《数控加工编程》课程知识结构分析|什么是知识结构
时间：2019-04-16 03:30:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：《数控加工编程》课程知识结构的关联性体现在工作过程的有序性和学科知识的系统性上。考虑学生学习的心理过程，这种结构要与学生的知识结构同化。本文分析了该课程的知识结构构成，探讨了进行这种结构分析对教学过程的影响。
关键词：数控加工编程；课程知识结构；教学设计
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）07-0085-02
《数控加工编程》课程知识结构分析的意义
基于工作过程开设的《数控加工编程》课程是现代机械制造类专业的核心专业课程。通过学习该课程，学生不仅应掌握数控机床加工的编程知识和编程技能，而且要在提升专业能力的同时提升方法能力和社会能力，以便更快、更好地适应就业后工作岗位的要求。
分析课程知识结构有利于提高课程教学的质量。基于工作过程的课程，其内容强调职业工作的整体性，而不是缺乏有机联系的知识点或技能点；其学习过程强调工作过程的完整性而不是学科完整性，强调将专业能力培养与方法能力培养融为一体，避免学生学习的内容零散、孤立、无法有效应用。应通过分析课程的知识结构，建立一种以工作过程为主线索，兼顾知识的系统性的课程知识结构构架，使各个知识点或技能点之间有明确的关系，使知识结构既具有相对完整性和稳定性，同时又具有开放性，使得学生学到的知识可以实际应用，学到的技能便于发展和扩充。
教师剖析课程的知识结构，能够指导自己的教学工作。学生自主地构建关于加工和编程的知识结构，不仅能获得一定的知识、技能和经验，而且还能找到获取编程知识和技能的有效途径与方法，提升自我检查、自我评价、自我改进的能力。因此，教学过程能充分体现学生的主体性，有利于提高学生的职业能力，拓展学生的发展空间。
分析课程知识结构有利于提高课堂学习的效率。学习和掌握课程知识的过程也是学生已有知识、技能与新课程内容结构同构的过程。教师应通过分析课程的知识结构，明确各个知识点之间的内在逻辑联系，更合理地安排教学内容及其顺序，采取更为优化的教学策略。组织好了的学习材料，能使学生识记容易、理解充分、应用得心应手，便于学生更迅速、全面、合理地构建工作过程所需的知识构架。教师在谙熟课程结构的基础上，寻求课程知识结构与学生知识结构之间的同构，能有效引导学生的主体活动，使学生以较低的时间和精力成本，建构起加工和编程的知识框架。
《数控加工编程》课程知识结构与学生已有知识结构对比分析
数控加工的基本工作过程可概括为：分析零件图→分析加工工艺性→根据现有条件拟定加工工艺→编写数控加工程序→仿真加工。这些工作包含既前后相续，又交叉关联的两个部分：工艺和编程。一方面，我们要先确定加工方法、顺序、工艺，然后编写程序、操作机床进行加工。工艺的内容反映在程序中并通过程序来实现。某些工艺要素，如机床、工装等的变化，会直接影响程序的编制。另一方面，在考虑编程的方便性等因素时，也有可能修改工艺。因此，在课程教学过程中，要综合应用工艺和编程两方面的知识。
在学习此课程之前，学生基本都学习了制图、材料、机械制造基础、加工工艺基础、计算机应用基础等课程，并进行了钳工、车工、铣工等的实训。因而，在学习数控加工、走刀路线、程序编辑等知识时，学生已经具备了一定的加工工艺基础知识和操作经验。但是他们毕竟少有实践应用，实际加工经验还很不足，工艺知识常常成为学生学习编程的一个薄弱环节。事实也证明，学生在工艺方面的知识不足和经验欠缺往往成为编程的最大障碍。况且，学生先修课程的掌握程度不一。因此，在制定和实施教学方案时要有弹性，要留有余地。
