数控编程课程教学研究

摘要：文章介绍了数控编程课程教学改革实践，其包括：以典型零件作为学习载体，设计了包括探究新知、工艺编制、仿真加工以及机床加工四个环节并形成外循环，每个环节内均通过发现问题、分析问题、解决问题三个步骤形成内循环；融合了线上线下混合式教学模式；建立了学生分组合作、讨论和四个维度相结合的多元评价方式机制等。教学效果表明，通过内外循环模型不断迭代，知识的裂变最终带来技能的聚变，提高了学生的实践能力，提升了教学团队的业务水平，培养了其团队协作、精益求精的工匠精神。

关键词：课程改革；数控编程；混合式教学

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出，培养工程实践能力和创新能力强的工程技术人才是高校创新实践教学的重要任务[1]。《中国教育现代化2035》指出利用现代技术加快推动人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合[2]。《江苏省“十四五”教育发展规划》指出完善德技并修、工学结合的育人模式，弘扬劳模精神和工匠精神，强化实验、实训、实习等实践教学体系的质量管理。适应生源多样化特点，深入推进课堂教学改革，实施行动导向教学，推广线上线下混合式教学、理实一体教学等新型教学模式[3]。数控编程是面向高职数控技术专业开设的一门专业核心课程，是理论与实践一体化的课程。通过对课程的教学改革，旨在通过培养学生综合分析和可持续发展能力，为其将来从事数控设备操作员、质量检验员以及加工工艺编制员等岗位工作打下基础，同时，也培养其团队协作、精益求精的工匠精神。

1教学设计

本课程在专业课程体系中处于承前启后的地位。课程开设在第三学期，在本课程之前，学生们已学习了机械图样的识读与绘制、普车技能实训、数控机床原理课程，具备了初步的识读零件图纸、普通车床操作等能力。本课程将进一步提升学生在轴类零件图纸方面的识读能力，强化工卡量具的使用能力，同时培养手工编程与机床调试校验的能力，并逐步践行精益求精的理念。同期开课的课程有数控加工工艺，与本课内容都有相关性，课程之间可以相互补充，相互促进。本课程的学习还将为后续学习数控车床加工技能训练课程及完成毕业设计、顶岗实习奠定基础。本课程响应《国家职业教育改革实施方案》的号召，基于“中国制造”向“优质制造”“精品制造”转型的背景，面对服务企业转型升级对数控技术人才的需求，紧密贴合地方经济发展，对接校企合作企业，对标“1+X”数控车铣加工职业技能等级要求，将教学内容整合并融入三大模块中。以企业典型工作任务为载体组织教学内容，以实现学生的全面、自由、个性化发展为目标，渗入“德技并修、立德树人”的教育理念，最终实现培养高素质、高技能复合型人才的目标。

1.1教学内容处理

课程按照零件常见加工类型分为轴、盘、套三个模块，每个模块根据零件加工的难易程度划分为“简单零件加工”和“复杂零件加工”两个项目。加工难度与要求从模块、项目到任务，皆遵循由简单到复杂的原则，模块知识呈并列关系分布。每个任务均采用企业真实或典型的零件为教学载体，逐步渗入数控手工编程的相关知识，并通过引入自动编程和技能大赛任务工艺分析，实现岗、课、赛、证综合育人的同时，满足当前行业发展对高技能技术人才的需求，有利于学生构建复合型的职业能力[4]。每个项目由四个任务构成，选用典型零件图作为学习载体，综合考核项目四个任务所涉及指令，由浅入深构建教学情景，完成零件加工的学习。将职业素养的养成和岗位技能贯穿始终，每个任务由“探究新知”“工艺编制”“仿真加工”“机床加工”四大环节构成，紧扣企业生产加工流程，通过问题牵引的方式将任务难度分解，实现理论知识与能力技能的自然过渡。在虚实结合的情境中帮助学生顺利完成知识迁移、应用等问题，推进“三全育人”，践行知行合一。

1.2教学策略分析

通过对机械制造企业工作岗位的调研以及日常教学反思总结可知，本课程主要的教学重难点是编程代码格式、走刀轨迹路线理解以及程序的编程思路。坚持以学生为本，以典型工作任务为载体，以工作过程为导向，采用混合式教学模式，多维互动化解教学重难点；将课堂教学与真实任务和真实问题相联系，在虚实结合的情境中引导学生小组协作、自主探究；以复合循环指令应用为主线，贯穿课堂始终，突出教学重点；采用看（观看视频）、论（小组讨论）、练（学生练习）、评（环节点评）化解教学难点。课前学生在丰富的自录微课资源的协助下通过“职教云”平台参与在线讨论，在线测试等方式完成课前预习，教师根据学生预习情况及时调整教学策略。课中通过职业情景的创设，由质疑旧知引入新知，以问题牵引新知探究，引导学生主动思考探索，完成理论知识储备。活学活用，尝试编制零件加工工艺，并通过斯沃仿真软件校验程序编制正确与否，在此过程中不断发现问题，解决问题，修改完善任务加工程序，学会经验共享，借助团队力量完成任务，最终完成零件的真实加工。

