實驗任務引領式數控編程教學模式探討

摘要：根據數控機床編程的特點，將任務引領式教學法應用于數控編程實驗教學中，根據數控編程相關知識點，確定數控編程實驗項目及其實驗任務，并進一步分析了實施流程和考核方法。提供了一種利用數控仿真軟件進行數控編程訓練的方法。

關鍵詞：任務引領教學法 數控編程 仿真軟件 實驗教學

高等教育的根本任務是培養人才，提高人才培養質量是高等學校的重要使命。人才培養的基礎來源于課程建設，數控編程的課程特點決定了其教學模式的特殊性即理論與實踐相結合。

任務引領式教學法是指教師在圍繞某種工作場景，設計帶有功能性目的的真實任務，以教學任務為中心，讓學生在完成任務的過程中學習專業知識，掌握專業技能，從而培養綜合專業能力的教學模式。

近年來，為了提高教學質量，有關教學法的研究有很多。其中任務引領教學法在數控編程教學中得到了廣泛應用。但大多應用于數控加工實習、實訓環節。關于數控編程實驗教學的研究很少。

一、采用任務引領式數控編程教學的意義及其實施流程

數控編程實驗教學是圍繞數控編程能力培養，將數控編程技能和知識點設計在各個數控編程實驗中，在進行數控編程實驗教學時，將每個實驗作為任務布置給學生，使學生在實驗過程中掌握數控編程知識點和編程技巧的一種教學方法。實驗通過數控仿真軟件實現，以避免理論課結束后直接安排在昂貴的數控機床上進行實訓而造成撞機和為了學生安全。

數控編程是數控加工的需要，所以數控編程通常包含有試切削加工的內容。考慮到數控機床價格昂貴和學生初學階段直接上機練習的安全性等因素，借助現代教學手段即數控教學軟件以實驗的形式開展數控編程教學具有現實意義。而將任務引領教學法應用到數控編程實驗教學中有以下好處：

知識的獲得是一個主動的過程，學習者不應是信息的被動接受者，而應是知識獲取的主動參與者。構建主義學習理論認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情景下，借助他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構方式獲得的。如何引導學生自覺主動地投入學習，激發學生的學習熱情、興趣極為重要。任務引領式實驗教學法的開展，使學生在實驗過程中，完成各自的實驗任務，由被動地聽課變為主動地學習，由被動地接受知識變為主動地學習知識，鉆研編程技巧，并運用知識、技巧完成實驗任務、解決實際問題。激發和提高學生的學習熱情，培養學生自我學習能力，解決了教與學的矛盾，實現了“既授之以魚，又授之以漁”的教學目的，有利于提高教學效果。

任務引領式數控實驗教學學生為主體，教師是主導，需要教師對學生提出的問題給予解答，要求教師有相關數控編程實驗的知識和數控仿真軟件操作使用經驗，需要任課教師充分做好準備工作，所以任務引領式數控實驗教學有利于提高教師自身素質。

數控編程就是編制零件數控加工程序，編程是一種技能。任務引領教學法是以工作任務為核心來訓練技能并構建專業知識的教學法。任務引領，以工作任務為中心引領知識、技能和態度，讓學生在完成任務的過程中再學習相關理論知識，發展學生的綜合技能，數控編程教學正是以培養學生編程能力為課程目標的。

根據上述數控編程特點，在數控編程實驗教學中應用任務引領教學法擬安排流程如下：

1.知識點、能力模塊確定階段

分析數控編程教學任務，明確知識點和能力結構，確定不同層次能力模塊。

2.任務載體確定階段

根據不同層次能力模塊，確定體現能力要素的數控編程任務載體——零件或零件圖。

3.布置和接受任務階段

按基礎能力模塊和特殊編程能力模塊，以零件圖為載體，將實驗任務布置給學生。

4.任務實施階段

學生接受實驗任務，了解和分析任務，并完成任務；

5.成果驗收階段

提交程序及仿真加工產品，提交實驗報告。

二、任務引領式數控編程實驗教學中任務的確定

在“任務引領”教學中，“任務”的設置是最重要的，它將決定一節課學生是主動地學習還是被動地學習。任務的設置首先要有綜合性，使學生既能學到新知識和復習舊知識，還能鍛煉學生綜合運用知識的能力；其次要突出實踐性，任務必須通過實踐來完成；然后任務要有吸引力，必須讓學生感興趣；最后設置任務要有創新性，需要考慮到留給學生一定的創新空間，有利于培養學生的創新意識。

