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0.引言
C语言程序设计实训这门课程要求学生掌握计算机程序设计语言的基本知识和程序设计的方法与技术,培养学生应用计算机解决实际问题的能力,重视学生实际编程能力和程序思维能力的培养,通过学生上机编写程序来提升学生的编程能力,培养学生的学习兴趣和创新能力。
C语言程序设计为其前导课程,是对其前导课程知识的巩固、实践与提升,是ACM程序设计课程的基础,通过此次实训为程序设计比赛和ACM大赛输送人才,使更多的学生在全国的各种编程比赛中取得好成绩,同时为学生毕业后从事编程工作打下良好的基础,为企事业单位输送程序设计人才。
本人根据C程序设计实训课程教学中存在的问题对教学内容、教学方法,考核方式进行了改革,并以本校2010级软件班学生为试点进行教学,总结了一些经验。
1.教学中存在的问题及解决对策
1.1实训内容单一
实训教学内容应该首先根据C语言的特点对知识进行整合,然后引入针对性较强的典型综合实例,从程序整体向各个核心知识点渗透。教师可以根据学生的实际情况设计实训项目,内容应覆盖学生所学的知识,突出实用性,内容最好为学生所熟悉领域或学生感兴趣的领域。如果学生层次不一,可以根据学生对基础知识的掌握情况设置不同的实训内容。
1.2教学方法单一
在实训教学过程中,应将重点放在分析程序设计过程上,培养学生良好的编程习惯,逐步提高学生编程能力。单一实训手段要达到这一目标是很困难的,这就要求运用多种实训教学方法,让学生对编程有个很好的理解过程。
可以引入多种教学方法。以前的实训课程不能激发学生的学习兴趣,主要是因为课堂是由老师主载,学生是被动的学习,不能成为课堂的主人。我们将采用多种教学方法来激发学生的兴趣,转变老师和学生的课堂角色。
(1)基于ACM模式的教学方法。ACM的教学模式是结合具体的问题讲授概念与理论,辅以课堂讨论,做习题等多项教学手段。在教学过程中,安排学生深入有关实际问题进行研究,加深对所学理论的认识,利用网站进行程序设计。以往的教学是按照基础知识、循环结构语句、结构体语句等知识点的顺序进行讲解。基于ACM的教学方式是按照习题所属知识类别进行理论讲解,离散数学、初等数论、数值计算、人工智能、动态规划算法、图算法等知识点进行讲解与练习。ACM的教学模式在一定程度上将基础学科很好地运用于程序设计当中,有利于知识的融合,可以提高学生的思维能力,在做练习时举一些趣味习题,激发学生的兴趣。
基于ACM的教学方法的优点如下:
①知识分类讲解可以加深学生对知识的理解,更加系统。
②ACM所选的题目趣味化生活化,可以激发学生的学习兴趣。
③题目所含知识面广泛,有利于知识的巩固。
④分组培养大家的团队协作精神。
⑤学生讲解培养学生的表达能力与思维能力。
(2)讨论式教学法。由于每一道程序题可以有不同的编写方法,答案不唯一,所以很适合使用讨论式教学方法。将学生以三人为一个团体进行分组,在组内讨论编程方法,上机编写程序并进行验证,由组内推举成员向大家进行讲解和演示,有不同编程方法的组可以继续演示,最后由老师进行总结,并选出时间和空间复杂度最小的程序,同时也可以发现学生在编程过程中出现的常见错误,发挥学生的团队精神,提高学生的表达能力。
(3)任务驱动法。在实训课堂上,学生需明确要完成的任务,依照实训任务完成实训。题目由易到难,知识点由单分支到多种分支情况的应用,这样适合学生学习特点及编程由易到难的编写过程。
1.3考试一锤定音
这门课程主要是培养和检验学生的编程能力,所以不能以一次考试来决定学生的最终成绩,检验过程应该贯穿整个学习过程。引入过程性考核思路,总成绩分部累加。采用平时计分和最终考核相结合的方式,以每节课的发言演示情况来给出平时等级,一学期进行累计,按累计成绩进行排名,前三分之一学生可以免去最后的考核,以平时成绩作为最终成绩,这样也可以激励大家踊跃发言,剩下的学生参加最终考核,最后成绩由平时成绩和最后一次考核的成绩各占一部分比例来组成。通过实践检验,课程考核方法改革后,考核出了学生的实际操作水平,用过程性考核思想后,在学习过程中时刻检验学生的学习接受掌握情况,加大了课程全程质量监控力度,课程考核结果基本能够反映学生学习后真正的计算机应用能力水平。考核结果公平、有效,这也是现在倡导的全过程考试。
2.总结
通过对C程序设计实训课程的教学内容、教学方法、考核方式的改革,并对2010级软件班学生进行试点后,使学生理解模块化程序设计的基本思想,掌握结构化程序设计的基本方法,掌握C语言的数据结构、程序结构、语句以及控制结构的使用方法,能用程序设计技术解决一定难度的实际问题,掌握在实际开发环境下进行编辑、编译、连接、调试和运行的方法;综合训练学生分析问题的基本方法,提高解决实际问题的能力,培养学生的专项技能和职业能力。
【参考文献】
[1]王嵩.C语言程序设计.教学探索与实践[J].教书育人,2006,(35).
[2]王美娜.C语言程序设计.教学方法探析[J].科教文汇(下旬刊),2007,(04).
[3]曾鸿.基于项目的软件工程综合实训教学模式[J].中国职业技术教育,2008,(12).
作为中等职业技术学校,我们一直以“与企业零距离接轨”为教学总目标,理论教学与实训教学结合向一体化教学靠拢,与企业生产实际情况紧追不舍,顾名思义:仿真企业模式教学法。
数控技术应用专业实训项目中重点是数控车床和数控铣床实训,我们现在的教学模式是:实训指导教师根据通用教材或校本教材――向学生授课分析图纸――设定加工工艺路线――备料――安排机床工位――学生独立编程――学生操作机床加工出零件――自检――上交――教师检测评分总结。
现有模式教学优点:
(1)学生在实训指导教师指导下,亲自上机加工绝大部分同学都能加工出合格工件。
(2)教师全面掌握学生的技能水平,可有针对性辅导。
(3)认真学习的学生,加工出的工件精度高,产品合格率高。
现有模式教学缺点:
(1)学生过多受老师思想束缚,按步就搬或生搬硬套、或直接调用他人程序。
(2)教师按既定模式授课,长期面对同一个训练件,没有新的加工工艺思路。
(3)学生本身对实训项目掌握程度不尽相同。
(4)制约了学生奔放的思想,没有自主创新的机会。
(5)学生之间的关联性不强,团队合作意识没有得到很好的煅炼。
(6)学生出现两极分化,强者更强,弱者更弱放弃不学。
(7)学生毕业后,进入企业只能充当机床操作工的角色,自身的编程能力也不强,更不敢应聘编程员的岗位。
在实际生产中,部分企业生产模式如下图所示:
根据我校目前的教学模式,我们的毕业生就业岗位大部分仅限于上图中“生产动力部”里的“铁工动力车间”学生们扮演着实实在在的数控机床操作工,其实他们的对口岗位范围还是太窄了,我们要为学生拓展更多的就业空间,如技术工艺部的工艺室、设计中心;质量检验部的质检器;生产动力部的编程员;还要培养学生掌握与客户洽谈订单的能力和技巧;具备与产品供应商沟通交流的能力。每一个企业都有自己独特的工作方式,关键在于企业的运行模式起作用。
教学过程中依据企业的生产流程,如下图所示:
基于上述发展目标,为了让学生更主动探索学习、学到更多技能知识,为了顺应企业的用工需求达到“零距离接轨”,为了改变原有模式的不足,现对数控铣床实训模式作如下教学改革:
一、加工程序互换法
原有模式中,学生在教师的教学指导下按预定的步骤去绘图并编制程序,确切地说,这个工件的成绩包含有教师60%的功劳,学生只是在执行老师的思路罢了,学生重点体现只是操作机床加工出工件,而核心部分仍是毛坯选择、程序编制,学生没有脱离教师独立进行以上操作,这一点与企业明显不符,学生存在缺乏自主创新的要素,无法谈及技术的提升。企业仿真就要知道企业如何运作,就数控铣床加工而言,企业里有专门的编程员、专门的机床操作工,两者是分开的。当前我们的毕业生几乎都是从事机床操作工,很难进入到编程岗位领域,而这正是他们所向往的理想岗位,在这样的时代要求下,我们的教学改革也就显得迫在眉睫了,改革方案即在平时实训过程中让学生之间互相扮演不同的角色,即:
A同学编的程序,交给B同学去加工,B同学编的程序交给C同学去加工,C同学编的程序交给D同学去加工,D同学编的程序交给A同学去加工。依此类推,形成一个封闭的环形结构,使得每1位同学都与2位同学有前后关联的关系,即:A同学即是操作员,也是编程员,他必须煅炼出具备沟通交流的能力,达到互相协商探讨加工的效果。A同学既要扮演编程员去指导B同学进行加工,告知工件原点设计在哪里,注意事项是什么等沟通,对D同学加工的产品负有60%的责任;A同学又要主动与D同学沟通交流,A同学加工出来的产品只能证明他操作机床的水平如何占40%的成绩。在这整个过程中要求学生必须保证首件产品是合格的。这与自编自加工的旧模式有着明显的不同,它能够促使同学互相竞争,增强高度的责任感,意识到自己的地位和作用。还有,在教学训练过程中,教师可以给学生自由设计的空间,让他们充分发挥聪明才智设计出有创意的造型给他对应的同学去加工。
二、工件分组检测法
原有模式中,学生加工完工件后自检或不检,就直接上交给老师了,至于结果怎么样?得多少分?他们不太关心,没有强烈的求胜意识,在他们看来那是看老师乐意给你多少分罢了。而且过后学生本人也不知道自身具体失误在哪里,也没有反复研究分析,达不到总结经验不断提升目的,有些检测项目学生根本就不知道如何去检测。为了使更多的学生参与工件检测评分,特作如何教学改革,即:
