实验任务引领式数控编程教学模式探讨

　　高等教育的根本任务是培养人才，提高人才培养质量是高等学校的重要使命。人才培养的基础来源于课程建设，数控编程的课程特点决定了其教学模式的特殊性即理论与实践相结合。

　　任务引领式教学法是指教师在围绕某种工作场景，设计带有功能性目的的真实任务，以教学任务为中心，让学生在完成任务的过程中学习专业知识，掌握专业技能，从而培养综合专业能力的教学模式。

　　近年来，为了提高教学质量，有关教学法的研究有很多。其中任务引领教学法在数控编程教学中得到了广泛应用。但大多应用于数控加工实习、实训环节。关于数控编程实验教学的研究很少。

　　一、采用任务引领式数控编程教学的意义及其实施流程

　　数控编程实验教学是围绕数控编程能力培养，将数控编程技能和知识点设计在各个数控编程实验中，在进行数控编程实验教学时，将每个实验作为任务布置给学生，使学生在实验过程中掌握数控编程知识点和编程技巧的一种教学方法。实验通过数控仿真软件实现，以避免理论课结束后直接安排在昂贵的数控机床上进行实训而造成撞机和为了学生安全。

　　数控编程是数控加工的需要，所以数控编程通常包含有试切削加工的内容。考虑到数控机床价格昂贵和学生初学阶段直接上机练习的安全性等因素，借助现代教学手段即数控教学软件以实验的形式开展数控编程教学具有现实意义。而将任务引领教学法应用到数控编程实验教学中有以下好处：

　　知识的获得是一个主动的过程，学习者不应是信息的被动接受者，而应是知识获取的主动参与者。构建主义学习理论认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情景下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构方式获得的。如何引导学生自觉主动地投入学习，激发学生的学习热情、兴趣极为重要。任务引领式实验教学法的开展，使学生在实验过程中，完成各自的实验任务，由被动地听课变为主动地学习，由被动地接受知识变为主动地学习知识，钻研编程技巧，并运用知识、技巧完成实验任务、解决实际问题。激发和提高学生的学习热情，培养学生自我学习能力，解决了教与学的矛盾，实现了“既授之以鱼，又授之以渔”的教学目的，有利于提高教学效果。

　　任务引领式数控实验教学学生为主体，教师是主导，需要教师对学生提出的问题给予解答，要求教师有相关数控编程实验的知识和数控仿真软件操作使用经验，需要任课教师充分做好准备工作，所以任务引领式数控实验教学有利于提高教师自身素质。

　　数控编程就是编制零件数控加工程序，编程是一种技能。任务引领教学法是以工作任务为核心来训练技能并构建专业知识的教学法。任务引领，以工作任务为中心引领知识、技能和态度，让学生在完成任务的过程中再学习相关理论知识，发展学生的综合技能，数控编程教学正是以培养学生编程能力为课程目标的。

　　根据上述数控编程特点，在数控编程实验教学中应用任务引领教学法拟安排流程如下：

　　1.知识点、能力模块确定阶段

　　分析数控编程教学任务，明确知识点和能力结构，确定不同层次能力模块。

　　2.任务载体确定阶段

　　根据不同层次能力模块，确定体现能力要素的数控编程任务载体――零件或零件图。

　　3.布置和接受任务阶段

　　按基础能力模块和特殊编程能力模块，以零件图为载体，将实验任务布置给学生。

　　4.任务实施阶段

　　学生接受实验任务，了解和分析任务，并完成任务；

　　5.成果验收阶段

　　提交程序及仿真加工产品，提交实验报告。

　　二、任务引领式数控编程实验教学中任务的确定

　　在“任务引领”教学中，“任务”的设置是最重要的，它将决定一节课学生是主动地学习还是被动地学习。任务的设置首先要有综合性，使学生既能学到新知识和复习旧知识，还能锻炼学生综合运用知识的能力；其次要突出实践性，任务必须通过实践来完成；然后任务要有吸引力，必须让学生感兴趣；最后设置任务要有创新性，需要考虑到留给学生一定的创新空间，有利于培养学生的创新意识。

　　（一）数控实验任务的提出

　　数控编程是一门实践性很强的课程，按照加工零件的类型不同，一般分为数控车床、数控铣床和加工中心编程。按照学习循序渐进的原则，根据数控编程教学的知识点和能力目标，根据教学内容难易程度及其关联性，将教学内容分成几个实验项目，由易到难划分，由简单到复杂，难度系数逐步增加，知识含量逐步加深，后面的实验项目可以包含前面的实验项目的内容或知识点，实验之间环环相扣，前面的实验项目的完成为后面的实验项目完成起到铺垫作用。用于任务引领教学法的实验任务以零件或零件图为载体，如表1所示。

