《數(shù)控車削加工與編程》課程信息化教學(xué)改革探索

高 淼 張桂花 范有雄

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 湖北 武漢：430205)

1 信息化教學(xué)改革背景

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020 年)》指出，教育信息化對于優(yōu)化教育結(jié)構(gòu)、合理配置教育資源、推進(jìn)教育均衡、提高教育質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才，乃至全面實(shí)現(xiàn)教育公平與構(gòu)建學(xué)習(xí)型社會都具有重要作用。高校教育信息化是實(shí)現(xiàn)高校教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略選擇[1]。從教育的視角來看，高校在信息化環(huán)境下呈現(xiàn)以下特征：教育觀念現(xiàn)代化，教育環(huán)境網(wǎng)絡(luò)化，教學(xué)過程交互性、開放性、協(xié)作性，教育內(nèi)容數(shù)字化，教育資源全球化，教育管理自動化，學(xué)習(xí)終身化，學(xué)習(xí)個(gè)性化[2]。

《數(shù)控車削加工與編程》是中高職數(shù)控專業(yè)一體化的核心課程,本次信息化教學(xué)改革以數(shù)控“工匠”訂單班學(xué)生為試點(diǎn)班，以培養(yǎng)學(xué)生能夠獨(dú)立完成零件的工藝、編程和加工。本文選擇《數(shù)控車削加工與編程》課程中的經(jīng)典指令《粗車循環(huán)指令G71》為例，探討數(shù)控專業(yè)課程的信息化教學(xué)改革模式，旨在傳授學(xué)生知識和技能的同時(shí)，更注重培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

2 信息化改革教學(xué)策略

2.1 教學(xué)分析

數(shù)控加工是通過工藝分析、用程序代碼控制機(jī)床加工的過程，其發(fā)展趨勢為高速、高精度加工，以此為特點(diǎn)的高檔數(shù)控機(jī)床在《中國制造“2025”》中被列為突破發(fā)展的十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一,這種產(chǎn)業(yè)升級迫切需要具有工匠精神的專業(yè)數(shù)控人員。

本章節(jié)《粗車循環(huán)指令G71》選自高職高專規(guī)劃教材《數(shù)控加工工藝與編程》模塊三任務(wù)1：軸類零件輪廓加工，4課時(shí)。

授課對象為數(shù)控“工匠”訂單班大二學(xué)生，他們已學(xué)會通過單指令實(shí)現(xiàn)簡單零件的加工，本課任務(wù)需采用復(fù)合循環(huán)指令，刀具路徑和工藝參數(shù)更為復(fù)雜，對學(xué)生挑戰(zhàn)較大；學(xué)生善于動手實(shí)操，但學(xué)習(xí)動機(jī)不強(qiáng)，缺乏細(xì)心規(guī)范的工作習(xí)慣和精益求精的工匠精神。

根據(jù)以上分析，結(jié)合《數(shù)控程序員》國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和崗位技能要求，確定本次課教學(xué)目標(biāo)如下：教學(xué)重點(diǎn)為軸類零件輪廓加工的編程及加工，教學(xué)難點(diǎn)為軸類零件輪廓加工刀具路徑及工藝參數(shù)。

2.2 教學(xué)方法

鑒于本課任務(wù)難度較大、學(xué)生工作規(guī)范意識薄弱，采用任務(wù)驅(qū)動法，創(chuàng)設(shè)勇闖三關(guān)的“做中教、做中學(xué)”的教學(xué)情境，充分引導(dǎo)學(xué)生在闖關(guān)破障中團(tuán)隊(duì)協(xié)作，激發(fā)興趣，養(yǎng)成工匠工作習(xí)慣。

2.3 教學(xué)手段

針對刀具路徑抽象、參數(shù)計(jì)算較難、程序指令復(fù)雜的情況，引入手機(jī)云教材、微課、動畫、云班課、Turning工藝參數(shù)APP、移動三維編程軟件、交互式三維虛擬仿真軟件等信息化資源與手段，化虛為實(shí)、化繁為簡。

3 信息化教學(xué)改革實(shí)施

課前，教師在云班發(fā)布課程任務(wù)和加工零件圖，學(xué)生自學(xué)手機(jī)云教材中的課件、微課、動畫，對零件加工進(jìn)行工藝分析，完成測試題；擬定刀具路徑，拍照上傳云班；并參與由教師主導(dǎo)的樣本零件問題及原因討論。

圖1 加工零件圖

教師根據(jù)反饋信息，調(diào)整教學(xué)，得出學(xué)生要完成此零件的加工，必須闖過工藝關(guān)、程序關(guān)、加工關(guān)。課中，教師組織學(xué)生明確闖三關(guān)：工藝關(guān)——程序關(guān)——加工關(guān)。

3.1 主動探究突破工藝關(guān)

3.1.1 工藝分析

此零件輪廓由倒角、直線、圓弧組成，毛坯為Φ35鋁合金棒料，最大加工余量35，最小加工余量5，加工余量大且不均勻，因此，走刀路線的設(shè)置是關(guān)鍵。教師請小組代表根據(jù)課前制定的加工方案，上臺展示。

