盛雪華 張 玲 盛 君

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430079）

《數(shù)控加工編程》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)分析

盛雪華1張 玲1盛 君2

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430079）

《數(shù)控加工編程》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)在工作過(guò)程的有序性和學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性上?？紤]學(xué)生學(xué)習(xí)的心理過(guò)程，這種結(jié)構(gòu)要與學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)同化。本文分析了該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，探討了進(jìn)行這種結(jié)構(gòu)分析對(duì)教學(xué)過(guò)程的影響。

數(shù)控加工編程；課程知識(shí)結(jié)構(gòu)；教學(xué)設(shè)計(jì)

《數(shù)控加工編程》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)分析的意義

基于工作過(guò)程開(kāi)設(shè)的《數(shù)控加工編程》課程是現(xiàn)代機(jī)械制造類專業(yè)的核心專業(yè)課程。通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生不僅應(yīng)掌握數(shù)控機(jī)床加工的編程知識(shí)和編程技能，而且要在提升專業(yè)能力的同時(shí)提升方法能力和社會(huì)能力，以便更快、更好地適應(yīng)就業(yè)后工作崗位的要求。

分析課程知識(shí)結(jié)構(gòu)有利于提高課程教學(xué)的質(zhì)量?；诠ぷ鬟^(guò)程的課程，其內(nèi)容強(qiáng)調(diào)職業(yè)工作的整體性，而不是缺乏有機(jī)聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)或技能點(diǎn)；其學(xué)習(xí)過(guò)程強(qiáng)調(diào)工作過(guò)程的完整性而不是學(xué)科完整性，強(qiáng)調(diào)將專業(yè)能力培養(yǎng)與方法能力培養(yǎng)融為一體，避免學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容零散、孤立、無(wú)法有效應(yīng)用。應(yīng)通過(guò)分析課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，建立一種以工作過(guò)程為主線索，兼顧知識(shí)的系統(tǒng)性的課程知識(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)架，使各個(gè)知識(shí)點(diǎn)或技能點(diǎn)之間有明確的關(guān)系，使知識(shí)結(jié)構(gòu)既具有相對(duì)完整性和穩(wěn)定性，同時(shí)又具有開(kāi)放性，使得學(xué)生學(xué)到的知識(shí)可以實(shí)際應(yīng)用，學(xué)到的技能便于發(fā)展和擴(kuò)充。

教師剖析課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，能夠指導(dǎo)自己的教學(xué)工作。學(xué)生自主地構(gòu)建關(guān)于加工和編程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，不僅能獲得一定的知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)，而且還能找到獲取編程知識(shí)和技能的有效途徑與方法，提升自我檢查、自我評(píng)價(jià)、自我改進(jìn)的能力。因此，教學(xué)過(guò)程能充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，有利于提高學(xué)生的職業(yè)能力，拓展學(xué)生的發(fā)展空間。

分析課程知識(shí)結(jié)構(gòu)有利于提高課堂學(xué)習(xí)的效率。學(xué)習(xí)和掌握課程知識(shí)的過(guò)程也是學(xué)生已有知識(shí)、技能與新課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)同構(gòu)的過(guò)程。教師應(yīng)通過(guò)分析課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，明確各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，更合理地安排教學(xué)內(nèi)容及其順序，采取更為優(yōu)化的教學(xué)策略。組織好了的學(xué)習(xí)材料，能使學(xué)生識(shí)記容易、理解充分、應(yīng)用得心應(yīng)手，便于學(xué)生更迅速、全面、合理地構(gòu)建工作過(guò)程所需的知識(shí)構(gòu)架。教師在諳熟課程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，尋求課程知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的同構(gòu)，能有效引導(dǎo)學(xué)生的主體活動(dòng)，使學(xué)生以較低的時(shí)間和精力成本，建構(gòu)起加工和編程的知識(shí)框架。

《數(shù)控加工編程》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生已有知識(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

數(shù)控加工的基本工作過(guò)程可概括為：分析零件圖→分析加工工藝性→根據(jù)現(xiàn)有條件擬定加工工藝→編寫數(shù)控加工程序→仿真加工。這些工作包含既前后相續(xù)，又交叉關(guān)聯(lián)的兩個(gè)部分：工藝和編程。一方面，我們要先確定加工方法、順序、工藝，然后編寫程序、操作機(jī)床進(jìn)行加工。工藝的內(nèi)容反映在程序中并通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。某些工藝要素，如機(jī)床、工裝等的變化，會(huì)直接影響程序的編制。另一方面，在考慮編程的方便性等因素時(shí)，也有可能修改工藝。因此，在課程教學(xué)過(guò)程中，要綜合應(yīng)用工藝和編程兩方面的知識(shí)。