　　（二）数控实验任务的目标和内容

　　实验任务一：编程基础实验

　　1.实验目的

　　让学生掌握数控及其数控编程相关知识（诸如数控机床坐标系及其零点、工件编程坐标系、数字控制原理、常用G功能、数控车铣床编程及其异同等），培养学生具备数控编程基本能力，为后续编程教学和学生完成后续实验任务奠定基础。

　　2.实验内容

　　（1）通过数控仿真软件熟悉数控机床操作面板；（2）选择数控机床和数控系统；（3）确认数控机床零点或参考点位置；（4）明确数控机床坐标系（含坐标系原点和坐标轴方向）和工件编程坐标系；（5）根据简单零件图纸（含简单直线、斜线、圆弧），输入简单程序段，确认M代码、G代码含义；（6）通过软件图形功能，观察点的移动轨迹，确认与图纸图线的吻合。 　　3.实验学习情景

　　开启数控仿真软件，进入数控机床仿真编程加工准备环节。通过点击操作数控机床操作面板按钮，进行回参考点或回零操作，理解其异同。输入绝对坐标和增量坐标编程编制的直线、圆弧的简短程序，通过数控图形仿真功能确认其轨迹移动，并分析原理。

　　4.实验结果

　　（1）机床零点或参考点显示；（2）图线轨迹显示。

　　实验任务二：编制数控车床加工程序

　　1.实验目的

　　在前期基础实验的基础上，使学生掌握粗精车、螺纹数车循环指令及其使用方法，掌握编程技巧，掌握数控车削对刀、加工的方法，具备一定的数控车床编程能力。

　　2.实验内容

　　（1）熟读车削零件图纸；（2）合理确定工件编程坐标系，正确进行节点计算；（3）掌握程序图形检验功能，快速正确输入、编制完成数控加工程序；（4）正确选择数控机床、工件、工装、刀具；（5）快速正确完成对刀、数控加工和测量。

　　3.实验学习情景

　　熟读典型车削（含锥面、圆弧外圆和螺纹及退刀槽）零件图纸；参照数控车床编程案例，复习数控车削加工程序编制技巧，确定工件编程坐标系，进行零件图形节点计算，编写数控车床加工程序；启动数控仿真软件，做好编程前准备，输入加工程序；利用图形功能检验程序正确性，完成加工程序编制；选择工件类型、工件尺寸，并安装工件；选择工装，并安装；选择切削刀具，并安装；进行对刀操作，建立工件加工坐标系；利用数控加工单节和循环控制功能，进行仿真加工，并进行零件轮廓和尺寸测量。

　　4.实验结果

　　（1）典型车削零件数控加工程序；（2）符合图纸要求的已加工零件。

　　实验任务三：编制数控铣床加工程序

　　1.实验目的

　　在掌握编程基础和数控车床编程方法的基础上，掌握刀具半径补偿功能及其在粗、精加工中的应用，掌握应用零点偏置、子程序编程等编程技巧和数控铣削对刀、加工方法，同时掌握孔加工固定循环指令等相关知识及其程序编制技巧，具备一定的数控铣床编程加工能力。

　　2.实验内容

　　（1）熟读铣削零件图纸；（2）合理确定工件编程坐标系，正确进行节点计算；（3）快速正确输入、编制完成数控加工程序，进行程序图形检验；（4）正确选择数控机床、工件、工装、刀具；（5）快速正确完成对刀、加工和测量。

　　3.实验学习情景

　　熟读典型铣削（含直线、外轮廓或内轮廓）零件图纸；参照数控铣床编程案例，复习数控铣削加工程序编制技巧，确定工件编程坐标系，进行零件图形节点计算，编写数控铣床加工程序；启动数控仿真软件，做好编程前准备，输入加工程序；利用图形功能检验程序正确性，完成加工程序编制；选择工件类型、工件尺寸，并安装工件；选择工装，并安装；选择切削刀具，并安装；进行对刀操作，建立工件加工坐标系；利用数控加工单节和循环控制功能，进行仿真加工，并进行零件轮廓和尺寸测量。

　　4.实验结果

　　（1）典型铣削零件数控加工程序；（2）符合图纸要求的已加工零件。

　　实验任务四：运用参数化编程方法编制数控机床用户宏程序

　　1.实验目的

　　在掌握一般编程理论、编程方法、编程技巧的基础上，掌握B类宏程序、A类宏程序及其变量赋值、运算、条件转移、循环控制等编程原理技巧，具备一定的参数化用户宏程序编制能力，提升学生手动编程整体能力。

　　2.实验内容

　　（1）确认并分析被加工零件（含矩形周边斜面、圆周球面或变截面抛物、双曲曲面）类型；

　　（2）运用A类或B类宏指令编制曲面加工宏程序，并完成数控仿真加工。

　　3.实验学习情景

　　分析确认被加工体（含矩形周边斜面、圆周球面或变截面抛物、双曲曲面）类型，应用变量赋值、运算、条件转移、循环控制等编程技巧，编制曲面B类宏程序，并完成数控仿真加工。