（一）數控實驗任務的提出

數控編程是一門實踐性很強的課程，按照加工零件的類型不同，一般分為數控車床、數控銑床和加工中心編程。按照學習循序漸進的原則，根據數控編程教學的知識點和能力目標，根據教學內容難易程度及其關聯性，將教學內容分成幾個實驗項目，由易到難劃分，由簡單到復雜，難度系數逐步增加，知識含量逐步加深，后面的實驗項目可以包含前面的實驗項目的內容或知識點，實驗之間環環相扣，前面的實驗項目的完成為后面的實驗項目完成起到鋪墊作用。用于任務引領教學法的實驗任務以零件或零件圖為載體，如表1所示。

（二）數控實驗任務的目標和內容

實驗任務一：編程基礎實驗

1.實驗目的

讓學生掌握數控及其數控編程相關知識（諸如數控機床坐標系及其零點、工件編程坐標系、數字控制原理、常用G功能、數控車銑床編程及其異同等），培養學生具備數控編程基本能力，為后續編程教學和學生完成后續實驗任務奠定基礎。

2.實驗內容

（1）通過數控仿真軟件熟悉數控機床操作面板；（2）選擇數控機床和數控系統；（3）確認數控機床零點或參考點位置；（4）明確數控機床坐標系（含坐標系原點和坐標軸方向）和工件編程坐標系；（5）根據簡單零件圖紙（含簡單直線、斜線、圓弧），輸入簡單程序段，確認M代碼、G代碼含義；（6）通過軟件圖形功能，觀察點的移動軌跡，確認與圖紙圖線的吻合。

3.實驗學習情景

開啟數控仿真軟件，進入數控機床仿真編程加工準備環節。通過點擊操作數控機床操作面板按鈕，進行回參考點或回零操作，理解其異同。輸入絕對坐標和增量坐標編程編制的直線、圓弧的簡短程序，通過數控圖形仿真功能確認其軌跡移動，并分析原理。

4.實驗結果

（1）機床零點或參考點顯示；（2）圖線軌跡顯示。

實驗任務二：編制數控車床加工程序

1.實驗目的

在前期基礎實驗的基礎上，使學生掌握粗精車、螺紋數車循環指令及其使用方法，掌握編程技巧，掌握數控車削對刀、加工的方法，具備一定的數控車床編程能力。

2.實驗內容

（1）熟讀車削零件圖紙；（2）合理確定工件編程坐標系，正確進行節點計算；（3）掌握程序圖形檢驗功能，快速正確輸入、編制完成數控加工程序；（4）正確選擇數控機床、工件、工裝、刀具；（5）快速正確完成對刀、數控加工和測量。

3.實驗學習情景

熟讀典型車削（含錐面、圓弧外圓和螺紋及退刀槽）零件圖紙；參照數控車床編程案例，復習數控車削加工程序編制技巧，確定工件編程坐標系，進行零件圖形節點計算，編寫數控車床加工程序；啟動數控仿真軟件，做好編程前準備，輸入加工程序；利用圖形功能檢驗程序正確性，完成加工程序編制；選擇工件類型、工件尺寸，并安裝工件；選擇工裝，并安裝；選擇切削刀具，并安裝；進行對刀操作，建立工件加工坐標系；利用數控加工單節和循環控制功能，進行仿真加工，并進行零件輪廓和尺寸測量。

