基于智慧校園平臺的數控編程技術課程教學模式改革研究與實踐

◎張春娜

（三門峽職業技術學院智能制造學院，河南三門峽472000）

隨著我國進入新的發展階段，產業升級和經濟結構調整不斷加快，各行各業對技術技能人才的需求越來越緊迫，職業教育重要地位和作用越來越凸顯?！秶衣殬I教育改革實施方案》中特別強調要推進高等職業教育高質量發展，要求高等職業學校為區域發展培養高素質技術技能人才[1]。筆者緊跟國家高職教育改革發展步伐，在智慧校園建設大背景下以數控編程技術課程為例展開信息化技術支持下課程教學改革模式的實踐，旨在培養知識經濟時代具有綜合素養的高職學生，為區域經濟高質量發展提供高技能應用型人才[2]。

一、課程教學改革的內容

筆者基于智慧校園平臺，結合課程信息化建設指南，采用互聯網、大數據、云計算以及移動通訊等多種智能化技術，探索數控編程技術課程教學改革模式，具體包含：

重新構建數控編程技術課程的教學內容。立足專業人才培養方案和現代制造業發展對本門課程的新要求，結合智慧課堂教學模式改革的實施過程，構建與之相對應的課程教學內容。

靈活運用智慧校園建設平臺所提供的技術方法和手段。在數控編程技術課程教學全過程中綜合運用基于智慧校園平臺提供的互聯網、大數據、云計算、移動通訊等多種智能化技術，加快和推進高校機械加工類課程信息化建設的步伐。

在智慧課堂理念下開展教學組織形式的創新設計?；诙嗝襟w教室、宇龍數控仿真實訓室以及數控加工操作中心，把課堂教學、仿真教學和現場加工教學相融合，構建多場景教學一體化的智慧課堂教學模式。

二、課程教學改革的實施過程

（一）數控編程技術課程教學內容的重構設計

立足專業人才培養方案和現代制造業發展對本門課程的新要求，結合智慧課堂教學模式改革的實施過程，構建與之對應的課程教學內容。二次構建的數控編程技術課程教學內容包含三大組成部分：數控編程與加工基礎篇、數控車床加工與編程篇、數控銑床（加工中心）加工與編程篇，每部分由若干個學習任務組成。

（二）數控編程技術課程教學改革的策略分析

1.數控編程技術課程教學改革的總體策略

在智慧校園服務平臺支持下，數控編程技術課程借助大數據、物聯網、網絡技術等信息化技術，轉變傳統的、機械化的、單一的教學模式。在智慧校園環境下采用超星泛雅學習平臺等技術支持手段，實現數控編程技術教學模式的轉變和拓展，以促進最終的學習效率和學習效果的提升。具體而言，基于智慧校園服務平臺，數控編程技術的教改后的教學活動主要包含課前、課中、課后三大組成部分，視各教學環節的需要教師采用不同的教學方法和策略，實現數控編程技術知識點和技能點以動態方式展示給學生，以學生為本的原則下促進學生數控編程能力和職業素養的養成。

2.數控編程技術課程教學改革的策略手段

智慧校園平臺下的教學改革以實現教育的智慧化為最終目標，其基于大數據、網絡技術、人工智能等技術構造智慧教育平臺，能夠把傳統的機械化的教學內容由抽象化為具體、由靜態化為動態，同時最大限度轉變學習思維的自由化。在智慧化的教學環境中，學生可以利用網絡技術，隨時獲取個人學習數據、實現不受時間空間約束的泛在學習。此外互聯+物聯+大數據的智慧化教育為學生學習提供了更廣闊的交流探討、資源共享、深度學習的環境，在一定程度下能夠改變其學習屬性為內在需求性，最大限度提高學習的效率和效果[3]。在此主要介紹數控編程技術課程教學開展過程中主要涉及的網絡教學平臺、課程平臺和資源平臺等三項內容。

（1）網絡教學平臺

本教學改革的實施采用泛雅MOOC平臺，該平臺提供針對課程教學全過程的技術支持。

（2）課程教學平臺

本項目的課程教學平臺是泛雅MOOC平臺中的子項目。該課程教學平臺能為教師提供課程教學全過程的信息化，此外學生還可利用平臺提供的移動終端支持軟件實現不受時空和地域限制的便捷化學習。