按设备和加工方法分类，数控加工编程可分成车床编程和铣床（加工中心）编程。这两者有联系也有区别。在学生学习过程中，两者可以互为促进，也可能互相干扰。例如，对铣床加工基本移动指令的掌握可以比较顺利地从车床加工指令迁移过来，但换刀指令、补偿指令、固定循环指令等在学生初学时，又常常容易混淆。因此，在教学时要加强对比。
各部分知识之间存在纵向的关系，也存在横向的关联，可将所有知识都纳入一个工作任务中，得到有组织的课程知识结构图。以车床加工编程为例，如图1所示，框格和框格之间的线段表示课程所需学习的知识及其类属关系，带箭头的线段表示知识应用过程，虚线框和虚线箭头线段表示工作内容和工作流程。
图1表示了数控车床加工编程的知识内容、知识应用，以及与岗位工作过程的关系，比较清楚、直观地反映了某部分知识在整个知识结构中的位置及与其他知识的关系。
教师可将图中的各部分一层一层地往下细分，以备不同教学阶段使用；也可以进一步添加其他先修课程的知识等，用来检查本课程的学生预备状态并巩固已学的相关知识。如果横向并列扩展，可得到铣床和加工中心的知识应用图。在教学过程中，呈现于学生的知识结构图应伴随学生知识结构的不断延展而细化和丰富，并应根据需要进行调整、修正。
从学习的心理过程看，课程中的学习可分为符号学习、概念学习、智慧技能学习、学习技能学习等。如果沿着这一维度去丰富知识结构图，则按照心理学的原理，可将课程知识归为两大类：陈述性知识和程序性知识，前者涉及事实、概念、规律、原理等，后者涉及经验、策略等。例如，数控编程指令代码的符号、名称和指令格式等属于简单的陈述性知识，而编程指令的使用条件、适用范围、程序优化规则等属于复杂的陈述性知识。陈述性知识解决“是什么”和“为什么”的问题。编程的步骤、方法、程序范式等则属于程序性知识，要用到陈述性知识而成为智慧技能，在解决“怎么做”和“怎样做更好”的问题中，培养学生的专业技能和学习能力。
《数控加工编程》课程知识结构分析的应用
对课程知识的结构剖析，可以得到课程在不同阶段、不同层次的知识结构图，不仅可用来帮助教师进行教学规划，同时也能帮助学生有效学习。
教师应根据对课程知识结构的分析结果，选择适当的学习材料并将其合理整合到学生的学习过程中，针对学生已有的知识结构、心理特点，有的放矢地设计教学过程。 总体看，课程知识结构的分析既体现出知识的系统性、工作过程的有序性，也体现出这两者之间的相互影响。教学设计首先就要注意从全局着眼，在教学中要注重前后内容的连贯性、完整性，将这种思路贯穿教学的各个阶段、落实到每一堂课。学习过程宜采用“问题引导、任务驱动”的教学法，体现工作过程的完整性。这种逻辑关联，使得学生在完成一项项工作任务中，在一次次的学习过程中，学习的每一个知识、每一项技能都像自然生长出来一样鲜活而有生命力。
遵循知识和技能学习从易到难、从简单到复杂的过程，在安排学习任务时，应从单一项目，到综合项目，设定学习情境。如对车床数控编程，应从直径单调递增的圆柱面、圆锥面的简单阶梯轴加工，到带凹槽的阶梯轴加工，再到圆弧面轴类加工、螺纹面的轴类加工；从轴类加工，到盘类加工；从轴类，到兼有内外面的套类零件的加工；从加工直线、圆弧构成的回转体，到应用宏程序加工没有加工指令的椭圆、抛物线回转面等。随着任务的难度增加，学生也经历了编程与操作从需借助外力，到能独立完成，从生疏，到熟练，进而熟能生巧的过程。
学习过程不完全等同于工作过程，有时不妨寻求避难就易、迂回曲折、螺旋上升的方式。例如，学生在加工经验不足的情况下，对工艺问题往往“视而不见”，不考虑工件材料、生产批量、现有条件、设备型号、工件装夹等。对于某些学生来说，一下子考虑太多的工艺参数难度太大，那么，允许他们暂时“绕道而行”，经验积累到一定程度后再按生产实际要求去修改工艺和程序，也是一种切入任务、分步骤地达成课程目标的途径。