4.實驗結果

（1）典型車削零件數控加工程序；（2）符合圖紙要求的已加工零件。

實驗任務三：編制數控銑床加工程序

1.實驗目的

在掌握編程基礎和數控車床編程方法的基礎上，掌握刀具半徑補償功能及其在粗、精加工中的應用，掌握應用零點偏置、子程序編程等編程技巧和數控銑削對刀、加工方法，同時掌握孔加工固定循環指令等相關知識及其程序編制技巧，具備一定的數控銑床編程加工能力。

2.實驗內容

（1）熟讀銑削零件圖紙；（2）合理確定工件編程坐標系，正確進行節點計算；（3）快速正確輸入、編制完成數控加工程序，進行程序圖形檢驗；（4）正確選擇數控機床、工件、工裝、刀具；（5）快速正確完成對刀、加工和測量。

3.實驗學習情景

熟讀典型銑削（含直線、外輪廓或內輪廓）零件圖紙；參照數控銑床編程案例，復習數控銑削加工程序編制技巧，確定工件編程坐標系，進行零件圖形節點計算，編寫數控銑床加工程序；啟動數控仿真軟件，做好編程前準備，輸入加工程序；利用圖形功能檢驗程序正確性，完成加工程序編制；選擇工件類型、工件尺寸，并安裝工件；選擇工裝，并安裝；選擇切削刀具，并安裝；進行對刀操作，建立工件加工坐標系；利用數控加工單節和循環控制功能，進行仿真加工，并進行零件輪廓和尺寸測量。

4.實驗結果

（1）典型銑削零件數控加工程序；（2）符合圖紙要求的已加工零件。

實驗任務四：運用參數化編程方法編制數控機床用戶宏程序

1.實驗目的

在掌握一般編程理論、編程方法、編程技巧的基礎上，掌握B類宏程序、A類宏程序及其變量賦值、運算、條件轉移、循環控制等編程原理技巧，具備一定的參數化用戶宏程序編制能力，提升學生手動編程整體能力。

2.實驗內容

（1）確認并分析被加工零件（含矩形周邊斜面、圓周球面或變截面拋物、雙曲曲面）類型；

（2）運用A類或B類宏指令編制曲面加工宏程序，并完成數控仿真加工。

3.實驗學習情景

分析確認被加工體（含矩形周邊斜面、圓周球面或變截面拋物、雙曲曲面）類型，應用變量賦值、運算、條件轉移、循環控制等編程技巧，編制曲面B類宏程序，并完成數控仿真加工。

4.實驗結果

（1）典型曲面體數控宏加工程序；（2）符合要求的已加工零件。

三、任務引領式數控編程實驗教學的實施流程

數控編程實驗教學安排在數控編程理論課之后和數控實訓課之前進行，實驗課安排在理論課之后，與理論課交替進行，而且必須安排在有數控仿真軟件的多媒體機房進行。在理論課講授完一個或幾個知識點后，緊跟著安排相應的實驗課。這樣有助于使學生及時地很好地理解和掌握相關知識點，為后續課程內容的學習和理解打好基礎。具體流程如下：

1.學生接受教師布置的實驗任務。實驗任務分為四個環節，由簡單到復雜，不斷深入，學生接到任務后首先要了解和分析任務。

2.不論是哪個環節的實驗任務，都要根據數控編程基本步驟，首先分析零件和零件圖，編制零件加工工藝，確定編程坐標系，進行數值計算。

3.每個環節的實驗任務，都安排在相應的編程理論課之后，所以進入實驗前首先要預填寫實驗報告，根據所學的編程原理和技巧編寫相應的數控加工程序。

4.啟動并熟悉數控仿真軟件，然后將初步編寫的相應的數控加工程序輸入數控裝置進行程序檢驗，利用圖形模擬功能檢查程序所存在的問題。根據報警信息修改程序，直到程序合格為止。

5.選擇和安裝合適的工件、夾具和刀具，進行對刀操作，完成零件加工。

6.利用仿真軟件測量功能，測量各檔尺寸，檢查是否與零件圖紙要求一致。

7.整理實驗實施過程中出現的各種問題，完成實驗報告，提交程序及仿真加工產品。

由上可見，基本流程為聽課→復習歸納→準備實驗報告→進行實驗→進行歸納，學生帶著問題，帶著興趣，帶著任務，帶著期待進入課堂，進入實驗。要求學生多學習勤思考，遇到問題發揮主觀能動性，積極解決問題。