学生加工的工件批改方式:将全班平分为3组学生同时对一个工件检测评分,指定好组长,由指导教师同时指导3位组长检测方法及项目,再由组长组织自己的组员进行检测评分,最后将3个分值相加后求平均值即得该学生的最终成绩,各组要每次都要写检测情况分析。如果个别学生对最后成绩有异议,再由教师作最终检测定妥,并总结问题所在,每一次总结都要完好保存。一旦出现某一组检测时弄虚作假,那么通过其他两组评分即可轻易看出漏洞。久而久之就能培养出学生诚实认真的做事方法,培养了公正的意识。
通过以上课堂教学改革,弥补了当前数铣实训模式的许多不足,初显成效,同学们技能水平的提高指日可待,我对此方案充满信心,相信一定能够攻破当前的数控铣床教学瓶颈难题,现在已经逐步推行当中,与企业“零距离接轨”又迈进了一步,我们的毕业生必将开创新的就业格局。
参考文献:
[1] 王平.《数控机床与编程实用教程》.化学工业出版社.2008年8月
[2] 于法鸣、刘康、陈宇.《国家职业技能鉴定教程》.现代教育出版社.2012年7月
[3] 蒋志青.《企业业务流程设计与管理》.电子工业出版社.2002年11月
中图分类号:C42文献标识码:B文章编号:1009-9166(2009)011(c)-0115-01
高职院校主要培养的是技能型人才,学生学习的是专业性较强的知识,由于知识类型的转变,学生可能出现学习目的不明确,不知道应该学什么,怎么去学,怎么学效率才会高等一系列问题;在相关理论课程的时间安排上,专业基础课和专业课往往与实训课程没有安排在同一时间,导致实训期间学生对所学的专业知识已经遗忘,实训课程进度会受到很大的影响,从而效果不明显,并且有可能产生理论与实际不能接轨的情况;还有在实训当中,对不同专业不同层次的学生讲授实训课题内容基本一致,最终的成绩评定标准不明确等情况。
一、任务驱动教学方法在数控实训教学中的指导思想:常见的教学方法是教师以教为主,学生所处的位置就是接受。教师教什么,学生就接受什么,这样下去很容易导致学生上课不积极,容易分散注意力,不能积极发挥学生学习的热情。《数控机床实训》课程是基于《数控编程与加工技术》课程的学习基础并与之配套所进行常见的数控机床常规操作的技能强化训练,是具备数控机床基本操作技能,继而形成数控加工技术应用能力必不可少的强有力支撑。课程的任务主要是对在校学生进行常见数控机床基本操作技能的训练,使学生具备常见数控机床的基本操作能力,了解数控机床结构,掌握对数控机床维护、保养的一般方法,有一定分析、解决数控机床操作工程中实际问题的能力,为学生获得劳动部颁发的数控加工应用中级工等级证书而打下良好的操作基础;为今后的就业做好准备,使学生拥有从学校毕业就能走进工厂上岗的能力。“任务驱动”教学法是“构建主义”理论中的一种教学模式,是将所要学习的新知识隐含在一个或多个任务当中,学生首先对任务进行分析、理解后,找出任务中哪些是已学知识,哪些是新知识,在教师的指导帮助下主动学习,经过个人努力,最终找到找到解决问题的方法,通过对任务的完成,实现对所学知识的掌握。在数控实训教学当中,根据学生、课程,设计一些有意义的任务,以任务为先导,进而带出相关的知识点的操作技能,引导学生思考,通过学和做,培养分析问题和解决问题的能力。随着任务的完成,给学生以成就感,使他们不断体会到使用数控机床的乐趣,在完成任务的过程中,增长知识,学会技能。
二、任务驱动教学法的实施环节:将任务驱动法运用于数控实训教学的步骤是:数控编程编程模拟综合训练产教结合。教师如何将任务驱动法引入到数控实训教学当中,从改变第一节课开始,可以将第一节课改为作品展示课,学生们会对这些精美的作品会产生浓厚的兴趣,他们会询问这些作品是怎样完成的,并产生自己动手去做的想法,这时候教师就可以引导学生开始学习,自己动手动脑,这样的目的就是要改变教学模式:从传统的教与学模式改为学生自发式学习;从老师引导到学生自己给自己布置任务。1、数控编程学习:时间:实训前期1-2周;进度:理论与实训同步进行;效果:边学边练,理论运用于实践。学生在理论课上学习的知识马上就能在数控机床上进行验证,这样的学习方法非常有助于知识的积累,势必能达到事半功倍的效果,从而避免了重复学习。2、编程模拟:方法:以笔代刀。优势:①保证了人身和设备安全。②清晰模拟走刀路线;效果:让事实来说话。通常机床都是安装刀具进行加工,初学者难以下手,并且容易引起人身和设备的事故,如果将金属刀具换成笔芯进行模拟,这种方法既达到了编程练习的目的,也保证了人身和设备安全,一举两得的效果。3、综合训练:前提:熟练掌握机床的基本操作和数控编程。组织:根据不同专业不同层次的学生安排不同的实训加工课题。提高:逐渐提高尺寸以及精度要求,并且对于每项训练都记录成绩。学生经过基本技能的训练后就能够进行实际零件的加工练习,通过实训课题的训练,能够基本掌握数控机床的操作与加工,经过不断的练习以及理论与实操考试,合格后取得数控技能中级工等级证书。4、产教结合:高职院校是培养高技能型人才的摇篮,培养出的学生走出校门走上工作岗位后,大多都是要从事实际操作加工工作,那么,让学生在学校实习的过程当中就接触企业产品,参与产品零件的加工,增强学生的产品意识,对于学生的能力提高有很好的效果,也就可是实现真正意义上的与企业零距离接触。
三、成绩评定:成绩评定不但是重要的教学环节,也是教学手段。我们用学生技能操作成绩记录表来评定每个学生的实训成绩,它将成绩的评定分为5块,每块所占比例不同,都直接影响最终的总成绩,对与每一个学生的每一个实训课题都会进行相应的成绩记录,并且这样就避免了学生成绩评定不全面的缺陷。另外实训成绩分析表能够总结整个实训效果,并且反应问题,通过这个表能看出学生的成绩分布情况,并且对于成绩能够进行分析,对其中的各个因素能够进行评价,对于主要影响因素进行总结,从中得到结论,运用于以后班级的教学改进和组织方法。
作者简介:侯春明(1979-),男,白族,湖南吉首人,吉首大学信息科学与工程学院,讲师。(湖南 吉首 416000)
基金项目:本文系吉首大学校级教改课题“计算机课程群教学中技能培养的教学改革与实践”的研究成果。
中图分类号:G642.45 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)28-0163-02
高校信息类专业(如计算机科学与技术、网络工程、电子信息工程、通信工程、物联网工程等)课程体系中,程序设计类的课程占有相当的比重。常见的专业课有“C语言程序设计”、“Visual Foxpro程序设计”、“面向对象程序设计”、“汇编语言程序设计”、“网络程序设计”等。由于信息类专业的应用领域非常强调技术实现,普通高校学生必须具备较强的编程能力,才能满足社会对人才的要求。据统计,普通二本高校信息类毕业生,除了小部分继续攻读硕士博士学位外,绝大部分都在毕业后直接从事专业技术工作。[1]虽然不同专业对计算机编程能力的要求和应用领域各有不同,比如电子信息工程和物联网工程更侧重对硬件的控制和嵌入式方向,而计算机科学与技术和网络工程等专业更侧重系统软件开发和应用软件的开发。但是从整体上看,这些信息类专业都对学生的编程能力提出了较高要求。为了达到相应的培养目标,相关课程群应该在课程实训环节进行改进,以求提高学生的程序设计能力,进而全面提升学生的专业水平和动手能力,为国家和社会培养合格的人才,这是需要深入研究的课题。[2]
一、计算机课程群实训课的特点与不足
计算机课程群的实训课程是连接理论课程与编程能力的桥梁,程序设计类课程群对编程能力的培养尤为重要。但是在教学实践过程中,要达到全面提升学生动手编程能力的状态,面临诸多困难。
1.课时不足
随着高校课程体系的全面改进,为了宽口径的培养学生,以便学生将来能有更广阔的就业领域,信息类的各个专业被加入了越来越多的课程,程序设计类课程也面临着课时紧缩的问题。一方面要保证理论课的讲授与教学,另一方面要保证学生动手编程能力的提高。这样理论课程的时间显得非常紧张,必须在有限的时间内尽可能的把该语言中的各种各样的知识点传授给学生,还要保证他们能有足够的课时在实训课环节完成相关的实训内容,为此在时间和教学上就要合理安排。
2.技术的快速发展
信息类专业发展速度迅猛,很多技术在过去的几年快速的诞生和崛起。传统的程序设计类课程主要是侧重对基本语法的掌握和中小规模问题的分析与解决。比如运用一些经典的算法解决某些数学问题,并编程实现。这样的培养模式的结果是毕业生的动手实践能力无法满足社会上IT企业对人才的要求。
3.师资力量不足
高校教师的教学负担很重,除了要完成各种教学和科研任务外,还要负责学生管理工作。从全局来看,高校的信息类专业是新兴专业,很多高校的该专业教师以中青年为主,部分教师还需要进一步进行深造,比如攻读博士、博士后、做访问学者、参与各种学术交流等。因此,在计算机程序设计类的实训课中,很多时候都是一个教师辅导数十人学生。师资力量不足也是制约学生的计算机程序设计能力全面提高的重要因素。
二、计算机课程群实训课的教学改革建议
1.针对不同专业进行有重点的课程设计