3.1.2 刀具路徑

學(xué)生提出的刀具路徑主要有多次軸向走刀、徑向走刀和仿形走刀三種。教師調(diào)用動畫，直觀呈現(xiàn)并比較三種走刀路徑所用工時(shí)，然后通過云班發(fā)起投票，請學(xué)生按照最短走刀路線和空行程原則選擇出最佳工藝方案，85%學(xué)生選擇多次軸向走刀路徑。主動探究、動畫演示、投票參與讓學(xué)生興趣盎然，深刻理解數(shù)控加工追求卓越的精神，同時(shí)突破教學(xué)難點(diǎn)刀具路徑選取。

3.1.3 工藝參數(shù)

借助Turning工藝參數(shù)APP，輸入工件材料、毛坯尺寸、應(yīng)用領(lǐng)域，直接得到工藝參數(shù)，避免了傳統(tǒng)教學(xué)反復(fù)查詢多種表格和手工計(jì)算對高職學(xué)生的困擾。最后教師再次發(fā)起工藝分析測試題，學(xué)生以平均分95分成績通過，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于課前測試成績，突破教學(xué)難點(diǎn)——工藝參數(shù)確定。

3.2 找茬闖關(guān)突破程序關(guān)

3.2.1 指令編程

學(xué)生通過移動三維編程軟件直觀了解G71格式及各參數(shù)意義，并嚴(yán)格按照格式編寫程序，通過云班以作業(yè)形式發(fā)送給教師。

3.2.2 游戲找茬

教師即時(shí)評分，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生依然存在指令錯(cuò)誤。教師開啟找茬游戲，將錯(cuò)誤指令投屏，讓學(xué)生現(xiàn)場找茬，確保所有學(xué)生的程序都正確。隨后組織不同難度等級的闖關(guān)游戲測試，強(qiáng)化記憶。學(xué)生在相互找茬和闖關(guān)游戲中深深體會工作細(xì)致的重要性，就此突破程序關(guān)，突出教學(xué)重點(diǎn)。

3.3 精準(zhǔn)操作突破加工關(guān)

3.3.1 仿真加工

為驗(yàn)證工藝、降低安全隱患，學(xué)生進(jìn)入仿真加工環(huán)節(jié)。交互式三維仿真加工軟件對任何操作錯(cuò)誤和程序錯(cuò)誤都會進(jìn)行報(bào)警并終止操作，給出提示信息，軟件評分，提醒學(xué)生嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程和操作流程，培養(yǎng)學(xué)生安全責(zé)任意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髁?xí)慣。

3.3.2 現(xiàn)場加工

通過仿真加工后轉(zhuǎn)入現(xiàn)場加工，學(xué)生領(lǐng)取坯料，通過裝夾，對刀，錄入程序進(jìn)行加工，每個(gè)環(huán)節(jié)均可查看微課來輔助操作，工廠技師巡回指導(dǎo)，學(xué)生在充分的指導(dǎo)下完成加工，深刻體會工匠匠心制作的過程和成就感。

3.3.3 工件測量

加工完畢后檢測零件尺寸，填寫工件檢測報(bào)告，并將零件和報(bào)告拍照后上傳云班。

3.3.4 技師點(diǎn)評

教師通過實(shí)物展臺對比展示學(xué)生提交的零件，技師現(xiàn)場評分，教師開啟云班討論：同樣的工藝參數(shù)和路線，不同的學(xué)生為什么會生產(chǎn)出精度不一樣的零件？使學(xué)生進(jìn)一步意識到精細(xì)化操作的重要性，培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)的工匠精神，突破加工關(guān)。隨后學(xué)生按照企業(yè)6S標(biāo)準(zhǔn)清掃現(xiàn)場、整頓工具和保養(yǎng)機(jī)床。

3.3.5 課后作業(yè)

課后，學(xué)生完成云班鞏固性測驗(yàn)，并完成輪廓更復(fù)雜的零件仿真加工，使用云班課進(jìn)行軟件評分。

3.3.6 過程評價(jià)

最后，教師整合課前課中課后評分，包括工件檢測報(bào)告得分、軟件打分、云班表現(xiàn)、教師評分和技師評分(見表1) ，表現(xiàn)優(yōu)異的授予“工匠能手”稱號。

表1 學(xué)生得分比例分配

4 信息化教學(xué)改革的啟示

4.1 信息化課堂組織激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

本次信息化教學(xué)改革遵循建構(gòu)主義教學(xué)理論，以學(xué)生為主體，“做中教、做中學(xué)”的情景式體驗(yàn)提升了加工技能，編程完成率百分之百，加工成品合格率明顯提高。將課堂教學(xué)類化為游戲闖關(guān)，同時(shí)融合現(xiàn)場投票、現(xiàn)場投屏找茬和即時(shí)多元評價(jià)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，課堂滿意度明顯提高。

4.2 信息化資源手段降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度

信息化課堂拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)維度，降低了學(xué)習(xí)難度；動畫、微課、手機(jī)云教材、移動三維編程軟件豐富了教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，Turning工藝參數(shù)APP化繁為簡，云班實(shí)現(xiàn)了教學(xué)情況的即時(shí)反饋，交互式三維仿真加工軟件規(guī)范了操作、校正了程序，降低了安全隱患。在信息化資源中，將精準(zhǔn)、細(xì)致、務(wù)實(shí)的工匠精神全程滲透，促進(jìn)學(xué)生可持續(xù)性發(fā)展。

[1] 中華人民共和國教育部.教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020 年)[R].2012.

[2] 蔣艷紅.江蘇省高校教育信息化發(fā)展策略研究[D]. 徐州：江蘇師范大學(xué),2012.