知识结构分析可以清晰地提示我们在学习过程的不同阶段要采用不同的教学策略。在学生知识储备不足的学习初期阶段，如学习编程基础知识时，采用替代式教学策略效率高，储备知识有限和学习策略不佳的学生可以获得学习成功。在具备一定基础后，采用产生式的教学策略，如在应用编程和仿真阶段，学生自己安排和控制学习活动，在一定范围内自选任务，灵活调节完成时间，能使得学习更具主动性，思考更加深入，并产生、改善具有个性特征的学习策略，提高学习能力。
在学习编程的开始阶段，要熟悉常用编程代码的符号和名称，属于学习简单的陈述性知识，主要是符号表征学习和事实学习，学习难点不是理解，而是如何记住。可以采用复述、联想、组织归类等方法，通过检查和预先告知要检查，提示学生注意巩固。
开始学习车床或加工编程后，需要掌握编程指令的格式、含义、适用范围和应用方法，这些更多涉及概念和命题。如果学生能充分理解指令的含义和应用，则有助于记住指令的格式。而在不同应用背景下指令格式亦会有变化，这是学生在学习到一定阶段后较容易出现的难点。如G41X50Y50D01中隐含的G00或G01的意义等。教师要优选学习材料，在实例精讲的基础上，根据不同工作条件，设计多样化的变式练习，并及时反馈，使学生能比较顺利地掌握概念，并应用于编程过程中。
学习编程到一定阶段后，概念越来越多，知识之间互相干扰的情况也越来越多，要注意经常对材料进行组织、对比。可以采用列结构提纲、画树形图、填表等方法来理清概念关系。碰到先后两种相似材料的学习易于相互干扰的时候，还可采用对先前的材料过度学习的策略。
应根据知识类型的不同，采用不同的教学手段和方法。比如，对陈述性知识，采用结合实例、讲授为主的方法，配合各种记忆策略，辅以练习和讨论，强调其对实操的指导意义。而对程序性知识，以示范讲授、实训操作法为主，辅以小组合作、讨论，强调应用知识，不仅知其然，还要知其所以然。
从学生角度看，学生参与课程知识结构的分析，有助于将新的知识融入自己原有的知识结构，并检查、评价自己已有知识结构的合理性、完善性，监控和调节自己的学习过程，建构更为合理的知识结构，使学习和思考更具积极性与主动性，从而促进学习技能进步。教师应指导学生自主画出知识的应用关系图，帮助其明确任务要求，了解问题背景，迅速切入问题实质，从而应用相关知识、规则、策略去解决生产实际中的加工编程问题，进而在变化的情境中也能适当地应用规则和策略，提出问题、分析问题、解决问题。这是一种有效提升学生职业能力的途径。
学习过程和工作过程一样是一个动态变化的过程。应根据课程的知识结构特点，从宏观，到微观，从时间分配，到内容安排，从教学策略的更替，到教学手段和方法的选择，全面调控教学过程。学习进程表现出进度的快与慢，知识呈现的难与易，要求的强与弱，呈现时的直接明了与迂回曲折，渐变与突变，教与学，思与做，程序的读与写、写与改，编程与仿真操作，个人学习与小组讨论或师生互动，学习与评价、反馈与改进，乃至教师语速大小、音量高低，学生情绪起伏、注意力集中与否等等。课程知识结构分析能帮助我们把握住这种种的关联和变化，就像谱写一首曲子，是连续而不是支离破碎的。我们完全可以期望学生将来能把现在所学知识、技能、方法迁移到其他数控系统加工编程的学习中。
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作者简介：
盛雪华（1962—），女，湖北武汉人，武汉软件工程职业学院副教授，研究方向为机械制造、数控加工与编程教学。