为了提高计算机专业毕业生的职业素养与编程能力,学校应该加强学生的实训教学环节。[3]虽然信息类的不同专业都会开设各种程序设计课程,但是不同的专业侧重点明显不同,比如电子信息、电子科技、物联网等专业,从专业培养目标上看更接近对硬件的控制。在实训课的综合训练项目以及相应的课程设计的培养环节上,可以考虑做单片机、嵌入式系统中的项目。将编程能力训练放到具体的硬件控制项目中,既符合相关专业的专业培养目标,又能帮助学生有效的将程序设计课程与硬件类课程群进行融合,既提高了编程能力,又提高了综合的专业知识的应用能力。比如C语言程序设计,如果只是反复的训练经典的算法和习题,编程能力的提高还是有限。但是如果学生完成一个软硬件相结合的系统设计,对C语言在单片机控制或嵌入式中的应用开发能力就会快速增强。当然,对于计算机科学与技术或网络工程这样的专业,其专业培养目标更偏向于上层应用,也可以选择相关的实用性的软件开发项目(如数据库系统等)来训练学生的动手编程能力。在完成项目的同时,学生一方面加深了对相应专业课的认识,另一方面也加强了编程能力。
2.充分调动不同学生群体的学习积极性
在高校的专业人才培养模式中,不能按照一个固定的模式要求所有的学生,必须考虑到学生自身的实际情况,调动不同学生群体的积极性,才能最大限度的提升学生的程序设计能力。比如现在很多高校都将计算机等级考试和学位证挂钩,非计算机专业的学生必须通过计算机等级考试,才能顺利获得学位证。针对这一学生群体,应该将针对等级考试的训练合理的放入到实训环节,同时鼓励学生积极主动的多做等级考试的习题,并在上机实训的过程中多做题库中的题。一方面可以提升编程能力和动手能力,另一方面也能提高通过等级考试的概率。
最近几年,高校程序设计比赛以及其他的一些设计类比赛越来越受到高校和学生的重视。对于有志于参加全校、全省、全国甚至世界级比赛的学生,在实训环节中可以积极引导他们进行相关的训练。比如参加ACM程序设计大赛的学生,可以鼓励他们在实训环节中,在完成正常学习任务的基础上,充分调动主观能动性,多练习ACM题库中的习题,由浅入深,步步推进。而立志参加嵌入式系统设计的学生,也可以主动去编写一些嵌入式环境中的程序。使学生群体在提高自身编程水平的同时,也能更加接近相应大赛的要求,收到一箭双雕的效果。还有一些学生,立志于从事应用系统的开发,比如网站系统设计、数据库系统设计、电子商务系统、智能手机应用系统、物联网应用系统等。该学生群体对学习的实用性比较看重,更愿意在毕业前就找到专业领域的一个主攻方向,孜孜不倦地钻研该方向,往实用的方向发展。结合这些学生的兴趣和爱好,应该在相关的实训训练和课程设计中鼓励他们多动手写程序,进而力争做出对社会有实用价值的应用系统。在提升了编程能力的同时,也能更多的为社会作出贡献。
3.加强对编程能力的考核
传统的教学模式注重对知识的考察,计算机类课程群也不例外。一门专业课学习完成后,最常见的考核方式就是闭卷考试。这种方式可以很好地检查学生对该课程知识体系的掌握程度,但是对编程类的课程群来说,闭卷考试很难全面考核学生的编程能力。在教学实践中,经常遇到书本知识掌握良好但上机编程能力较差的学生。为了促使学生参与编程能力训练,应该加强对编程能力的考核。比如组织上机考试,将考试成绩纳入到整体的考核成绩中;也可以鼓励学生提交应用软件系统。但是上机考试在实践中也存在一定的困难,如普通考试,一个班级只要2个监考教师即可,但为了避免学生作弊,计算机上机考试需要大量的教师参与监考。另外,如果是固定的几个习题,在机房的环境中不便于监考,而如果是从海量题库中随机抽题,又很难做到绝对的公平,因为有的学生可能抽到较为容易的题目,而有的学生则可能抽到较困难的题目。但是从发展趋势上看,为了提高信息类专业学生的编程能力,加强对编程能力的考核还是非常有必要的。
4.在校企合作中加强编程能力的培养
信息类专业学生的一个主要就业领域是IT企业,如何培养适应现代IT企业的合格毕业生,一直是高校信息类专业教师研究的重要课题。外部社会和技术变化越来越快,高校中的很多课程和教学变化往往不能及时和外部接轨。为了解决这个问题,可以考虑广泛开展校企合作,选择一些专业对口的大企业,以实习的方式组织学生去企业学习,在实践中提高学生的程序设计能力。高校的程序设计类课程更多的是注重学生知识体系的建立和基本编程能力的培养,而各类IT公司更看重的是学生的实际研发能力。高校应该尽量和IT企业开展合作,一方面鼓励学生积极参与到企业的实际项目研发中,另一方面也可以扩宽学生的就业渠道,全面提升学生的编程能力。但是实现起来也有诸多困难,比如:高校的课程安排紧凑,学生要挤出较长的时间参与企业的软件研发,时间上比较困难;有的高校位于经济不发达地区,高校所在城市很难找到能提供相应机会的企业;低年级学生没有技术实力参与到企业的研发中,而高年级学生尤其是大四学生,又面临找工作的就业压力,到处参加面试也会给相关的实训和实习工作造成影响。
三、在提高学生编程能力上的一些实践
作为二本高校的计算机教师,在教学过程作了一些有益的教学改革尝试,初步取得了一些效果。作为班主任,在自己管理的班级中对学生进行分类,钻研应用技术的学生,鼓励他们组成兴趣小组(比如嵌入开发小组、电子设计小组、信息安全技术小组、数据库应用技术小组等),在实际项目的研发中提高编程能力。这些学生毕业后大部分成长为国内一些IT企业的技术骨干,而将来选择从事IT领域非研发方向(如管理、市场、技术支持类工作岗位)的学生,则鼓励他们学好基础知识,扩宽知识面,同时积极参加计算机等级考试和其他的一些技术类证书考试。为他们收集大量的考试资料,调动相关学生的学习兴趣,鼓励他们多通过相应考试。对于立志参加各类学科竞赛的学生,则鼓励他们更多的将精力放到比赛的训练和准备上来,并指导部分学生获得了较好的竞赛成绩。
四、结论
针对高等院校尤其是二本高校计算机课程群的实训课程的现状进行了分析,特别是针对程序设计能力不强的现状进行了分析,给出了在程序设计类课程群的实训环节进行教学改革的一些建议,并总结了为提升学生编程能力所积累的一些工作经验,以期为广大的工作在教学岗位的计算机教师提供参考。
参考文献:
数控是机械加工的重要基础和关键技术,也是培养学生主要就业岗位技能的关键课程。随着数控机床的广泛应用,数控技术是中职学校的必开课程,该课程在中职学校主要是通过理论学习和职业技能训练,提高学生的操作实践能力,目前在中职学校里,学生学习时间较短,怎样才能使学生掌握理论的基础上提高操作能力,是这门课程的教学难点,为了满足社会对数控技术应用型人才的需求,更为满足毕业生的需要,根据笔者的实际教学经验,谈谈如何在短而集中的时间内提高学生的理论知识和实践能力。
一般情况下,在中职学校数控应用技术专业的学生先进行1~2年的理论学习,包括《机械制图》、《车工工艺学》、《公差测量与技术》、《数控加工技术》、《数控编程与设备》、、等十几门专业课和专业基础课,之后到学校实训车间操作实践,最后到企业顶岗实习。课程的实训在该课程的整个教学体系中占有举足轻重的地位,实训教学要分阶段、分层次,循序渐进的进行。为了巩固和深化理论知识,提高和完善操作技能,培养合格的毕业生,大致把中职学生的实训分为四个阶段:
第一阶段:普通车床实习,熟练操作车床,熟悉数控实习环境。
在中职学校,普通车床的实训高达80%以上,因为数控机床是在普通机床的基础上产生发展起来的,先进行普通机床的实训,有利于学生较快的学习数控方面的相关知识。所以,学生在实习期间应在数控车床编程、数控车削加工工艺之前应该进行普通车床加工实训。具体实训内容包括普通车床上实习、练习刃磨车刀,熟练操作车床,从加工端面等。在教学中一般是把数控工艺最简单最常用方法和普通机床对比结合讲解,学生没有进行普车学习和实训,教学效果明显降低。只有掌握了普加基础,对机床结构、相应运动等了解和掌握之后才能提高学生的实训能力。没有普通机床加工经验,学生进行数控机床操作的安全隐患也大幅增加。只有经过这一阶段的学习和实训,才能节约教师时间,为以后的数控实习和提高打下坚实的基础。
第二阶段:计算机数控仿真软件练习,编制加工程序,激发学生学习兴趣,提高实训能力。
数控加工仿真系统是结合机械机床厂家实际加工制造经验与职教学校教学训练一体所开发的一种机床控制模拟仿真系统软件,可以满足大批学生教学需求。目前大部分中职学校经费不足,数控加工设备价格高,实训设备不足,在第一阶段实训后可以进行数控仿真软件练习。在实习中首先让学生熟悉仿真机床的操作面板和录入面板明确每个按键的功能.建立工件坐标系的方法,利用仿真软件进行模拟操作,就可以做到给学生充分的实习机会,同时节省了操作的时间,缩短了实习的周期。对于机床操作的熟练程度将大大提高,而且为下一步的实际操作也做好了准备,在实训中可实现同步教学。比如对刀过程,其实是很容易的事情,但如果用传统的教学方法大多数学生都难以理解,如果利用仿真软件一边演示一边教学,通过车刀和工件的运动学生就很容易理解,而且还能让学生自己亲手操作来加深认识,教学内容中涉及数控编程和操作的内容,如工件坐标和机床坐标、G指令、M指令等都可以实现同步教学,使抽象内容形象化,提高了教学质量。培养了学生实训能力。对于中职学校的学生来讲,由于学生各方面的基本素质普遍比较差,而数控专业课又要求极高的抽象性,加上教学过程的枯燥乏味,很容易让学生产生厌学的情绪,教学效果也不理想。而数控仿真软件以其和实际机床相同的用户界面和它的可操作性,很大程度上激发了学生的学习兴趣。因此仿真软件使用只能作为缩短实习时间、提高实习效率、降低成本的一种辅助手段,总而言之,以“技能操作为核心”的数控编程仿真教学,有利于全面提高学生素质和综合职业能力,激发独立思考和创新意识;但传统实习手段,基础教学和基本功的训练、学习仍是职业技术学校培养学生的实操能力的基础;两者不可偏废,不能因为有新的手段方法而抛弃传统,也不能因为有好的传统不引进新的手段,两者如能完美结合,培养出的学生定是不可限量的。
