面向培養(yǎng)工程人才的數(shù)控技術(shù)精品課程建設(shè)

劉良文

[摘 要]依照工程建造與知識(shí)建構(gòu)的啟示，以培養(yǎng)新形勢(shì)下工程人才為目的，對(duì)“數(shù)控技術(shù)”精品課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分層和模塊化的系統(tǒng)化“分形”處理。設(shè)計(jì)各知識(shí)模塊的接口與邊界，并以數(shù)控技術(shù)的理論設(shè)計(jì)與操作實(shí)踐為例進(jìn)行分析與說明?？紤]到課程建設(shè)的系統(tǒng)性和開放性特征，結(jié)合課程的教學(xué)觀來看，師資鍛煉、教材建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段和“情景式”教學(xué)法等都是影響培養(yǎng)工程人才的數(shù)控技術(shù)精品課程建設(shè)的因素。

[關(guān)鍵詞]工程建構(gòu) 課程 教學(xué)觀

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）08-0142-02

2013年德國率先提出來的“工業(yè)4.0”概念，標(biāo)示著人類進(jìn)入了第四次工業(yè)革命時(shí)期。數(shù)字控制是數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能化制造的核心技術(shù)，在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，而作為一門課程，在機(jī)械工程學(xué)科中具有重要地位。

現(xiàn)代大學(xué)“課程”實(shí)際上是一個(gè)多重性的復(fù)雜概念，它是傳統(tǒng)的“課程”、“實(shí)踐教學(xué)”、“自主研學(xué)”和“網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)”等不同范疇組合而成的綜合概念。高校的課程建設(shè)與改革是教學(xué)質(zhì)量的核心。精品課程是具有一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教學(xué)教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)的示范性課程。精品課程建設(shè)不單純是教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革，更是一個(gè)包含教師、學(xué)生、教材、教學(xué)技術(shù)手段、教學(xué)制度等多種要素的系統(tǒng)工程。[1]幾年來，我們按照培養(yǎng)工程人才的目標(biāo)，針對(duì)數(shù)控技術(shù)精品課程 “重運(yùn)用、強(qiáng)實(shí)踐”之特色，探索構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)體系，以期達(dá)到理論方面及時(shí)“更新”，實(shí)踐方面引導(dǎo)“創(chuàng)新”，培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)的、具備工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。

一、數(shù)控技術(shù)精品課程建設(shè)思路

精品課程至少要能夠體現(xiàn)如下四個(gè)“先進(jìn)性”即， 課程理念的先進(jìn)性、課程內(nèi)容的先進(jìn)性、課程實(shí)施的先進(jìn)性、課程教師水平的先進(jìn)性。針對(duì)九江學(xué)院數(shù)控技術(shù)課程特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展，我們樹立“以學(xué)生為本位，以應(yīng)用為目的，培養(yǎng)創(chuàng)新思維”的教學(xué)理念，從“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，促進(jìn)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”能力的形成，改變“單一課堂講授”為豐富多彩的“多種教學(xué)環(huán)節(jié)”。

在新的“卓越計(jì)劃”的課程改革框架下，以提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新人才為方向，以建構(gòu)主義與大工程觀的教育理念為指導(dǎo)，近年來作了課程內(nèi)容的調(diào)整、授課方法的改進(jìn)。[2]關(guān)注大學(xué)課程基礎(chǔ)化、綜合化、系列化、國際化、層次化、靈活化、專題化、實(shí)踐化、職業(yè)化等主流發(fā)展趨勢(shì)。強(qiáng)調(diào)個(gè)人的認(rèn)知建構(gòu)與社會(huì)協(xié)商、課內(nèi)與課外、顯會(huì)學(xué)習(xí)與默會(huì)學(xué)習(xí)的良性互動(dòng)。我校數(shù)控技術(shù)課程先后榮獲校級(jí)、省級(jí)精品課程的稱號(hào)。

二、教學(xué)內(nèi)容的分類與整理

精品課程首先是要教學(xué)內(nèi)容上達(dá)到精品要求。如果將知識(shí)分成無用知識(shí)、有用知識(shí)、有效知識(shí)。所謂有效知識(shí)，就是今后在該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)、研究和開辟新的領(lǐng)域中能繼續(xù)發(fā)揮作用的關(guān)鍵的基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)習(xí)是知識(shí)的建構(gòu)，知識(shí)的條理性和學(xué)習(xí)的情境化是改變重理論、輕實(shí)踐，重知識(shí)、輕能力的思想武器。經(jīng)過重新整合和分類，我們將數(shù)控技術(shù)課程內(nèi)容分成三塊：數(shù)字控制設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字控制加工技術(shù)和數(shù)字控制測(cè)量技術(shù)。