1.3教学资源

课程教材主要采用课题组教师团队自主开发的校本教材，贴切师生实际教学需求，该教材为新型的立体化教材，具备以下两个主要特点：⑴教学内容新颖。紧跟机械行业发展方向，与企业合作开发建设，提供了最新的零件加工工艺案例。⑵教学资源丰富。有配套的课件、视频、动画、微课、仿真软件及信息化教材等，丰富的信息化资源可以对课程的实施起到很好的支撑作用，常用的资源主要有四个：——国家职业教育专业教学资源库标准化课程，对本课程的实施起到很好的补充和支撑；——校级特色在线开放课程数控编程与仿真加工，可有益地拓展本课程的知识领域；——在“职教云”平台中构建属于自己的在线教学环境，为自己的学生开设专属在线课程，方便开展线上线下混合教学；——教师自己录制丰富的微课资源，在纵向延伸知识点深度的基础上，解决教师工作量大且重复的问题，便于实施分层次教学。

1.4教学评价

结合技能大赛、技能鉴定和企业评价标准，采取“自评+互评、企业+教师、线上+线下、过程+结果”四个维度相结合的多元评价方式，侧重于对学生学习态度、学习能力、职业素养、劳动意识及安全环保意识方面的考核。教师提前将学生自评、小组互评的考核内容录入“问卷星”考试平台并生成二维码，课上学生用手机扫码进行评价，教师用Pad在线打分，方便快捷。学生在“职教云”平台的课前自学、在线测试成绩、课堂学习轨迹记录等均由平台自动记录，生成过程性评价；同学之间相互对学习态度和协作能力等进行主观性评价；教师对学生在线提交的任务仿真过程报告、模型实物加工给出总结性评价；课后线上联系企业技术员，进行产品验收，从而形成多元化的动态考评体系。多元化的评价手段改善学习习惯，优化学习方法。

2教学实施

为了清楚地描述教学实施过程，以工艺品葫芦模型为加工对象，采用线上线下混合的教学模式，利用网络课程资源实现翻转课堂，让学生在课前时间完成自主学习，课堂上教师与学生之间充分互动，解答疑惑、汇报讨论，课后线上交流，从而达到更好的教学效果。

2.1课前预习

课前学生通过职教云平台观看视频，参与在线讨论，在线测试等方式完成课前预习。教师根据学生预习情况及时调整教学策略。

2.2课中探究

遵循学生的认知规律，以工作任务为载体，将思政教育贯穿始终，教学活动依次设计为新知探究、工艺编制、仿真加工和机床加工四个环节。

2.2.1新知探究环节

课堂导入，播放《葫芦娃》视频，激发学生兴趣的同时，使学生明白“福禄万代”的寓意，讲解彝族史诗《梅葛》汉、傣、彝、藏、白、回等九个民族，都是从一个葫芦里走出来的亲兄弟。在明确本次教学任务的同时，润无声色地进行中国传统文化教育。⑴下发任务，任务分析提问：能否利用旧知G71，完成该图程序编程？如果不行？什么原因？通过对两组刀轨进行演示对比，唤起旧知，引出新知指令，提高学习积极性。⑵新知探究播放G73指令轨迹动画，提问该画中所包含哪些要素？直观形象地将三个问题呈现给学生。学生根据课前预习新知掌握情况，小组代表利用仿真软件进行操作演示，观看走刀轨迹，学生代表举手发言，教师布置测试题。学生分享对三个问题的掌握情况，说出各个参数的含义，通过逐步深化，为工艺编制奠定基础。

2.2.2工艺编制

⑴情境引入，明确任务在理解G73指令之后，完成工艺卡片编制，组织各小组工艺方案汇报。小组代表阐述组内方案后，点评，确定最终工艺方案。⑵任务实施圆弧加工注意什么？对圆弧的加工，如何避免刀具干涉？引导学生去想象，教师采用软件仿真呈现干涉现象。教师巡回指导答疑，观看学生编程进度，回答学生疑惑。⑶阶段评价对工艺分析这一环节中出现的问题进行点评，集中讲授学生出现共性的问题。在总结点评的基础上，加深对G73指令的理解以及如何选择不同刀片的应用场合。最后，评选葫芦工艺编制最快学生。