第三阶段:编制程序,数控加工由易到难,培养学生的实践和创新能力。
仿真软件和数控车床是同一个界面,学生短时间内通过仿真软件熟练操纵机床后,就可以进行编制程序加工工件。首先要根据工件的材质,所用刀具选择不同的切削参数。经过第一阶段的实训,这将不是难题。中职学校数控实训过程中加工的材料多种多样,主要有木材、石蜡、尼龙棒、铝材和钢材,在实训中的使用比例各不相同。有时为学生安全考虑或在培训经费较少的情况下,很多学校选择了少用或不用钢材。企业工厂加工的实际产品多为钢件,在实训中我提倡实训最好还是以钢件为主。具体安排首先要在教师的指导下,让学生编制的程序进行图形模拟加工,在教师检查程序无误后就可以进行实际对刀加工。这样遵循渐进,由易到难、由简单到复杂、由单项到综合这一过程,可以提高学生的实践能力和创新能力。
关键词:Java程序设计;项目任务驱动;项目实训 。
Java 语言作为一种纯面向对象的程序设计语言, 是目前世界上优秀的编程语言之一, Java平台以其移动性、安全性和开放性受到g迎,在企业中得到广泛应用,尤其是近年来基于 Android 系统的Java 手机软件发展十分迅速,在形成一个新兴产业。Java 程序员的就业前景广阔,可以从事 Java 桌面软件开发、Java手机软件开发、Jsp网站开发以及其他与 Java 语言编程相关的工作。 《Java 程序设计》作为我院软件技术专业的专业必修课,力求使学生掌握 Java 面向对象程序设计能力,具备从事 Java 编程工作的基础,提高软件技术专业学生的就业能力。 对《Java 程序设计》教学进行深入改革、提高教学质量,有利于抓住当前 Java 技术广泛应用,社会对 Java 程序设计人才需求量大的有利时机,提高软件技术专业学生的就业率,提升软件技术专业的影响力。
一、《Java 程序设计》课程的教学现状
(一)课程地位和特点 计算机软件技术专业的培养目标是:培养德、智、体全面发展的学生,能掌握计算机系统基础知识和基本原理,熟悉计算机系统常用(软硬件)工具,具有一定的硬件操作和较强的软件开发能力。学生毕业后,既有大专层次的理论知识,又具有本专业较熟悉的实际操作技能适应在企事业单位计算机应用一线上直接参与管理或工作;适应在计算机软件企业从事专业的软件开发工作。 安排在第二学期,为培养学生“从 事软件开发工作”而开设。教学目标是让学生掌握 Java 面向对象程序设计能力,具备从事 Java 编程工作的基础。前导课程是《C语言程序设计》,掌握基本的编程能力基础;后续课程是《Java Web 开发技术》,学习实用的编程技术。 《Java 程序设计》是一门典型的程序设计类课程,由于程序设计本身具有的抽象性、 Java语言的复杂性和严谨性及传统教学模式的影响,学生普遍感到学习难度大,学习兴趣不高, 接受程度有限。
(二)难点和不足 由于程序设计工作本身具有的抽象性,对学生的逻辑思维能力要求较高;而 Java 语言的复杂性和严谨性,又使学生普遍感到 Java 语言学习难度大;加之传统教学采用的“先讲解后演示再练习”的方法,往往让学生感觉到过于枯燥和抽象;而当前《Java 程序设计》的课程体系更使之难以适应高职院校培养高技能人才的要求,其主要问题有: 1. 课程体系设计不合理。当前《Java 程序设计》的授课模式以理论讲授和演示为主,理论内容占主导地位,而实训环节处于从属地位。 由于当前的《Java 程序设计》高职课程体系很大程度上仍然是本科课程体系的简化版,是从本科课程体系中删除较难理论内容并增加实践内容而形成的,并没有完全摆脱本科模式的影响。然而,高职教育的培养目标是不同的。 高职教育更强调培养熟练的动手实践能力。因此,高职课程和本科课程在课程体系的设计应该是完全不同的,不仅仅是理论与实践的比例问题,而应该重新设计课程体系,使理论内容为实践内容服务,才能真正实现以培养动手实践能力为主导。 2. 实训内容设计不合理。当前《Java 程序设计》的实训内容大多属于验证性实训,与真实开发项目存在很大差距,学生难以适应实战项目实践,对培养岗位职业能力的作用非常有限。课程现有实训内容是根据理论内容设计的,是为了验证理论内容而实践,从而导致实训内容强调紧扣理论内容,而忽略了真实的岗位情境,造成实训情境过分理想化。这样即使学生能掌握一些实践技能,但是这些技能在真实的岗位情境中却难以应用。因此,必须设计好实训内容,突出 Java 语言的实用性、针对性,才能引导学生“在做中学”。 针对上述问题,我们引入项目任务驱动式教学法,对《Java 程序设计》课程教学进行改革。
二、《Java 程序设计》课程的项目任务驱动式教学改革
(一) 项目驱动是一种教学理论基础上的教学法
在教学过程中,把具体的、学生感兴趣的、有意义的具体任务作为线索,将知识点巧妙地隐含在每个任务之中;学生在预定情境下,经过思考并借助教师的引导解决问题,通过自主建构的方式获得知识、 培养职业能力。 与传统教学 “教师讲、学生听”,教师处于主动传输知识的地位,学生处于被动接受知识的 地位的模式相比,项目驱动法强调的是 “以学生为主体、以教师为主导、以任务为主线”。在 任务驱动法教学过程中,学生能充分发挥主观能动性,围绕任务要求开展实践探索,教师不再是课堂的中心,单方面地向学生灌输知识,而是在学生完成任务的过程中起到组织、引导、督促、 协助、评价的作用。采用这种教学方法,可以解决传统教学存在的无法充分调动学生的积极性和创造性,项目驱动式教学改革符合高职教育发展方向,符合国家教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》 提出的高职教育的教学过程要突出实践性和职业性的要求。
(二)《Java 程序设计》课程的项目驱动式教学
1. 概述
为了更好地实施教学,切合高职教育人才培养的要求,培养适应行业需求的程序设计人才, 我们在《Java 程序设计》课程中引入任务驱动教学法,以行业流行的my Eclipse 作为开发平台,对 《Java 程序设计》课程教学进行改革。我们紧扣 教学大纲,重新梳理《Java 程序设计》课程的知识体系,设计一系列具有实用性和趣味性的任务案例,并将所有知识点融入到各项目案例中。建立一套任务驱动式课程体系。我们以培养岗位职业能力为主线,用典型任务序化知识,并将知识融入任务情景之中。按“教师提出任务->学生分析任务->学生解决任务->学生提交任务完成报告->学生相互评价->教师总结与评价”的结构组 织每一个任务。任务驱动的整个流程按照实际需要进行安排,如果不能在一个教学时间单元中完成整个流程,则可以分段进行,比如把学生解决任务这个模块放到课余时间进行,让学生自主学习与挖掘新知识,加深对知识的理解。
2. 课程体系的优化设计
《Java 程序设计》课程的内容由三大部分构 成:Java 基本语法、Java 面向对象机制、应用编程。其中 Java 面向对象机制部分具有较强的理论性和抽象性,应用编程部分则更多偏向实践性。 由于该课程的知识点覆盖面广,内容之间联系紧密、互相渗透,我们根据教学目标重新梳理知识点之间的联系,按照任务驱动的模式将知识体系划分为 14 个模块,每个模块又包括三个小任务即启发式模块、知识点任务和实践巩固任务,14 个大的模块如下所示: (1)Java 开发环境的搭建和使用。Java 特 点;Java 实现机制;Java 的体系结构;集成环境 myEclipse 。 (2)Java 基本语法。Java 应用程序结构; Java 程序编写及运行过程。Java 语言标识符和关键字;Java 语言数据类型;Java 语言运算符与表 达式;分支控制结构;循环控制结构 (3)类和对象。类与对象概念与特征、属性和方法;类与对象的关系;定义类的语法;创 建类的对象;使用对象的步骤;类的方法组成部 分;定义和使用类的方法。变量作用域;定义包和导入包的关键字;Javadoc 注释。 (4)封装和重载。封装的作用;对属性封装;用构造方法实现对象成员的初始化。方法重载;Java 中的构造方法与实例方法区别;对构造方法进行重载。 (5)继承和多态。继承的概念;继承关键 字;父类与子类之间的关系,super 关键字。多态 的概念;静态多态,动态多态;多态的实现。 终类和抽象类。 (6)接口。接口的概念,接口编程的实 现; (7)数组。声明和创建数组;数组的初始化;数组元素的使用。 (8)字符串。定义、初始化字符串;字符 串常见操作及方法;StringBuffer 类的定义和方 法。 (9)异常处理。异常的概念;异常处理结 构;抛出异常;声明异常;自定义异常。 (10)GUI 编程。Java GUI 界面的基本原 理;常用的 AWT 和 Swing 组件;布局管理器;菜 单;Java 事件组成;委托事件处理机制;常用事件类; (11)数据库编程。JDBC 的概念;JDBC 框 架结构;JDBC 驱动程序 JDBC 驱动程序编程的基本步骤。 (12)文件 I/O 编程。Java 的文件管理; Java 目录管理;文件的创建;文件类的方法;顺序文本文件;流的操作步骤;随机文本文件;文件的追加。 (13)多线程编程。Thread 类;Calendar 类;SimpleDateFormat 类;线程的状态;线程的优先级;线程的通信。 (14)网络编程。TCP/IP 协议;Socket 类; ServerSocket 类;UDP 协议;发送数据包;接收数据包。 本文提出的课程体系将教学重点放在实践 较强的应用编程部分,涵盖了GUI 编程、数据库编程、文件 I/O 编程、多线程编程、网络编程等 技术,而对理论性、抽象性较强的 Java 面向对象机制,不再深入分析其内在机理,只要求学生掌握基本的概念、原理和语法,为后面的应用编程提供基础。