數(shù)控的原理與設(shè)計(jì)內(nèi)容和機(jī)械原理、機(jī)床、機(jī)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)控制、PLC等課程相承接，包括數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置、機(jī)床本體機(jī)械結(jié)構(gòu)；數(shù)控的加工原理與技術(shù)包括數(shù)控加工工藝、數(shù)控編程，數(shù)控測(cè)量以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為原型來演繹推進(jìn)。

三、“實(shí)踐共同體”實(shí)現(xiàn)認(rèn)知

學(xué)校的教學(xué)是為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供一種情境（Situation）和環(huán)境（Environment），這個(gè)看似簡單的道理卻往往為教育研究者和實(shí)踐者所忽略。太多的教育理論及教育實(shí)踐視學(xué)生的學(xué)習(xí)方式于不顧，而將太多的精力投入于試圖將“客觀”的、“現(xiàn)存”的知識(shí)以適合傳播、傳遞的方式輸入學(xué)生的頭腦中，因此，我們需要一種“新型”的學(xué)校學(xué)習(xí)方式。

“學(xué)習(xí)即實(shí)踐參與”。實(shí)踐共同體是解釋情境認(rèn)知教育觀的一個(gè)重要術(shù)語，而參與實(shí)踐共同體已成為學(xué)習(xí)的重要隱喻。溫格1998年出版了專著《實(shí)踐共同體：學(xué)習(xí)、意義與身份》，系統(tǒng)地解釋了實(shí)踐與共同體的關(guān)系，學(xué)習(xí)與實(shí)踐的關(guān)系以及身份是如何在參與實(shí)踐共同體中建構(gòu)起來的。實(shí)踐共同體成為理解知識(shí)的創(chuàng)造和共享的重要社會(huì)結(jié)構(gòu)，并因此從人類學(xué)取向的情境認(rèn)知觀研究走進(jìn)知識(shí)管理和教育創(chuàng)新的領(lǐng)域。[3]

構(gòu)建師生之間的實(shí)踐共同體。為了把學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)“接受者”轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)“探索者”，教師應(yīng)該努力構(gòu)建一個(gè)師生之間的實(shí)踐共同體，形成一種師生合作的新機(jī)制。具體地說，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)一個(gè)師生共同參與的教學(xué)過程，賦予學(xué)生更大的活動(dòng)空間和思考空間，只有這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性才會(huì)更高。

顯然，在實(shí)踐共同體中，情境是真實(shí)的，是與日常生活和實(shí)踐緊密相連的。它不是簡單地把許多人組合起來為同一個(gè)任務(wù)而工作，拓展任務(wù)的長度和擴(kuò)大小組的規(guī)模都不是形成共同體最主要的因素；關(guān)鍵是要與社會(huì)聯(lián)系——要通過共同體的參與，在社會(huì)中給學(xué)習(xí)者一個(gè)合法的角色（活動(dòng)中具有真實(shí)意義的身份）或真實(shí)任務(wù)。

四、綜合性實(shí)驗(yàn)及演化

在理論教學(xué)（課堂教學(xué)）中，實(shí)行“以問題為中心的學(xué)習(xí)”（Problem-Based Learning）和“以案例為中心的學(xué)習(xí)”（Case-Based Learning）。在實(shí)踐教學(xué)中，則以“以項(xiàng)目為中心的學(xué)習(xí)”（Project-Based Learning）為主。當(dāng)然，上述教學(xué)內(nèi)容與對(duì)應(yīng)的教學(xué)方法并非絕對(duì)，實(shí)踐教學(xué)中當(dāng)然也用PBL法，只是主次有別。數(shù)控技術(shù)課程的“實(shí)踐共同體”可用下表來說明。

表1 情境化學(xué)習(xí)及其實(shí)現(xiàn)

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在2014年第六屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中，我校就有三件作品：數(shù)控車簡易自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)（ATC）、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)控制、加工中心氣動(dòng)智能夾具等，衍生于“數(shù)控技術(shù)”，從方案設(shè)計(jì)、認(rèn)證、修訂到實(shí)施過程中的零件選購、零件加工、組件裝配、機(jī)電調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)，師生形成了一個(gè)合作學(xué)習(xí)的“實(shí)踐共同體”，并完成產(chǎn)品，取得了省賽的獎(jiǎng)勵(lì)。