（3）資源平臺

本項目的資源平臺以超星網絡提供的大數據庫系統為基礎，主要包括其一方面是教師上傳至學習空間的課程信息單、課程教學課件、課程教學微視頻、教學輔助動畫等多種素材資源。其二方面則為超星大數據資源庫提供的包含電子書、期刊論文、精品教學資源、專利及標準等海量資源。課程教學過程中以前一類資源為主要教學資源，后一類資源為學生拓展學習、興趣學習提供平臺和支持。

（三）數控編程技術課程教學改革的實施過程

為進一步解釋和說明數控編程技術的教學改革模式，以數控車床加工與編程中的“中等復雜軸套類零件的編程與加工”任務為例展示數控編程技術課程教學改革的具體實施過程。結合智慧校園平臺下數控編程技術的教改策略分析，本課程教學的教學操作程序在橫向時間軸上包含三階段教學環節，分別為課前、課中和課后[4]。

筆者將傳統教學模式中于課上完成的數控編程知識認知學習部分內容以微視頻、學習課件等形式提前發布，學生在課前完成知識傳授學習階段；課中環節通過學生與學生、老師與學生之間針對數控加工方案制定、數控加工程序編制等環節中出現的問題展開協商，達到數控編程知識的內化和數控編程加工技能的培養；課后階段由智慧校園平臺系統中的學習數據和超星泛雅學習端的多種評價方式實現教學評價的多樣化和教學反饋的實效性，幫助教師及時了解本任務的教學效果并為后續教學方式的調整提供可靠依據。

1.課前階段

課前階段的教師任務，在智慧校園建設手機端超星泛雅學習平臺以小組為單位下達分組任務單。

本環節要求教師在課程教學準備過程中針對每一篇的不同任務，整理與本任務相關的知識鏈接資料，主要包含G70、G71、G72、G73等指令的含義、程序段編寫格式要求、不同指令運用過程中的注意事項等內容的文字、課件、視頻等資料，并提前把資料上傳至網絡學習平臺，同時可引導學生在網絡資源數據庫中自行搜索與本任務相關的學習資源[5]。該環節運用超星泛雅學習平臺提供的各項功能和互聯網、大數據等提供的技術手段來實現。

學生任務，在本教學環節學生首先需讀懂零件圖，分析零件的數控加工工藝性并填寫其數控加工工藝簡卡；然后綜合運用FANUC 0i Mate TB數控系統的G70、G71、G72、G73、M98、M99等指令完成該零件的數控加工程序的編制。補充說明：考慮到學生編程思路和方法的差異性，最終編制數控程序的不唯一性，允許小組任務提交多個答案，統一要求提交TXT格式程序文件。

2.課中階段

通過課前階段的預學習，大多數學生能夠制定出本任務給定零件的數控加工工藝簡卡，并且能夠完成其數控加工程序的編制。在課中教學階段，學生的主要任務有以下幾點：組內集中討論數控加工工藝，修改并完善工藝，組內自選一人為代表上臺展示說明解釋加工工藝的可行性；在加工項目中調入編制好的數控程序，鎖住機床，對刀具路徑進行比較研究，檢驗程序的優劣性；在宇龍仿真系統中模擬加工給定工件，獲取近似真實加工情景的加工路線和走刀路徑；在數控加工車間技師的指導下，對零件進行真實加工，實現對工作過程的認知。

對應于學生的課中學習，本任務的課中階段教學環節，教師的主要任務包括組織學生以小組為單位分組討論加工工藝，展示并解釋說明數控加工工藝；解答學生數控程序模擬中存在的問題，并注意對學生存在的共性問題拍照存留，形成資料；引導學生協作解決對刀和加工中的難題，對共性問題拍照存留，形成資料；巡回，針對學生實際加工的難題和車間技師共同解決。本階段的仿真加工采用宇龍仿真軟件在一體化仿真教室進行，實際加工環節在數控加工車間展開，采用的FANUC系統數控機床實現與仿真加工的一致性。

3.課后階段

課后階段是是教學過程完整性的重要體現，主要包含反饋反思和總結評價。在本教學環節學生主要是對本教學任務完成情況展開小組內的學習評價，是融合自評和互評的組內評價，自我評價的過程其實也是自我反思的過程，即反思G70、G71等多重循環類數控加工指令是否真正掌握，能否靈活運用展開自我反思。除知識技能層面外學生需要結合自身的學習過程更深一步思考，在任務五的整個學習過程中，哪種學習方法策略或技術手段對自身更有效用，更能促進對本任務知識和能力的內化學習。在反思的同時借助網絡學習平臺把自己對中等復雜零件編程的學習掌握情況及時向教師反饋。