3. 实训内容的优化设计
Java 程序设计具有很强的实践性,但其理论知识却很抽象,学生仅理解理论知识点是远远不 够的。传统的“先讲解理论知识点,再展示演示案例帮助学生理解,后再进行实践练习”的做法是以教师为主导,学生被动学习的灌输式教学法,这样导致学生学习兴趣不高、接受程度有限,导致演示案例和实践练习的效果大打折扣。 对此我们重新设计教学流程,摒弃这种以教师为主导的做法,突出学生在学习中的中心地位。首先在每个单元中精心设计一个有趣、具有启发性的演示案例,先让学生看到程序运行效果,激发其学习兴趣和积极性;然后从案例中引出该知识点的任务,让学生分组讨论该任务,分析该任 如何完成;接着限定任务的完成时间,让学生在该时间内完成任务并提交任务完成报告,在任务完成后学生们要进行小组互评;后教师再根据学生完成任 务的情况进行总结和评价,包括对学生任务完成 程度的评价,对任务背后的知识点的解释,对学生还没熟悉的重难点进行总结。至此,学生通过完成任务,不但对相关知识点有了一定感性认识,而且通过任务评价和总结,能够更好地理解和消化理论,提升为自己的理性认识;后根据需要再设计 1-2 个案例作为实训练习,由浅入深、由简单到复杂地巩固知识点和技能。很明显,这是一种 “从实践到理论,再从理论到实践”的做法,符合人类认识客观世界的规律。由于该任务贴近学生学习的真实情境,学生感到亲切、容易理解其次,由启发式案例提出本节要完成的任务。这里任务比启发式案例要求稍高,有利于在学生现有的基础上挖掘自己的潜力,更深的理解知识。学生在接到任务后当堂讨论并分工,这样有利于培养他们的团队合作精神,学生完成任务的过程可以放在课后进行。在任务完成后需保留源代码,对程序运行结果保留截图并用 ppt 演示任务完成流程和填写任务完成情况表;回到课堂上后学生将任务结果进行展示并对其他小组评分,教师进行评价并补充讲解重难点,包括程序结构、定义变量、数据类型、运算符和表达 式、分支控制结构、循环控制结构等。教师对知识点和关键技术步骤进行总结,对实践练习中出 现的问题进行分析,可以帮助学生构建一个 晰、完整的知识结构后,进行实践巩固练习。,以任务为驱动,教师只是起到引导的作 用,这样学生掌握的知识才是真正属于自己的知识。
三、结语
如上所述,项目任务驱动式教学的关键是合理设计项目任务,将知识点巧妙地隐藏到任务中,让任务本身具有趣味性并尽可能地贴近真实情境,使学生在完成任务的过程中不仅获取相关知识,而且发展实践能力。理论知识点不再是案例的主导, 而是作为演示案例的抽象推广。实践证明,对于《Java 程序设计》这门理论性和实践性都很强的课程,通过引入项目任务驱动教学法,进行项目实训,使理论和实践互相渗透,确实能够,激发学生的学习热情,改善教学效果,提高学生的动手实践能力,能更好地满足高职院校培养实用型技能人才的要求。
目前,我国制造业对既掌握数控技术又熟练数控编程、加工操作的中等职业毕业生需求越来越大,由于数控技术发展日新月异,教学内容与生产技术水平总是存在着滞后。教学经费投入的不足,限制了实验、实训设备及数控应用软件的投入与更新。为了满足社会对数控技术应用型人才的需求,更为满足我校毕业生的需要,我们对现有的教学计划进行了相应的调整:我校数控技术应用专业学制为三年,前两年在校学习理论知识、到校实训中心接受实验、实训,在理论学习期间,特开设了《车工工艺学》、《数控加工技术》、《数控编程与设备》、《公差测量与技术》、《机械制图》等十几门专业课和专业基础课,使学生的知识结构更趋于合理,为实训作了很好的铺垫,夯实了基础。后一年到企业顶岗实习,为更好地向企业输送合格的数控人才,把实训分四个阶段,以巩固和深化理论知识,提高和完善操作技能。
第一阶段:普车实训。
这一阶段是学习数控车床不能逾越的过程,学生在普通车床上实习、练习刃磨车刀,熟练操作车床,从加工端面、外圆、内孔、切槽开始,逐渐接触到螺纹各部分的尺寸计算和加工,特形面的加工,在这一过程中深刻理解刀具几何角度对切削加工精度和表面粗糙度的影响,进一步认识切削三要素Vc、ap、F在加工中的相互关系及其对工件质量的影响,掌握车床的调整方法,掌握切削的有关计算、了解常用工具、量具的结构,熟悉掌握其使用方法,合理地选择工件的定位基准,安排加工工艺过程。同时还须让学生知道只有完成这一阶段的实训任务,将来才有可能在数控车床上所编制的加工程序更为合理和实用。
第二阶段:仿真实训。
第一阶段的实训后,对学生进行技能考试,操作达到要求的学生到计算机进行数控仿真软件的练习,同时也能促进未选中的学生努力练习,激发他们的学习兴趣和竞争意识。首先让学生熟悉仿真机床的操作面板和录入面板明确每个按键的功能,建立工件坐标系的方法,如何选择刀具几何角度设置刀偏及刀补,详细地讲解每个过程。
在编程车削倒角时,可用两种方式:(1)把车刀刀位点指定在倒角起点处,再G01车削;(2)把车刀定位在倒角的右边延长线上,然后G01车削而成。同时让学生比较哪种方式更为简单和实用。
在普通螺纹加工中,让学生分别使用G92、G76螺纹循环指令来编程加工螺纹,在实训中让学生了解根据导程的大小和螺纹的精度高低选择不同的加工指令更为合适。G92直进式切削和G76斜进式切削。由于切削刀具进刀方式的不同,这两种加工方法有所区别,各自的编程方法也不同,造成加工误差也不同,工件加工后螺纹段的加工精度也有所不同。G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式进行螺纹切削,螺纹中径误差较大,但牙形精度较高,一般多用于小螺距高精度螺纹的加工;加工程序较长,在加工中要经常测量。G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削,牙形精度较差,但工艺性比较合理,编程效率较高,一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。在螺纹精度要求不高的情况下,此加工方法更为简捷方便。所以,学生要掌握各自的加工特点及适用范围,并根据工件的加工特点与工件要求的精度正确灵活地选用这些切削循环指令,然后编制加工程序,并自动加工。
第三阶段:数控加工。
在数控仿真软件加工出合格工件的同学先到数控车床上进行编程加工。由于仿真软件和数控车床是同一个界面,学生短时间内可熟练操纵机床,但需注意以下几点。
(1)要根据工件的材质,所用刀具的几何角度来选择不同的切削参数。经过普车的实训,这将不是难题。
(2)学生编制的程序要先经过图形模拟加工,程序正确后再进行对刀加工。
(3)在首件加工中合理使用程序暂定M00指令,在精加工前对工件进行测量,看是否需调整刀具补偿,最后加工出合格的工件。
(4)重点突出典型零件的工艺分析,装卡方法的选择、程序编制,调整加工和检验,如果有缺陷,应找出原因并修正。遵循由易到难、由简单到复杂、由单项到综合这一过程,重视在实践教学中培养学生的实践能力和创新能力。
对学生加工的工件,按小组进行互评。学生都有好胜心理,会对对方的工件一丝不苟地检查,不放过任何一个细节。最后教师根据实际情况给出综合性的评价,或者让学生保存自己满意的作品,激发学生的兴趣。学生的学习效果非常明显。
如此,学生能全面了解数控加工的全过程,深刻理解加工原理、机床工作过程、编程方法及制订工艺的原则,能够对数控机床加工中出现的常见故障予以解决,对将来从来数控工作上手快,操作规范,具备解决问题的能力。
第四阶段:总结提高。
老师和同学共同探讨实训经验及实践教学中遇到的问题。由于实训内容较多,机床种类全,学生在短时间内既要掌握机床的操作,又要对复杂零件进行合理的工艺安排和准确地编程加工,现场讲解具有局限性。将工艺分析及基本编程内容制成课件,能方便学生掌握和复习,多年来的实践证明这是行之有效的方法,优化实训的效果。数控实训教学过程:普车加工―仿真数控软件―数控机床加工,这几步走的教学方案能最大限度地发挥教学资源的使用性和经济性,尽可能避免事故的发生,缩短机床的人均占有时间,提高机床的利用率和使用寿命,如果能结合实际生产,其教学效果将更显著。
参考文献:
[1]程仲文.数控实训项目研究与改革.兰州工业大学,2007.
