课后时间对课堂的引导式发问进行多维评价反思。课堂的活力体现在以下四点：

（1）课程群活：逐级递进式项目教学法，与《机械设计》《机械创新设计》等课程形成课程群，将学生的理论认知转化到实践操作中来；

（2）体系活：建立教学、实验、实训“三位一体”的教学模式，提高学生的实践动手能力、培养学习兴趣；

（3）课堂活：通过学生课前的自主探究式学习、课堂的合作交流式互动、课后的总结引导式发问，充分调动学生的学习积极性，同时建立超星“学习通”网络课程并充分利用，使学生抓取碎片时间进行学习，体现课堂活力；

（4）学生活：利用宇龙仿真系统、SolidCAM等进行仿真数控机床的模拟加工，进行创新性作品设计及加工程序编写，参加数控机床操作的考级考证及“数控技能”大赛等。

4 教学效果

课程采用逐级递进式项目教学法的活力课堂的教学模式后，经过两年的课程实践，课程的卷面成绩得到良好提升，优良率上升16个百分点，不及格率持续下降，课程结束后，学生会在网络课程中对课程教学进行评价，教学模式获得认可。2016级和2018级学生的卷面成绩对比，如图6所示。

图6 逐级递进式项目教学法的教学设计

5 结语

将逐级递进式项目教学法引入活力课堂，能够让学生主动思考，主动参与，改变了以往“教师讲、学生听”的被动教学模式，提高学生积极性和能动性；这种教学模式先以行动为导向，然后再讲述理论的知识点，针对性更强；这种教学模式以递进的形式体现，知识点由易到难，阶梯性地降低了学习难度，同时有助于对知识点的系统性掌握；这种教学模式以项目为主线，教学内容和知识点融合在“项目”中，更加注重理论联系实际，又可以理论辅助实际。