改革创新以工作过程系统化为导向的《数控技术》教学

赵庆志 谭培红 姜德志

2017年中央提出了对传统工科进行改革创新的“新工科”政策，培养具有创新精神和实践能力的工程应用型本科人才，以便满足世界范围内新一轮科技革命和新兴产业变革对人才的需求。总的看来，这些教育教学改革政策整体上是比较宏观的理念，对工程教育教学改革理念起方向性指导作用，对工程教育实施者的一线教师如何把方向理念落实到教学可操作的层面，采用什么样的教学模式实施教学能更有效地培养新工科人才，实现高等工程教育内涵式发展具有重要意义。

传统的“以学科理论体系为导向的知识和概念积淀的教学理念”的教学模式和教学效果

长期以来，我国本科教学理念基本上是“以学科理论体系为导向的知识和概念积淀的教学理念”，即根据学科理论体系制定教学计划、编写学科理论性比较强的教材、制定教学大纲、进行课堂教学和实验等。其相应的教学模式是：按照教学大纲和教材备课，教师讲授完理论知识即完成了“教”的任务，也常叫“满堂灌”的教学模式。之后布置书面作业，也安排占总课时12% ～15%的实验教学，课堂教学和实验教学通常由不同教师担任。

基于这种教学理念的教材突出理论知识发展的完整性、知识组成、抽象概念，教师习惯用形象思维表达问题，即多用符号、图形、框图等书面介质表述物理概念和工作原理，在很大程度上脱离了工程自然，弱化了工程实践应用，教师在某种程度上只教会了学生存储知识而不会应用知识，只会在学校里教和学而不会基于工作需要的教和学，即师生的职业生涯发展潜力受限，不适应新工科人才培养需要。

基于“行为导向”教学理念的教学模式及教学效果

“以工作过程系统化为导向的知识、能力和素质积淀的教学理念”来源于德国的“行为导向教学理念”，德国根据该教学理念实行“双元制”教学模式，对提高德国的教育水平起到了巨大的推动作用，现已在很多国家得到应用，取得了较理想的教学效果。

该教学思想的实质就是要求把工作过程融入教学，让学生认知实物、甚至动手操作，让学生置于工作现场情境下用耳朵听、用眼睛看、亲手做以及把思维情感全部投入的教学过程中。教学目标以专业工作能力为本位，强调“学中干，干中学”这好比把学生头脑看作存储知识的仓库，仓库中纵横排布一个个方框，在一个个方框里积淀下工程设计、应用和创新能力，该教学理念名称由此得来。基于这种教学理念的教学模式通常是网络信息化混合式教学模式，作者经过理论和试验研究，进一步采用“网络信息化、理实一体化加实训的混合式教学模式”，真实地培养了大学生的工程设计、应用和创新能力。

《数控技术》课程教学改革创新简述

构建课程模块、项目、任务及教学目标

按照“以工作过程系统化为导向的知识、能力和素质积淀的教学理念”重新构建课程模块、项目、任务（知识点）及其教学目标。作者根据布鲁姆教育理论，在考虑《数控技术》课程自身知识体系的前提下，还要协调好相关的不同课程内容，梳理清楚课程内容及其因果关系。该课程7个模块，21个项目，129个任务（知识点），将这些模块、项目和任务点整合成一个科学、高效、前后逻辑性强、不再重复讲授的教学体系，并重新制定各个模块、项目、任务（知识点）的教学目标。

教學目标语句有指向学科理论体系的，也有指向工作过程系统化体系的，但较多的是指向二者组合的名词加动词语句。如，计算机光电隔离知识点，指向学科理论体系的教学目标为：计算机光电隔离原理，教师很可能就只从理论上讲授，忽视了工程应用；而指向工作过程系统化体系的教学目标为：计算机控制强电抗干扰原理、设计及应用，这就迫使教师不仅要从学科理论体系讲授计算机控制强电抗干扰原理，还要讲授从工程设计、应用和创新体系理实一体化地掌握计算机控制强电干扰问题的工程应用，这样有利于培养大学生的理论知识、工程设计、应用和创新能力。