PLM体验中心选定的项目实现分层次训练,项目由易到难。项目按小组进行,提高了学生团队协作能力。实训a老师在项目中担任咨询师角色。以《内外轮廓的编程及加工》为例:
1.任务引入
1)本项目为零件的内外轮廓的编程及加工,对于刀具半径补偿、编程基本指令及格式、内外轮廓的加工要求、尺寸精度、坐标系确定、刀具确定、毛坯确定在上个项目中已经有所掌握。为了更好的完成此次任务,已按企业的生产实际建立项目小组,分三个小组、设一名组长,各组分别设有编程人员、机床操作人员及工艺员。
2)其次场景设计,本次课在数控开放实训中心加工区完成,各组主要完成加工图纸确定、坐标系确定、毛坯确定、加工路径确定、程序编制、加工及检测。
3)介绍内外轮廓常见的几何组成要素,编程要点。数控铣床中的内外轮廓特点:以长方形、三角形、圆形、多边形等单独或组合构成。程序构成:确定构成轮廓的各个坐标点,用G指令将其串连组成。
2.任务布置
1)加工图纸确定
结合数控专业中级考工要求,帮助初学者快速掌握内外轮廓编程方法及要点,图纸轮廓由典型的简单几何要素构成。各小组根据各自需求选择其中任意图纸作为本次课程的实施任务。
2)工件坐标系确定
编程时一般选择工件上的某一点作为程序原点,并以这个原点作为坐标系的原点,建立一个新的坐标系,这个坐标系就是工件坐标系(编程坐标系)。每一组的编程人员需在编程前确定工件坐标系,根据图纸要求以工件上的某一已知点作为编程原点。
3)加工路径确定
合理地选择加工路径可保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;使走刀路线最短,既可简化程序段,减少刀具空行程时间,也可提高加工效率。应使程序段数量少,以减少编程工作量。每组的同学应充分考虑程序量、加工效率、零件表面粗糙度、减少接刀痕迹等,选择最为合理的加工路径。
4)刀具确定
每组同学根据提供的工量具、刀具清单,结合图纸选择合理的加工刀具,计算确定主轴转速S和进给速度F。
5)毛坯确定
每组同学根据提供的工量具、刀具清单,结合图纸选择合理的加工毛坯。
6)程序编制及加工
3.任务实施
考虑学生的层次不同,本次课程由3位教师分别指导3组学员,分层次的给同学下达行到导向,引导学生掌握完成任务的基本思路、方法。并按学生的具体学情,化分学习小组,组内分工协作,完成“任务”,形成“作品”。
4.检验与评价
学生分组检验,并分组依次展示加工方案、加工零件等,由每一组的指导老师引导学生对零件进行讨论,找出问题、解决问题,并对其作出积极的评价。
5.作业布置
二、基于工作过程的项目式教学
学生阶段性的综合实训:实例项目通过PLM体验中心模拟企业产品的计划、设计、工艺、编程、仿真、零件加工,学生完成企业生产流程过程的体验,并对所学课程与企业岗位有一个清晰的了解和认知。以数控车教学应用为例:
1.学生自学
通过平台自学区,提供相关资料及扩展知识和问题,此活动可让学生体验工厂从类似项目中查找依据及变更设计。
2.任务下发
引出任务,并由老师把任务通过平台发送到各分组,此活动可让学生体验工厂企业项目组收到上级下发的任务,完成指定的功能。
3.小组讨论
小组进行任务分解并讨论后由组长准备展示,平台下组内交流,此活动可让学生体验工厂项目分析和任务分解
4.方案展示
各组由代表上台介绍组内讨论成果,并授受他组咨询,此活动可让学生体验工厂实步讨论后拿出方案,并授咨询。
5.老师讲授
老师根据各组反应出来的情况,就重点和难度问题进行讲解,此活动可让学生体验工厂专家组或项目经理进行权威性指导。
6.学生修正
学生再根据老师的讲授,修改之前所做的方案,版本控制,此活动可让学生体验工厂项目组根据专家的建议与指导,修改方案以满足要求。
7.任务提交
组长把最终方案发送给老师,并把成果上载到平台指定目录下,此活动可让学生体验项目组提交最终方案,并提交到文件管控部门备案。
8.审核点评
老师在收件箱中逐一审核并进行阶段总结点评,此活动可让学生体验工厂主管审核、审批。
9.代码传输
老师在车间下载代码,并通过DNC软件指派到机床,此活动可让学生体验工厂制造部门获取平台内的上级输出转为本级输入。
10.加工演示
老师在讨论区和机床上进行加工演示,调用视频监控,此活动可让学生体验工厂产品试制或标准加工规范。
11.成果点评
老师对各组实际的加工成果进行综合性评价,记入学生成长系统,此活动可让学生体验工厂产品质量检测与评级、入库。
PLM体验中心是先进制造流程实训与展示能力的融合。实现面向企业设计、生产过程的实训教学过程,支持高技能人才的培训和师资培训。提供面向典型零件的创新设计、制造工艺设计、产品仿真、虚拟试生产、制造过程管理的完整流程教学过程。
三、一体化讨论区
一体化讨论区教学是PLM体验中心教学中重要的一环,其目的是把理论教学与实践教学有机地融合在一起,解决教-学-做脱节,现场管理,少数资源(教师、机床、场地)与多数学生实践之间的矛盾。通过一个平台(教学资源管理平台),两个网络(视频采集网络和DNC传输网络),三个硬件(电子白板、触摸屏查询一体机、教学电脑)整合成一套既能方便教学(教学内容方便展示,学生任务易于查询等),又能直观地、实时地反应教学内容、实训现场情况的教学系统,促进理实一体化教学。一体化讨论区教学采用互动式教学,目标导向,分布实施,主要过程如下:
在整个一体化讨论区教学过程中总体分三个阶段:任务、实践、验收。
在任务导向阶段,老师通过资源管理平台把该项实训任务的图纸和要求投影到电子白板上,以方便学生清楚地看见任务目标和要求。该项实训任务主要理解的知识要点和技能训练要求通过丰富的课件资源进行简要的讲解,老师在机床上进行示范性操作,学生则通过电子白板观摩老师的规范操作。
数控加工技术是近30年发展极快的机械加工方式,其高速、高精度、智能化加工技术及装备已成为企业创新的代表,不断促使人们进行新的技术创新,中职数控教学中能够且应加强培养学生的创新思维。哪么,在数控实训教学中如何培养学生的创新思维呢?我觉得应从以下几方面进行。
一、抓住中职学生心理,激发中职学生创新兴趣
中职学生文化理论课相对较差,但他们非常喜欢动手操作,有强烈的好奇心,求知欲,而兴趣是创新的源泉、思维的动力,我们常说“兴趣”是最好的老师,哪么,在数控实训教学活动中,教师应在学生动手操作的过程中,利用学生的好奇心理,引发学生创新的兴趣,增强学生创新思维的动力,解决学生创新思维的动机问题。如在课程引入时,我们可以利用加工实例进行演示操作,学生一下子就被数控加工的自动化所吸引,为什么只要按一下启动键,机床就能做出多个动作,如主轴转了,刀架换了,还自动进行一刀刀的加工,有圆的,有锥的,加工完成后,机床自动停止,学生看了,议论纷纷,指指点点,兴趣一下子就上来了。只要学生有兴趣,我们就可以抓住他们的心理,把他们引入课堂教学中,利用学生的好奇心,鼓励他们积极思考,认真探索,学生的创新思维就会得到一定的发展。
二、与实际相结合,引导学生创新编程
在数控编程的教学过程中,如果只为编程知识而讲,学生容易乏味,激不起兴趣,在此情景下进行教学收不到好的效果,如果先给学生创设一问题情景,引导学生进入情景之中,使学生在情境激发的兴奋点上,寻求思路,大胆创新。如轴类零件加工编程教学中,可以展示一些知名企业生产的轴,或生活中常见的轴类零件,如自行车、摩托车、电风扇的转轴等,让学生以这此例子进行模拟编程加工生产;又如,可以列举与本校合作的企业情况,如与我校合作的广州某数控公司,专门生产压缩机曲轴及轴承,在编程教学时,可以让学生按厂方提供的图纸,进行编程加工生产。通过生活事例、与实际生产相结合的应用等方法,引起学生学习兴趣,既充分调动学习积极性,又可提高学生的自学能力、知识运用能力、对实际问题分析和解决的能力,还可以让学生了解企业的实际情况,引导学生进入创新的思维境界。
三、采用项目式教学,培育创新加工技术