教師在本教學環節中首先針對知識和技能的掌握層面對教學全過程的完成情況進行評價，同時教師需結合學生在網絡教學平臺的反饋對本任務的開展做出總結，此外對于那些經本任務學習后仍無法掌握本任務目標的學生需特別關注，確認是共性還是個別問題以為后續教學任務的改善或微調提供依據。

三、數控編程技術課程教學改革的效果和成果分析

（一）課程改革學習效果分析

1.學習效果層面分析

為深入分析教改的學習效果，通過從數控編程理論知識和數控編程綜合技能兩個方面對實驗班（2017級械制造與自動化專業學生）和對照班（2017級機械類其他班級學生）展開測試，對測試成績采用樣本T檢驗分析，最終獲取基于智慧校園平臺的新型教學模式對學生數控編程課程綜合學習效果的影響程度。

（1）實驗班與對照班的數控編程技術理論知識成績對比分析

數控編程技術理論知識測試從實驗班和對照班中分別抽取樣本學生參加，統計顯示前者的平均成績為82.10，后者的平均成績為81.40，表明教改模式下的學生和傳統模式下的學生在數控編程理論知識上差異不大（見表1）。

進一步分析獨立樣本T檢驗結果，方差的Levene顯著性為0.655＞0.05，故其數控理論成績為方差齊性的，分析第一行結果T檢驗的顯著性為0.778＞0.05，說明兩組數據沒有顯著性差異，即實驗班的理論成績沒有比對照班有較高的提升（見表2）。

（2）實驗班與對照班的數控編程技術綜合測試成績對比分析

統計顯示前者的平均成績為85.15，后者的平均成績為77.44，其數控編程技術綜合技能測試平均成績相差7.71分（見表3）。

表1 實驗班與對照班數控編程技術理論成績組統計量

表2 實驗班與對照班數控編程技術理論成績獨立樣本T檢驗結果

表3 實驗班與對照班數控編程技術綜合成績組統計量

分析數控編程技術綜合技能測試的獨立樣本T檢驗結果，方差的Levene顯著性為0.257＞0.05，為方差齊性的，分析第一行結果T檢驗的顯著性為0＜0.05，說明兩組數據顯著性差異，即實驗班的綜合技能成績比對照班有顯著的提高（見表4）。

對比以上統計分析，實驗班和對照班在數控編程技術理論知識上相差不大，而在綜合技能上有較大的差異，測試結果表明基于智慧校園平臺的課程教學模式在提高學生的數控編程綜合技能方面比傳統教學模式更具有優勢[6]。

2.學習過程體驗層面分析

通過問卷調查的方式對數控編程技術課程知識的學習能力、數控編程技術課程技能的掌握情況、課程教學對合作能力和溝通能力的效用、課程教學對問題解決能力和學習體驗的對比分析等展開調查，統計結果表明在基于智慧校園平臺的數控編程技術新型教學模式下，學生更易獲取課程知識的學習能力、課程技能的掌握程度、合作能力和溝通能力的效用、解決問題的能力以及良好的學習體驗。由此可見，新型教學模式具有提高學習效果、增強學習體驗的優勢。

表4 實驗班與對照班數控編程技術綜合成績獨立樣本T檢驗結果

（二）構建基于智慧校園平臺的課程教學改革策略

通過本項目的研究形成基于智慧校園平臺的數據編程技術課程的教學改革策略，主要包括以下方面：

1.數控編程技術教學內容的“靜態加動態”方式呈現。

本課程傳統的教學內容呈現方式多為教材加參考教材之類的書本，在此類靜態書本上呈現的數控編程指令是一堆晦澀難懂的機器指令，不利于邏輯思維能力和理論學習基礎相對不高的高職類學生對知識的理解和掌握。本項目則改變傳統的數控編程指令的展示方式，例如在智慧校園服務平臺支持下采用超星泛雅學習客戶端，將對應的數控編程加工指令以動畫或視頻的方式展示給學生，在對指令說明文字的理性學習和對指令加工動畫的感性學習雙重融合下，提高了其對數控編程的興趣和學習熱情。借助信息化技術化手段以“動靜結合”方式呈現數控編程技術教學內容有利于促進學生學習編程的積極性和學習編程的效果。