在學(xué)習(xí)此課程之前，學(xué)生基本都學(xué)習(xí)了制圖、材料、機(jī)械制造基礎(chǔ)、加工工藝基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)等課程，并進(jìn)行了鉗工、車工、銑工等的實(shí)訓(xùn)。因而，在學(xué)習(xí)數(shù)控加工、走刀路線、程序編輯等知識(shí)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的加工工藝基礎(chǔ)知識(shí)和操作經(jīng)驗(yàn)。但是他們畢竟少有實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)還很不足，工藝知識(shí)常常成為學(xué)生學(xué)習(xí)編程的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。事實(shí)也證明，學(xué)生在工藝方面的知識(shí)不足和經(jīng)驗(yàn)欠缺往往成為編程的最大障礙。況且，學(xué)生先修課程的掌握程度不一。因此，在制定和實(shí)施教學(xué)方案時(shí)要有彈性，要留有余地。

按設(shè)備和加工方法分類，數(shù)控加工編程可分成車床編程和銑床（加工中心）編程。這兩者有聯(lián)系也有區(qū)別。在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，兩者可以互為促進(jìn)，也可能互相干擾。例如，對(duì)銑床加工基本移動(dòng)指令的掌握可以比較順利地從車床加工指令遷移過(guò)來(lái)，但換刀指令、補(bǔ)償指令、固定循環(huán)指令等在學(xué)生初學(xué)時(shí)，又常常容易混淆。因此，在教學(xué)時(shí)要加強(qiáng)對(duì)比。

各部分知識(shí)之間存在縱向的關(guān)系，也存在橫向的關(guān)聯(lián)，可將所有知識(shí)都納入一個(gè)工作任務(wù)中，得到有組織的課程知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。以車床加工編程為例，如圖1所示，框格和框格之間的線段表示課程所需學(xué)習(xí)的知識(shí)及其類屬關(guān)系，帶箭頭的線段表示知識(shí)應(yīng)用過(guò)程，虛線框和虛線箭頭線段表示工作內(nèi)容和工作流程。

圖1 數(shù)控車床加工編程知識(shí)應(yīng)用圖

圖1表示了數(shù)控車床加工編程的知識(shí)內(nèi)容、知識(shí)應(yīng)用，以及與崗位工作過(guò)程的關(guān)系，比較清楚、直觀地反映了某部分知識(shí)在整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中的位置及與其他知識(shí)的關(guān)系。

教師可將圖中的各部分一層一層地往下細(xì)分，以備不同教學(xué)階段使用；也可以進(jìn)一步添加其他先修課程的知識(shí)等，用來(lái)檢查本課程的學(xué)生預(yù)備狀態(tài)并鞏固已學(xué)的相關(guān)知識(shí)。如果橫向并列擴(kuò)展，可得到銑床和加工中心的知識(shí)應(yīng)用圖。在教學(xué)過(guò)程中，呈現(xiàn)于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖應(yīng)伴隨學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的不斷延展而細(xì)化和豐富，并應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整、修正。

從學(xué)習(xí)的心理過(guò)程看，課程中的學(xué)習(xí)可分為符號(hào)學(xué)習(xí)、概念學(xué)習(xí)、智慧技能學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)技能學(xué)習(xí)等。如果沿著這一維度去豐富知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，則按照心理學(xué)的原理，可將課程知識(shí)歸為兩大類：陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)，前者涉及事實(shí)、概念、規(guī)律、原理等，后者涉及經(jīng)驗(yàn)、策略等。例如，數(shù)控編程指令代碼的符號(hào)、名稱和指令格式等屬于簡(jiǎn)單的陳述性知識(shí)，而編程指令的使用條件、適用范圍、程序優(yōu)化規(guī)則等屬于復(fù)雜的陳述性知識(shí)。陳述性知識(shí)解決“是什么”和“為什么”的問(wèn)題。編程的步驟、方法、程序范式等則屬于程序性知識(shí)，要用到陳述性知識(shí)而成為智慧技能，在解決“怎么做”和“怎樣做更好”的問(wèn)題中，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和學(xué)習(xí)能力。