数控实训实操教学中,如果只是按照教材的安排,进行指令的学习及操作练习,则学生很难会应用,更谈不上创新了。实际教学中,我们更多的是采用项目式教学,把一个相对独立的典型零件加工任务交予学生,让他们读图、选材、方案的设计与实施、编程与加工,到完成后的评价,都由学生具体负责,教师起到咨询、指导与解答疑难的作用。如在学习直线插补、圆弧插补、循环加工等的指令时,我都会采用相应的项目,让学生进行实操加工训练,通过一个个项目的实地进行,使所有学生了解和把握完成项目的每一个环节的基本要求与整个加工过程的重点难点,在学习中对比,在探索中发现,在实践中培育创新思维。
四、充分挖掘教材元素,加强学生创新意识
要培养高素质的技术人才,教师应充分利用教学时机,挖掘创新的元素,训练职中生的创新思维,在数控实训教学中同样存在着能训练学生创新思维的元素,应该把他们挖掘出来,不失时机的加强学生创新意识。
1、利用编程的灵活性,培养发散思维
数控实训操作中,编程的方式方法有多种,可根据实际进行编程,如简单的一个轴类零件项目的编程加工,编程时可以一刀一刀切削,也可以利用循环切削,也可以采用复合循环切削,另外,还可以进行慢速及快速切削,编程灵活多样,在实训教学中,我们可以根据不同的生产条件及要求,引导学生对应进行编程加工。利用编程的灵活性是训练发散思维的好方法,通过不同的程序,引导学生就不同的角度、不同的要求、不同的生产条件分析思考加工的情况。实训教学中注重发散思维的训练,不仅可以使学生熟练掌握数控编程中各种指令的运用,使编程思路开阔,而且对于培养学生成为勇于探索新方法、新理论的创新技术人才具有重要意义。
2、通过程序分析比较,培养收敛思维
学生在数控实训学习中,一些综合式的零件加工训练,如带螺纹的轴类零件加工、带圆弧过渡的轴类零件加工、外圆与内孔的加工、配合件的加工等,往往因各人加工的习惯、对编程指令的理解及运用会不同,因此,编写的程序也会有所不同,这时,教师应对这些程序进行分析,让学生在加工过程中进行比较,引导学生思考存在的问题与优缺点,最后,让学生在各种编程加工中总结出最佳的加工工序与程式,培养学生的收敛思维。
3、利用媒体及超软仿真软件,培养联想思维
工厂企业生产中的数控机床及系统在多种多样的,而教学上的数控设备及系统不可能也不必要太多太杂,但如果只针对现有的机床进行教学,学生一到工厂,往往会觉得不适应。在数控教学中,我们可充分利用媒体及超软仿真软件,这样,可以让学生学习到不同的机床操作情况,对比现有机床的操作,进行多角度地去观察思考问题,进行大胆联想,寻求答案,训练学生的联想思维。
关键词 :数控车床编程与加工 优化教学 典型工作任务
课题:本文系河南省职业教育教学改革研究项目“中职数控技术应用专业课程改革创新研究”阶段性研究成果,项目编号:ZJB14227。
在技工学校数控技术应用专业,数控车床编程与加工是与生产实际联系紧密的专业课,而目前中职学生普遍基础文化底子比较薄,之前很少接触过机床加工生产,理论知识难听懂,实训操作时害怕撞刀,从而感觉该课程枯燥无味,缺乏动手操作的勇气。在教学中,教师要通过精心设计、优化教学,营造一个轻松、愉快的一体化实训环境,优化课程内容,提高学生的学习兴趣,从而提高教学质量。笔者作为该课程的教师,在连续十多年的教学工作中不断探索总结,从中感悟出一些教学技巧,现谈几点粗浅认识。
一、专业课程体系的改革
随着机械加工自动化进程的发展,加工企业对数控专业技术技能型人才的需求量越来越大,同时对数控人才的要求也越来越高,尤其是技术技能操作型人才。技工学校数控专业的主要目标就是为企业培养一线技能操作型人才,因此专业课程体系整体设置不仅应适应现阶段中职学生的特点,还应结合企业和市场的实际需求。而我们在专业课程体系的设置上没有充分考虑学生今后就业的需要,专业基础理论课门数和内容过多,存在着知识理论性过强、技能训练部分较少等问题。针对这个问题,在专业基础课程设置时,应优先考虑公差配合与技术测量、钳工、AutoCAD、普通车工这4门专业基础课,还应采用以实训为主的“工学结合、做学教合一”的一体化教材。这4门课程在教学中都要采用“任务驱动、情境教学、项目教学、案例教学”等职业教育的教学方法。将金属材料、机械基础、机械制造工艺等作为选修课,增加数控车床的学时总量,提高其在专业课程中的主体地位。为提高学生的学习兴趣,学校为学生购买了关于数控车床操作的多种最新参考书籍,订阅了一些关于机械加工、职业教育方面的期刊;本校教师尝试编写数控机床编程与加工方面的校本教材,让学生多角度认识数控车床,增强学生在数控车床编程与加工中的创新意识。
二、数控车床编程与加工课程教学内容的改革
技工学校目前使用的《数控车床编程与加工》教材,其教学内容大都是参照大学或高职同等专业的数控车床编程与加工课程,过分地强调理论的系统性、完整性,把知识的讲授放在第一位,和技工学校学生的培养目标和实际情况相背离。技校绝大多数学生的基础文化知识比较薄弱,逻辑思维和运算能力较差,对复杂的理论和计算,很难全面透彻地掌握,但他们对动手操作却具有较高的兴趣。因此数控车床编程与加工教学应改变以传授知识为主的思想,突出一体化实训教学的特点,把操作能力的培养放在第一位。因此,在教学内容上,采用模块式课程结构,每个模块又分为几个典型工作任务,每个任务结构包括:学习目标、任务描述、任务分析、相关知识技术链接、任务实施、任务评价、思考与练习、总结提升等几个阶段。譬如,在讲到轴类零件的加工任务实施时,教师为加深学生对整个加工过程的理解,可以让学生先在计算机上仿真:开机回零编程输入安装工件安装刀具手动试切对刀程序模拟自动加工测量。编程之前要确定加工工艺方案:加工图样分析、先加工哪一端、后加工哪一端、如何装夹工件、刀具选择、加工工艺路线拟定、节点坐标、切削用量、编程指令、程序格式、加工过程分析、尺寸和形位精度测量、先仿真演示,后独自进行练习,遇到难题在老师的引导下分析解决,直到熟练地完成加工的全过程。师生互动、分析总结后,再到数控车床上输入程序、对刀加工。这样既提高了学生的自信心,又不会出现撞刀等安全事故。
三、教学方法的改革
数控车床编程与加工课程传统的教学方法就是课堂讲授法和实习演示法,教师以讲为主,学生以学和练为辅;理论与实训脱离,师生缺少互动。随着职业教育培养目标和教学方法的改革,传统的“填鸭式”教学方法已不能满足新的教学要求,教师应在教学实践中,勇于创新,不断改革教学方法,从而达到培养出适合于职业教育特点的技术技能型人才的目的。对教学方法的改进可以从以下几个方面着手。
1.在教学过程中运用类比教学方法
譬如,把数控装置的组成及工作过程与计算机的组成及工作过程相类比:硬件都有输入∕输出接口、运算器、内部存储器(RAM∕ROM)等组成;软件都有管理软件、控制软件、应用软件(数控系统的应用软件是加工程序)。数控机床的键盘与计算机键盘也很类似。通过类比,让学生觉得那些复杂的概念、原理不再遥不可及,而是在生活中随处可见,从而让学生从心底产生一种想学习的冲动。例如,数控车床加工与普通车床加工相类比,工件几何精度要求、刀具、切削用量、加工路线、测量等有许多共同之处;加工的适应性、特点、速度、节奏、工序集中程度等有许多不同处。类比能够使一些复杂的问题简单化,使数控技术技能教学达到事半功倍的效果。
2.应用探究式教学方法,加深每个任务知识的记忆和技能的熟练程度
在营造企业数控加工原型的问题情境中进行探究,教师首先要帮助学生拟订合理的计划,选择恰当的时机,提出一定的问题和给出必要的资料,由学生自己动手去仿真练习或者在互联网上查阅,来寻求问题的答案。这时,教师起到一个导演的角色,指导、规范学生的探索过程。这个过程可以由单个学生完成,也可以由学生小组(3个人一个小组,每个小组一台数控车床)来完成。要加强培养学生寻求合作的团队精神。经过探究过程,学生要把自己的仿真操作过程或者查阅的资料进行总结梳理,得出自己的结论和解释。不同的学生或者团队可以就同一问题提出不同的解释或看法。不要怕出错,不要怕反复,要让他们能够将自己的结论、想法清楚地表达出来,大家共同探讨。例如,在学到数控车床坐标系时,教师让学生探究前置刀架和后置刀架可能出现的各种坐标系,最终让学生引导到笛卡尔右手坐标系的坐标轴关系上来。标准规定:主轴轴心线为Z轴,刀具远离工件的方向为Z轴的正方向,然后据笛卡尔右手坐标系的坐标轴关系确定X轴;探究机床坐标系和工件坐标系的关系;查询笛卡尔坐标的来历等。让学生有趣地在互联网上查找机床坐标系和工件坐标系的知识,观察坐标系现象,并运用前面所学过的相关知识解释数控机床坐标系必须统一标准的理由。