數(shù)控技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)都在實(shí)踐操作上。從技術(shù)層次上看，有基本操作，如利用NC面板手動(dòng)輸入簡單程序；有綜合操作，如利用軟件建模，后處理生成G代碼，再聯(lián)機(jī)輸入數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行加工等；還有高新層面的操作，如進(jìn)行機(jī)器人、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。

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圖1 “數(shù)控技術(shù)”綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，軟件硬件支撐的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程圖

本課題依托我校新建的工程訓(xùn)練中心，借鑒兄弟院校先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，設(shè)計(jì)出與我校師資設(shè)備等實(shí)際情況一致的數(shù)控加工綜合實(shí)驗(yàn)。此綜合實(shí)驗(yàn)將集CAD造型、CAM編程、數(shù)控加工、三坐標(biāo)測(cè)量于一體。整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為五個(gè)大的階段。

具體實(shí)施過程中，教師給出總體要求，點(diǎn)明知識(shí)要點(diǎn)以及知識(shí)模塊之間的“接口”聯(lián)系。在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)時(shí)，要注意加工工藝性，考慮好如何下刀，如何裝夾。有時(shí)候，還要有“藝術(shù)的眼睛”，考慮實(shí)用價(jià)值之外的美學(xué)價(jià)值。

五、建設(shè)、協(xié)作、展望

“實(shí)踐”的概念貫穿了工程教育的本體論、認(rèn)識(shí)論、方法論和價(jià)值觀。知行合一才能達(dá)到主客體的統(tǒng)一。根據(jù)工程的開放性、綜合性的特征，可以 “分層+模塊”來進(jìn)行課程體系化：課程分層，課程內(nèi)容分層，課程實(shí)踐內(nèi)容再分層，形成完整的“分形”模塊。國內(nèi)名校如南京航空航天大學(xué)制訂 “四大模塊、四個(gè)層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，即基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)四大模塊和基本性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)4個(gè)層次。

數(shù)控技術(shù)課程屬于特別強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作能力的專業(yè)基礎(chǔ)課程，前通“科學(xué)類”原理課程，后導(dǎo)“工程類”應(yīng)用課程。我們根據(jù)我校實(shí)際情況，設(shè)計(jì)數(shù)控加工綜合實(shí)驗(yàn)，它集CAD造型、CAM編程、數(shù)控加工、三坐標(biāo)測(cè)量于一體，涉及多種學(xué)科，實(shí)施者必須全面復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識(shí)。從認(rèn)識(shí)論來講，這實(shí)現(xiàn)了“整體大于各組成部分之和”的知識(shí)規(guī)模效應(yīng)，不僅實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐“零距離”接觸教學(xué)，而且達(dá)到理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)三合一。

課程建設(shè)是個(gè)系統(tǒng)工程，具有工程的“建構(gòu)性”和“協(xié)作性”。學(xué)校的政策，實(shí)驗(yàn)條件、產(chǎn)學(xué)研基地、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是基礎(chǔ)，培養(yǎng)“培養(yǎng)者”——鍛煉師資和教材建設(shè)是關(guān)鍵。綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，首先，可以真正鍛煉師資力量。每個(gè)人都是術(shù)業(yè)有專攻，不可能面面俱到，而加強(qiáng)數(shù)控教師的技術(shù)交流與合作，加強(qiáng)與外界專家的交流與合作，可形成技術(shù)的全力，達(dá)到良性循環(huán)，知識(shí)互補(bǔ)，形成強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)力量。其次，復(fù)合的任務(wù)客觀上要求授課教師使用自編教學(xué)材料，最終形成自編教材。實(shí)際上，自編教材已經(jīng)取得了上級(jí)審批，正在編寫階段。本課題將我校最先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備與機(jī)材學(xué)院的數(shù)控技術(shù)力量組合在一起，形成科研與教學(xué)相結(jié)合的團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)比較完整的現(xiàn)代加工實(shí)踐演練。這將達(dá)到知行合一，發(fā)掘潛能，激發(fā)求知欲，培養(yǎng)科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)和個(gè)性的工程人才培養(yǎng)目標(biāo)。

[ 注 釋 ]

[1] 鄭家茂.張胤.課程與精品的課程：精品課程解讀[J].國家教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（5）：81.

[2] 殷瑞鈺.工程哲學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014（128）.

[3] 胡航.學(xué)校情境中實(shí)踐共同體探討[D].上海：華東師范大學(xué)，2008.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]