　　4.实验结果

　　（1）典型曲面体数控宏加工程序；（2）符合要求的已加工零件。

　　三、任务引领式数控编程实验教学的实施流程

　　数控编程实验教学安排在数控编程理论课之后和数控实训课之前进行，实验课安排在理论课之后，与理论课交替进行，而且必须安排在有数控仿真软件的多媒体机房进行。在理论课讲授完一个或几个知识点后，紧跟着安排相应的实验课。这样有助于使学生及时地很好地理解和掌握相关知识点，为后续课程内容的学习和理解打好基础。具体流程如下：

　　1.学生接受教师布置的实验任务。实验任务分为四个环节，由简单到复杂，不断深入，学生接到任务后首先要了解和分析任务。

　　2.不论是哪个环节的实验任务，都要根据数控编程基本步骤，首先分析零件和零件图，编制零件加工工艺，确定编程坐标系，进行数值计算。

　　3.每个环节的实验任务，都安排在相应的编程理论课之后，所以进入实验前首先要预填写实验报告，根据所学的编程原理和技巧编写相应的数控加工程序。

　　4.启动并熟悉数控仿真软件，然后将初步编写的相应的数控加工程序输入数控装置进行程序检验，利用图形模拟功能检查程序所存在的问题。根据报警信息修改程序，直到程序合格为止。

　　5.选择和安装合适的工件、夹具和刀具，进行对刀操作，完成零件加工。

　　6.利用仿真软件测量功能，测量各档尺寸，检查是否与零件图纸要求一致。

　　7.整理实验实施过程中出现的各种问题，完成实验报告，提交程序及仿真加工产品。

　　由上可见，基本流程为听课→复习归纳→准备实验报告→进行实验→进行归纳，学生带着问题，带着兴趣，带着任务，带着期待进入课堂，进入实验。要求学生多学习勤思考，遇到问题发挥主观能动性，积极解决问题。 　　要求学生提交写好预实验报告，最后的实验报告可以在预实验报告的基础上进行修改。实验报告要求写上实验进行的过程、发现的问题和解决的问题以及存在的问题。如在编写铣削零件内轮廓程序的编写中，如果左、右刀补（G41、G42）的选取与走刀路线不一致，那么在加工后测量轮廓时，会发生尺寸相差一个直径值的情况等。

　　四、数控编程实验考核方法

　　以上编程项目的每个实验任务，都准备多套难度不同的零件图纸。每种零件图纸的分值有所不同，难度大的分值高，难度低的分值低。如难度系数较大的分值定为100，中等难度的满分定为80，一般难度的满分定为60。学生可以根据自己的意愿选择不同难度系数的零件图纸进行编程。

　　每个实验任务目标明确，如图纸要求等。基础环节实验分组完成，同学之间可以相互讨论，但要独立操作完成。特殊编程实验要求学生各自独立完成。必要时教师给予指导，发现问题及时纠正，共性问题及时在实验课堂上进行指导加以解决。

　　根据数控程序编制的特点，将实验成绩分为程序完成情况分、知识点掌握情况分、实验报告分和平时表现分。教师应该掌握学生进行实验的全过程，并根据实验完成情况进行评分。如，在规定时间内完成的给予基本分，根据运行程序并测量加工轮廓曲线的正确性进行评分，根据检查程序结构的完整性进行评分，根据检查指令使用的正确性进行评分，针对程序中主要程序段进行提问，让学生回答，根据回答的准确程度加以评分，还有对实验报告的完成情况进行评分，根据遵守实验纪律等给予平时成绩分等。

　　五、结语

　　教育家陶行知先生所倡导的“在学中做，在做中学”的教育理论，以具体的任务为学习动力或动机；以完成任务的过程为学习过程；以展示任务成果的方式来体现教学的成就。任务引领式教学，是“以完成任务为目的”的教学方式。这种教学方式对学生综合能力的培养十分重要，正日益受到职业教育界的普遍关注。在任务引领式教学中，任务为主线、教师为主导、学生为主体，学生参与到教学当中来，学生在接受老师布置的任务后，针对任务，主动地仔细消化课堂教学的编程理论，制定实施计划，最后完成任务。整个教学过程充分体现着学生的主体地位，实现做学合一，使良好的教学效果得以实现。

　　数控编程具有理论性和技巧性，有较大技术含量，有着与一般理论课程相对特殊的方面。以往的教学实践证明，普通的填鸭式、满堂灌等教学方式，理论与实践相脱节，远不能适应数控编程教学的需要。

　　任务引领式数控编程实验教学法，将数控编程内容及知识点，由简单到复杂设计为多个实验，以任务的形式布置给学生，学生在完成实验任务的同时学到编程方法、技巧，从而使学生通过完成实验而具备一定的编程能力。

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