3.利用情境教学法,取得优秀教学效果
情境教学法的核心就是激发学生的情感。数控车床编程与加工情境教学,是在对数控车床编程与加工内容、企业加工实例进一步提炼和加工后才影响于学生的。诸如技能竞赛上优秀加工案例的作用、生动形象的语言描绘、课内游戏、师生角色互换、工艺分析、程序分析、加工视频等等,都是寓教学内容于具体形象的情境之中,也就自然存在着潜移默化的暗示作用。情境教学法就是要在教学过程中引起学生积极的、健康的情感体验,充分利用右脑的直观体验,提高学生学习的积极性,使数控车床加工操作成为学生主动进行的、快乐的事情。情感对认知活动的增力效能,给我们解决目前技校学生中普遍存在的学习动力不足等问题以新的启示。情境教学法要求创设的情境就是要使学生感到轻松愉快、耳目一新。专业技术课教学的实践使人深深感到:欢快活泼的课堂气氛是取得优秀教学效果的重要条件,学生情感高涨和欢欣鼓舞之时也是知识技能内化和深化之时。这样,学生就会走出理论知识难懂、操作怕出事故的困境。
四、教学手段的改革
教学手段是在教学过程中所运用的方法、软件和硬件资源,是中职师生获取新知识、新技术、新工艺的有效途径。现代化教学手段为数控车床编程与加工课程教学增加了便捷性、趣味性。
1.充分发挥典型加工实例在教学中的作用
根据国家、省、市技能大赛,获取数控车床编程与加工经典实例,反复研讨分析,让师生共同练习,提高技术技能水平。聘请社会上、优秀企业中的能工巧匠做兼职教师,给学生进行加工实例的操作讲解,提高学生数控加工练习的趣味性和真实性,丰富感性知识,减少学习中的困难,开拓师生的眼界,发展学生的观察和思维能力。为就业后职业能力的提升做好铺垫。
2.提高学生的计算机操作技术,加强对互联网、校园网上的数控技术技能资源的利用
师生共同制作数控车床编程与加工的PPT、视频等课件。通过智能手机、iPad、计算机等网络终端,通过微信、微博、易信、QQ、电子邮件等媒介,师生相互传递,更好地理解和掌握教学内容,丰富学生的知识技能范围。
五、评价体系的改革
根据教学的内容和标准,利用一定的评价方法对教学过程及预期的教学效果给予评判。而现有的评价大都是一学期一次期末考评,这种评价方法太单一,距我们推行的素质教育相去甚远。因此,传统的评价体系必须改革,这就要求我们要建立一个较为科学的评价体系,通过评价让学生认识到自己的收获和不足。评价也不要过于复杂多样,要以鼓励和赏识为主,让每一位学生都能获得自信和动力。
1.一体化实训过程评价
在实训过程中,布置一些项目或任务,对学生完成项目或任务的过程记录评价,并让学生自己总结。
2.典型任务考评
轴类、套类、螺纹类零件编程与加工等每一项任务,对学生加工工件的尺寸、形位精度和表面粗糙度等质量要求进行考评。
3.技能鉴定考评
1 引言
《数控铣实训》是一门实践性很强的专业课程。通过这门课程的学习,不仅要求学生掌握相关的数控铣床加工编程理论,同时还应具备数控铣中级工实践技能水平。实训课程是实现学有所用的重要途径,实训课程的改革与建设是专业改革和建设的基础。在国家对数控人才大量需求的前提下,我们在数控铣实训课程的改革中引入情境设计教学法,按照校企合作、工学结合、情境导向、任务驱动的课程改革模式,对数控铣实训课程中的教学方法、过程及内容进行了重新整合,以情境模块为主体,以综合培养为目标,改革的主要目的是使学生获得职业能力,满足当今社会对数控人才的需求[1]。
2 情境教学法的设计及理念
情境教学法主要以情境为主体引导学生正确的学习方向,使学生由被动学习转为主动学习,采取教中学,学中做,以学生为中心,工作过程系统化的教学方法,科学的教学设计,将学习内容转化为具体的情境,通过过程考核来检验学习效果[2]。
3 情境教学法的实施步骤
情境教学法是在任务明确的情况下,将学习内容转换为具体的情境模块[3],在设计学习情境前,应熟悉本专业教学计划,掌握本领域的能力目标和教学内容,教学内容即是每个学习情境的具体体现,将教学内容划分为七个学习情境,通过这些学习情境的设计培养学生适应各个岗位的能力。
3.1 布置
组织教学:布置实训任务,分组、站位、分工
实训目的:分析图纸,了解加工技术要求、参数、工艺等
3.2 优化
组织教学:听取采纳学生意见和建议、协助学生完成工艺过程的制订
实训目的:工艺分析与工艺路线设计、工件装夹定位
3.3 计划
组织教学:制订加工计划,分析加工中的重点和难点
实训目的:编制加工工艺规程和加工程序,通过图形仿真模拟校验加工程序
3.4 实施
组织教学:装夹、找正、对刀建立工件坐标系、建立刀具半径补偿值、工件加工
实训目的:零件加工、机床维护保养、团队合作
3.5 检测
组织教学:通过自检、互检、教师抽检的方法检测工件
实训目的:零件检测、分析误差原因
3.6 考核
组织教学:程序编辑、对刀建立工件坐标系、加工方法以及知识点采取过程考核
实训目的:能够独立操作机床完成工件各工序加工
3.7 总结
组织教学:根据学生实际情况针对加工中典型问题进行集中讲解,分析零件加工质量
实训目的:自我总结在加工过程中存在的问题,分析零件加工质量并提出改进措施,填写实训报告
4 情境模式教学内容的设计
教学内容的设计容下:
项目名称:平面凸廓类零件工程图
教学目标:
(1)掌握数控铣床程序的编制与调试数控加工程序。
(2)掌握数控铣削加工工艺的制订。
(3)能够正确选择刀具、夹具、量具以及切削用量的确定。
(4)掌握数控铣床刀具补偿功能的正确使用以及刀补值的计算。
(5)掌握零件质量的检验与分析。
下面以平面凸廓类零件为例零件如图1所示
能力目标:
1 专业能力:
(1)会选择轮廓铣刀
(2)会编制轮廓零件加工程序
(3)会操作机床铣削轮廓零件
2 方法能力:
(1)会编制轮廓零件数控铣加工工艺
(2)会检测分析轮廓精度及补偿
3 社会能力
(1)培养独立分析和解决问题的能力
(2)培养团队协作能力
4 教学方法
任务教学法、情境教学法
5 教学组织
全班40-50人分两组,每一组分成四小组,由两位实训指导教师共同指导。
6 教学环境
标准化实训中心
7 教学资源
数控铣床
8 教学内容:
(1)数控铣床编程以及程序的调试过程
(2)零件铣削加工工艺的制订
(3)零件加工刀具、夹具、量具的选择和切削用量的确定。
(4)刀具半径补偿功能的应用以及粗、精加工刀补值的计算
(5)工件检测与质量分析
(6)常用编程指令介绍
(7)设备维护与保养常识
教学重点、难点:
(1)常用编程指令介绍
(2)数控铣加工编程的基础知识
(3)刀具半径补偿功能的应用
(4)工件质量问题分析以及处理方法
学生应具备的能力:
(1)具备读图能力
(2)具备机床的基本操作能力
(3)工件检测与质量分析以及解决方法
5 结束语
采用情境教学法,教师除具备基本的教学方法之外,教师还应学会变通,根据实训过程中的实际情况和每个学生的差异进行针对性的教学指导,以学生为本,将理论与实践结合起来,使学生掌握专业操作技能的同时,不断提高学生的独立思考能力以及创新能力。实训教师应该加强巡回指导,重视学生反馈,加强过程管理,加强安全防范意识,加强学生动手能力,针对动手能力较差或不愿意动手同学应采取引导措施。 数控铣实训对于学生是学习的过程,对老师是不断提高的过程。教师在教学中要关注专业动向不断改进教学模式,完善教学方法,不断提高教学质量,为社会培养出更多理论知识扎实,实践本领过硬的优秀人才。
参考文献