2.2.3仿真加工

⑴情境引入，明确任务播放三秦工匠李晓佳事迹，对学生进行教育，学习主人公追求卓越的精神，执念细节的态度。使学生明白工匠精神应成为人生的价值标高，成为人才质检的衡量标尺，零件加工务必精益求精[5]。任何一把刀尖都不可能绝对锋利，在刀尖处都存在一个圆弧半径，进而导致过切或少切，从而引出新知指令刀尖圆弧半径。⑵任务实施如何保证圆弧的精度？即将原来控制刀尖的轨迹转化为控制刀尖圆弧圆心的运动轨迹。通过教师的讲解，学生掌握刀补和刀沿方位号的判别方法，以及如何对刀的方法。教师演示操作，以R2圆弧刀为例，采用G42，刀沿号为8，R2，X轴正常对刀，Z轴对刀为2。学生观看仿真演示操作过程，掌握刀补的方法。教师巡回指导，收集问题，学生通过微课自学+组内讨论+教师答疑，解决葫芦模型仿真加工出现的各种报警信息，记录问题。完成葫芦模型加工后，网上提交作品。⑶阶段评价对该环节中出现共性的问题进行点评，特别强调国产数控系统的指令和FANUC系统的不同之处。各组代表汇报本组出现的问题，其他同学查漏补缺，在教师点评的基础上，固化新知，最终化解难点。最后，提交斯沃仿真轨迹过程成绩，参与仿真之星评选。

2.2.4机床加工

⑴情境引入，明确任务实施播放国产数控设备加工视频，虽然国产数控机床产业确实取得很大发展，但距离工业强国的数控机床水平还远远不够。通过教师的教育，激发学生爱国热情，好好学习，报效祖国。⑵任务实施师生一起整理服装，确保领口，拉链，袖口扎紧，养成文明生产习惯。巡回指导，适度点拨，引导学生找出原因及解决措施。注意加工过程中对刀是否正确，退刀是否合理，工件是否装夹牢靠等安全问题，安全第一，做好督察工作。学生装夹工件、刀具，对刀操作，编程人员将仿真校验后的程序输入到数控机床，校验程序。观看粗加工走刀轨迹，注意安全，检测加工余量，调整刀补，进行精加工。加工完毕，取下工件，工具收纳，场地清洁按照6S标准，规范放置工卡量具，整理现场。经过程序编程、软件仿真以及机床加工三个环节的不断迭代，自然而然地化解教学难点。⑶阶段评价监督学生进行零件质量检验，提醒规范使用量具，正确测量。各组学生按照葫芦评分标准完成自检与互检检测。组织并听取各小组代表的总结及学习心得，点评补充，并对本任务进行总体评价。通过评价学会反思，培养学生独立思考的能力，提升学生的学习自信心和挫折耐受力，促进学生知识学习和素质养成。

2.2.5课后拓展

在“职教云”平台课后任务，布置三个不同层次的拓展性问题供学生选择，让学有所成者、学有所思者、学有所创者都能充分发掘潜能。在线评阅，提交修改意见，总结归纳学生意见，优化教学。联系企业相关人员，沟通反馈，听取企业验收意见，完成网上评价。

3教学反思

3.1效果与特色

⑴选题具有典型性在学习内容的选择上，本课题源自企业真实生产订单，工件轮廓具有代表性、所涉及的指令代码具有广泛性、加工过程具有完整性、课题类型具有趣味性、技能素养具有成长性。⑵打通内外循环，实现双效提升通过探究新知、工艺编制、仿真加工以及机床加工四个环节形成一个外循环，每个环节内均通过发现问题、分析问题、解决问题三个步骤形成一个内循环，通过多个内循环的不断驱动，推动外循环滚动，最终完成零件的加工，实现知识、技能的裂变和聚变。⑶思政教育与安全素养贯穿始终坚持显性教育和隐性教育相统一，通过视频、故事、案例将爱国敬业、工匠精神、精益求精、吃苦耐劳、安全素养与教学内容有机融合。

3.2问题与改进

⑴学生创新能力有待提升今后应进一步研究探究性学习的组织和实施，激发创新思维，培养创新能力，让学生能够真正成为未来的主人。多与学生沟通，深入了解学生的主观学习态度，在以后的教学中更加耐心细心地给予学生指导，让学生在工作中得到成功的喜悦，获取更大的学习动力。⑵校企合作需要进一步加强教学设备还需要进一步加强，加强企业与本课程的深入、广泛合作，紧跟企业及专业的发展变化，教师需要紧跟专业技术发展。另外，注重差异化点拨，对学生个体差异投入更多的关注。持续关注学生的工匠精神及劳动教育的培养，为中国制造培养更多高素质技能人才。

参考文献：

[1]石端伟,廖冬梅,王忠华,等.综合性大学工程训练与创新实践教学体系研究与应用[J].实验技术与管理,2019,36(07):201-205.

[2]中共中央,国务院.中国教育现代化2035[EB/OL].(2019-02-23)[2022-07-02].

[3]江苏省人民政府办公厅.省政府办公厅关于印发江苏省“十四五”教育发展规划的通知:苏政办发〔2021〕115号[EB/OL].(2021-12-31)[2022-07-02]

[4]邢剑飞,王龙,郭文松,等.新工科背景下应用型高校数控技术课程改革研究[J].科技视界,2021(33):24-26.

[5]李娟.课程思政视域下线上线下混合教学模式研究[J].计算机产品与流通,2020(03):190.

作者: 张南洋 侯园 单位:江苏安全技术职业学院 机械工程学院