根据教学目标，研制大量教学媒体，包括实验实训教学设备典型案例

教学团队经过长期努力，购买及研究开发了几乎遍布课程所有知识点的实物、实验、实训教学设备及网络信息化教学平台等教学媒体，教学效果很好，现举四类典型教学媒体：

第一，实物教学媒体。团队购置了大量教学实物，如光电耦合器元件，研制了大量实验实训教学设备，让大学生通过实验设备理实一体化地掌握工程设计应用。

第二，教学化处理的教学媒体。当实验设备难以直观演示工作原理时，研发了动画显示软件，即把实验设备进行了教学化处理。这种教学化处理的教学媒体是教学辅助手段，再加上真实的元件实验设备，才能够有效地提高教学质量。

第三，企业生产应用的设备作为教学媒体。直接用企业生产应用的设备作为教学媒体或就在企业工程设计应用现场教学，更能够有效地提高教学质量，实现教学目标。

第四，自行研制开发或购买的实验实训教学媒体。研制开发或购买了几乎和企业应用零距离的实验实训教学设备，能够有效地提高课程教学质量，满足《数控技术》教学目标。

根据教学目标，研制开发集设计、安装、调试、故障测试与维修的典型工程的实训案例

第一，传统的“以学科理论体系为导向的知识和概念积淀的教学理念”计算机控制三相交流电机教学模式简述。传统的以学科理论体系为导向的知识和概念积淀的教学理念的《数控技术》教学没有实行理实一体化教学和实训，学生学到的理论知识和概念与企业工程设计、应用和创新仍然隔了一堵墙，如本科阶段的数控系统控制电机课程设计，都是教师给个题目，学生套用公式计算电气元件参数，画出电气控制原理图，写设计计算说明书，答辩结束。这种教学模式不能培养学生的工程设计、应用和创新能力，因此要进行全方位教学改革创新，教学改革案例之一：设计开发与实训综合在一起的计算机数控系统，控制电机正转、停转和反转，从而设计实训案例。

第二，研制计算机持续信号控制三相交流电机理实一体化教学实训台。1.设计带功能区、图区的数控系统，控制两个三相交流电机电气控制原理图。2.根据两个电机的功率，计算所需电器设备、元件的性能规格参数，所需辅助材料，包括大小合适的底板，线槽、导轨、号码管、接线排等等安装材料表。

第三，画电气安装接线图接线及调试。1.根据带功能区、图区的电气控制原理图讲电器实物的摆放情况，以此为据设计电气安装图和接线图。2.根据原理图、安装图和接线图实施接线，得到数控系统控制电气柜。3.将数控系统控制电气柜与数控系统、步进电机等外围设备接线，即数控系统控制电机三相交流电机M1、M2和步进电机实训台。

全课程安排類似这样的实训案例共11个，如计算机控制液压气动电磁换向阀及传感器限位设计与维修等等，完全满足了机械工程行业设计、研究开发需要。经过实训，大学生的工程设计、安装、调试、故障测试与维修能力得到明显提高。

实行网络信息化、理实一体化加实训的教学模式改革创新

第一，实行网络信息化教学。将课程模块、项目和知识点及11个实训项目的文档、照片、视频图文并茂传到网络信息化教学平台上，学生学习后再实训，不仅提高了教学效率，还收到了很好的教学效果。

第二，实行理实一体化教学授课。在讲授课程知识点时，展示大量体现图上知识点的实物，课堂就做出实验，实行理实一体化授课，大大增加了大学生的感性和理性认识，提高了工程设计、应用和创新能力。

第三，对相关项目和模块增加实训教学环节。对每一个项目安排设计、安装、调试、故障测试与维修综合性实训，明显提高了大学生的工程设计、应用和创新能力。

第四，改革传统的一卷定成绩的考试模式。实行课堂出勤表现、网络自学答疑、书面作业、实验、实训和考试均占一定比例的考试改革，促进了教学质量的提高。

《数控技术》课程教学改革效果及结论

实行“以工作过程系统化为导向的知识、能力和素质积淀的教学理念”及“网络信息化、理实一体化加实训”的教学模式对《数控技术》组织教学改革创新，获得了非常好的教学效果，大学生对低压电气控制柜、经济型数控机床电气控制柜基本达到了“通理论、融实践、能设计、熟调试、懂故障、会维修”的教学效果，真实地达到了课程教学目标。大学生考上研究生后做课题进展快，近几年毕业的大学生就业后工作能力强，得到企业普遍好评。

基金项目：山东省高等学校教学改革立项项目“基于行为导向教学理念的‘数控技术原理设计及应用专著及实验教学设备研制开发”（项目编号：2012258）；2014年山东理工大学教学改革立项项目“《数控技术》网络信息化建设” （项目主持人：赵庆志）