2.以企業實際生產流程為藍本創設數控編程技術課程教學過程。

傳統數控編程技術教學以課程教材為主，多數任課教師圍繞參考教材開展教學活動，教學過程中依據知識的遞進性推進教學活動，脫離企業的實際加工情境，由此帶來學生學習的動機性不強，感性化的手、眼、腦并用的情感式體驗不深，對數控編程的整體把握和理解不到位。本項目采用任務驅動式教學方法，以企業生產加工的實際零件為原型，構造既保留零件實際加工性又添加利于學生數控編程技能培養的任務工作零件，在智慧化教學環境下遵循企業實際生產流程和要求，創設具有課程教學和實際生產雙重性的具體教學過程，主要包含探討任務工作零件的加工工藝、制定其數控加工方案、編制其數控加工程序、仿真加工任務零件并優化數控程序、真實加工任務零件、評價任務零件的加工過程并提升對任務涉及數控加工指令的深入理解和應用。

3.通過下達分層任務教學方式，解決數控編程技術教學對象的個體差異性問題。

采用傳統的班級授課制模式進行數控編程教學時，教師往往通過同樣的步調和相同的方式把數控編程技能的知識點和能力點傳授給學生，對于具備數控編程前導知識和能力，如機械制圖、公差配合、機械基礎和高等數學等方面低于或高于平均水平的學生而言，略低程度的學生可能由于某方面知識能力的缺失無法展開數控領域的學習，而高于平均水平的學生則認為本課程的學習不具有挑戰性。本項目在智慧學習環境中獲取本班學生的綜合學習數據，根據數據分析出學生在基礎知識、能力水平等方面的差異，基于超星泛雅學習平臺對學生進行彈性化分組，在智慧環境中對數控編程技術的學習任務進行分層分步，最終根據學生學情分配具有難度差異的分層任務，遵循“從簡到繁、從易到難、由良構到劣構”的認知規律，實現數控編程技術課程差異化教學模式的順利實施。

4.通過分組任務與分層任務相結合的教學方式實現數控編程技術掌握重點、突破難點。

傳統的數控編程課程教學模式多為學生單打式學習，教師往往忽略合作學習對數控編程能力提高的影響，較少設計小組合作學習環節或是創造協作學習課題，學生主要依賴自身所學專業知識和基礎知識體系開展數控編程課程知識的學習，偶爾為了解決程序或者操作問題時才會被迫與教師以及其他學生相互交流。本項目采用超星泛雅學習平臺的小組任務模塊，結合分層任務的需要，提前下達包含設置不同難度分層任務的數控編程課題小組任務，對于簡單的分層任務采用自主學習方式，對于復雜的分層任務或者小組綜合任務采用合作學習展開學習，組內同學在解決數控編程問題一致目標的激勵下往往更容易互助互進，榮辱與共。通過分組與分層任務相結合的數控編程教學方式有利于促使學生開展實質性的協作，實現在專業課程教學中培養學生的協作意識和協作能力的教學目標。

5.借助超星泛雅學習平臺提高教學評價的有效性和教學反饋的時效性。

傳統的數控編程技術課程常采用教師為主體的以期末考試成績為評價依據的評價方式，這種單一化主體的評價方式已無法適應信息化課程教學改革的發展，不能對信息化手段教學過程中學生是否具備數控編程能力做出正確、客觀地評價。在智慧校園平臺下本項目的評價主體由任課教師擴展為任課教師、上課學生、車間技師等參與數控編程技術教學過程的全體人員，超星泛雅學習平臺等信息化技術手段為多元化評價主體和混合評價方式提供了技術支持，在小組任務實施過程中采用組內自評加互評、組間互評和教師評價相結合的多元化評價方式。同時在信息化技術環境下學生開展數控編程技術學習時會保留大量學習數據，這些數據是多元化評價的重要依據。傳統教學下的教學反饋因為客觀時間原因滯后于正常的教學進度，不利于學生對數控編程技能的理解和掌握。智慧校園服務平臺下的超星泛雅客服端能夠滿足學生隨時隨地反饋在數控編程學習中出現的各類問題，使教師在第一時間能夠整體把握學生數控編程技能的掌握情況，提高了數控編程技術課程教學進度的柔性化和靈活性。

四、結論

筆者以數控編程技術課程為例展開課程信息化建設的教學模式改革研究，針對數控車床加工與編程中的“中等復雜軸套類零件的編程與加工”展開具體實施，分析實施結果提出教學模式改革能夠提高學生綜合技能、增強其學習體驗，并形成了基于智慧校園平臺的數據編程技術課程的教學改革策略。該教學改革策略適用于智慧化或者信息化環境下機械類或近機類專業的數控加工相關的專業課程，同時能為機械類、機電類專業課程的教學模式改革提供借鑒。