《數(shù)控加工編程》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用

對(duì)課程知識(shí)的結(jié)構(gòu)剖析，可以得到課程在不同階段、不同層次的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，不僅可用來(lái)幫助教師進(jìn)行教學(xué)規(guī)劃，同時(shí)也能幫助學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

教師應(yīng)根據(jù)對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)材料并將其合理整合到學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，針對(duì)學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)、心理特點(diǎn)，有的放矢地設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。

總體看，課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的分析既體現(xiàn)出知識(shí)的系統(tǒng)性、工作過(guò)程的有序性，也體現(xiàn)出這兩者之間的相互影響。教學(xué)設(shè)計(jì)首先就要注意從全局著眼，在教學(xué)中要注重前后內(nèi)容的連貫性、完整性，將這種思路貫穿教學(xué)的各個(gè)階段、落實(shí)到每一堂課。學(xué)習(xí)過(guò)程宜采用“問(wèn)題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)法，體現(xiàn)工作過(guò)程的完整性。這種邏輯關(guān)聯(lián)，使得學(xué)生在完成一項(xiàng)項(xiàng)工作任務(wù)中，在一次次的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)的每一個(gè)知識(shí)、每一項(xiàng)技能都像自然生長(zhǎng)出來(lái)一樣鮮活而有生命力。

遵循知識(shí)和技能學(xué)習(xí)從易到難、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，在安排學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，應(yīng)從單一項(xiàng)目，到綜合項(xiàng)目，設(shè)定學(xué)習(xí)情境。如對(duì)車床數(shù)控編程，應(yīng)從直徑單調(diào)遞增的圓柱面、圓錐面的簡(jiǎn)單階梯軸加工，到帶凹槽的階梯軸加工，再到圓弧面軸類加工、螺紋面的軸類加工；從軸類加工，到盤類加工；從軸類，到兼有內(nèi)外面的套類零件的加工；從加工直線、圓弧構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體，到應(yīng)用宏程序加工沒(méi)有加工指令的橢圓、拋物線回轉(zhuǎn)面等。隨著任務(wù)的難度增加，學(xué)生也經(jīng)歷了編程與操作從需借助外力，到能獨(dú)立完成，從生疏，到熟練，進(jìn)而熟能生巧的過(guò)程。

學(xué)習(xí)過(guò)程不完全等同于工作過(guò)程，有時(shí)不妨尋求避難就易、迂回曲折、螺旋上升的方式。例如，學(xué)生在加工經(jīng)驗(yàn)不足的情況下，對(duì)工藝問(wèn)題往往“視而不見(jiàn)”，不考慮工件材料、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有條件、設(shè)備型號(hào)、工件裝夾等。對(duì)于某些學(xué)生來(lái)說(shuō)，一下子考慮太多的工藝參數(shù)難度太大，那么，允許他們暫時(shí)“繞道而行”，經(jīng)驗(yàn)積累到一定程度后再按生產(chǎn)實(shí)際要求去修改工藝和程序，也是一種切入任務(wù)、分步驟地達(dá)成課程目標(biāo)的途徑。

知識(shí)結(jié)構(gòu)分析可以清晰地提示我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程的不同階段要采用不同的教學(xué)策略。在學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備不足的學(xué)習(xí)初期階段，如學(xué)習(xí)編程基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，采用替代式教學(xué)策略效率高，儲(chǔ)備知識(shí)有限和學(xué)習(xí)策略不佳的學(xué)生可以獲得學(xué)習(xí)成功。在具備一定基礎(chǔ)后，采用產(chǎn)生式的教學(xué)策略，如在應(yīng)用編程和仿真階段，學(xué)生自己安排和控制學(xué)習(xí)活動(dòng)，在一定范圍內(nèi)自選任務(wù)，靈活調(diào)節(jié)完成時(shí)間，能使得學(xué)習(xí)更具主動(dòng)性，思考更加深入，并產(chǎn)生、改善具有個(gè)性特征的學(xué)習(xí)策略，提高學(xué)習(xí)能力。

在學(xué)習(xí)編程的開(kāi)始階段，要熟悉常用編程代碼的符號(hào)和名稱，屬于學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的陳述性知識(shí)，主要是符號(hào)表征學(xué)習(xí)和事實(shí)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)難點(diǎn)不是理解，而是如何記住?？梢圆捎脧?fù)述、聯(lián)想、組織歸類等方法，通過(guò)檢查和預(yù)先告知要檢查，提示學(xué)生注意鞏固。