要求學生提交寫好預實驗報告，最后的實驗報告可以在預實驗報告的基礎上進行修改。實驗報告要求寫上實驗進行的過程、發現的問題和解決的問題以及存在的問題。如在編寫銑削零件內輪廓程序的編寫中，如果左、右刀補（G41、G42）的選取與走刀路線不一致，那么在加工后測量輪廓時，會發生尺寸相差一個直徑值的情況等。

四、數控編程實驗考核方法

以上編程項目的每個實驗任務，都準備多套難度不同的零件圖紙。每種零件圖紙的分值有所不同，難度大的分值高，難度低的分值低。如難度系數較大的分值定為100，中等難度的滿分定為80，一般難度的滿分定為60。學生可以根據自己的意愿選擇不同難度系數的零件圖紙進行編程。

每個實驗任務目標明確，如圖紙要求等。基礎環節實驗分組完成，同學之間可以相互討論，但要獨立操作完成。特殊編程實驗要求學生各自獨立完成。必要時教師給予指導，發現問題及時糾正，共性問題及時在實驗課堂上進行指導加以解決。

根據數控程序編制的特點，將實驗成績分為程序完成情況分、知識點掌握情況分、實驗報告分和平時表現分。教師應該掌握學生進行實驗的全過程，并根據實驗完成情況進行評分。如，在規定時間內完成的給予基本分，根據運行程序并測量加工輪廓曲線的正確性進行評分，根據檢查程序結構的完整性進行評分，根據檢查指令使用的正確性進行評分，針對程序中主要程序段進行提問，讓學生回答，根據回答的準確程度加以評分，還有對實驗報告的完成情況進行評分，根據遵守實驗紀律等給予平時成績分等。

五、結語

教育家陶行知先生所倡導的“在學中做，在做中學”的教育理論，以具體的任務為學習動力或動機；以完成任務的過程為學習過程；以展示任務成果的方式來體現教學的成就。任務引領式教學，是“以完成任務為目的”的教學方式。這種教學方式對學生綜合能力的培養十分重要，正日益受到職業教育界的普遍關注。在任務引領式教學中，任務為主線、教師為主導、學生為主體，學生參與到教學當中來，學生在接受老師布置的任務后，針對任務，主動地仔細消化課堂教學的編程理論，制定實施計劃，最后完成任務。整個教學過程充分體現著學生的主體地位，實現做學合一，使良好的教學效果得以實現。

數控編程具有理論性和技巧性，有較大技術含量，有著與一般理論課程相對特殊的方面。以往的教學實踐證明，普通的填鴨式、滿堂灌等教學方式，理論與實踐相脫節，遠不能適應數控編程教學的需要。

任務引領式數控編程實驗教學法，將數控編程內容及知識點，由簡單到復雜設計為多個實驗，以任務的形式布置給學生，學生在完成實驗任務的同時學到編程方法、技巧，從而使學生通過完成實驗而具備一定的編程能力。

參考文獻：

[1]劉榮林，樊永霞.“任務引領”教學法研究與實踐[J].中國成人教育，2010，（17）：68-69.

[2]河南，李愛武.“任務引領教學法”的實踐[J].職業技術，2012，（05）：43.

[3]劉聘.任務引領型課程開發探析[J].武漢職業技術學院學報，2008，（7）：41-44.

[4]晏勇，藍波.“任務驅動”教學法在電工電子技術課程中的應用.實驗技術與管理，2012，9（29）：163-166.

[5]張紅英.任務驅動教學法在數控機床編程教學中的應用[J].職業教育研究，2006，（12）：92-93.

本文系上海市教育委員會重點課程（2012 SZDKC-15）、上海電機學院環境裝備學科資助項目（12XKJ01）。