開(kāi)始學(xué)習(xí)車床或加工編程后，需要掌握編程指令的格式、含義、適用范圍和應(yīng)用方法，這些更多涉及概念和命題。如果學(xué)生能充分理解指令的含義和應(yīng)用，則有助于記住指令的格式。而在不同應(yīng)用背景下指令格式亦會(huì)有變化，這是學(xué)生在學(xué)習(xí)到一定階段后較容易出現(xiàn)的難點(diǎn)。如G41X50Y50D01中隱含的G00或G01的意義等。教師要優(yōu)選學(xué)習(xí)材料，在實(shí)例精講的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同工作條件，設(shè)計(jì)多樣化的變式練習(xí)，并及時(shí)反饋，使學(xué)生能比較順利地掌握概念，并應(yīng)用于編程過(guò)程中。

學(xué)習(xí)編程到一定階段后，概念越來(lái)越多，知識(shí)之間互相干擾的情況也越來(lái)越多，要注意經(jīng)常對(duì)材料進(jìn)行組織、對(duì)比?？梢圆捎昧薪Y(jié)構(gòu)提綱、畫樹(shù)形圖、填表等方法來(lái)理清概念關(guān)系。碰到先后兩種相似材料的學(xué)習(xí)易于相互干擾的時(shí)候，還可采用對(duì)先前的材料過(guò)度學(xué)習(xí)的策略。

應(yīng)根據(jù)知識(shí)類型的不同，采用不同的教學(xué)手段和方法。比如，對(duì)陳述性知識(shí)，采用結(jié)合實(shí)例、講授為主的方法，配合各種記憶策略，輔以練習(xí)和討論，強(qiáng)調(diào)其對(duì)實(shí)操的指導(dǎo)意義。而對(duì)程序性知識(shí)，以示范講授、實(shí)訓(xùn)操作法為主，輔以小組合作、討論，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用知識(shí)，不僅知其然，還要知其所以然。

從學(xué)生角度看，學(xué)生參與課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的分析，有助于將新的知識(shí)融入自己原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并檢查、評(píng)價(jià)自己已有知識(shí)結(jié)構(gòu)的合理性、完善性，監(jiān)控和調(diào)節(jié)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程，建構(gòu)更為合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)習(xí)和思考更具積極性與主動(dòng)性，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)技能進(jìn)步。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生自主畫出知識(shí)的應(yīng)用關(guān)系圖，幫助其明確任務(wù)要求，了解問(wèn)題背景，迅速切入問(wèn)題實(shí)質(zhì)，從而應(yīng)用相關(guān)知識(shí)、規(guī)則、策略去解決生產(chǎn)實(shí)際中的加工編程問(wèn)題，進(jìn)而在變化的情境中也能適當(dāng)?shù)貞?yīng)用規(guī)則和策略，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。這是一種有效提升學(xué)生職業(yè)能力的途徑。

學(xué)習(xí)過(guò)程和工作過(guò)程一樣是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。應(yīng)根據(jù)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從宏觀，到微觀，從時(shí)間分配，到內(nèi)容安排，從教學(xué)策略的更替，到教學(xué)手段和方法的選擇，全面調(diào)控教學(xué)過(guò)程。學(xué)習(xí)進(jìn)程表現(xiàn)出進(jìn)度的快與慢，知識(shí)呈現(xiàn)的難與易，要求的強(qiáng)與弱，呈現(xiàn)時(shí)的直接明了與迂回曲折，漸變與突變，教與學(xué)，思與做，程序的讀與寫、寫與改，編程與仿真操作，個(gè)人學(xué)習(xí)與小組討論或師生互動(dòng)，學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)、反饋與改進(jìn)，乃至教師語(yǔ)速大小、音量高低，學(xué)生情緒起伏、注意力集中與否等等。課程知識(shí)結(jié)構(gòu)分析能幫助我們把握住這種種的關(guān)聯(lián)和變化，就像譜寫一首曲子，是連續(xù)而不是支離破碎的。我們完全可以期望學(xué)生將來(lái)能把現(xiàn)在所學(xué)知識(shí)、技能、方法遷移到其他數(shù)控系統(tǒng)加工編程的學(xué)習(xí)中。

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G712

A

1672-5727（2012）07-0085-02

盛雪華（1962—），女，湖北武漢人，武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造、數(shù)控加工與編程教學(xué)。