項目教學法在中職課程教學設計中的探索與實踐
——以《多軸數控機床編程與操作》為例

徐蘭英，葉幗珊，馮思晨，伍 強

（1.廣東技術師范大學 機電學院，廣東 廣州 510665；2.廣東技術師范大學 汽車與交通工程學院，廣東 廣州 510665）

0 引言

教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部預測2025 年中國高端數控機床技術工人的缺口將達到450 萬[1].除了數量上的需求之外，企業對人才的質量要求也逐步提高.中等職業學校作為數控機床操作型人才的主要來源，承擔著培養高技能型人才的重要責任.《多軸數控機床編程與操作》是中職數控技術應用專業的專業核心必修課程，在專業課程體系中占有重要的地位.調研發現當前中職《多軸數控機床的編程和操作》課程教學存在學生關鍵能力未得到提升、教學內容與崗位實際不符、教學評價體系無法達到效果等諸多問題，嚴重影響了人才的培養質量.

項目教學法既不同于技能訓練課程，也不同于任務本位課程，它能最為有效的凸顯職業教育特色，培養學生職業能力[2].洪長禮首先對項目教學法的培訓效果展開了探究，將項目教學法引入實踐教學中[3]，此后越來越多學者致力于項目教學法的研究.茍維杰[4]將項目教學法應用到《數控機床與應用》課程中，在項目實施過程中通過學生分組、知識點講解、演示引導、模仿訓練、練習總結五個步驟提高學生的學習積極性.蔣景惠[5]比較了傳統教學手段和項目教學法在數控車工實踐教學中的應用，并演示了手工棋盤加工的項目教學過程.王茜[6]在論證了項目學習法在中職數控銑削教學中的優勢和價值后，制定了開展項目教學的具體措施.這些研究為項目教學法實施過程及效果提供參考與驗證，但并未充分結合企業崗位實際需求與工作過程，本文基于項目教學法，從《多軸數控機床的編程和操作》課程存在的問題入手，結合企業崗位實際需求選擇教學項目，基于工作過程設計項目教學過程，以促進學生職業能力的培養.

1 《多軸數控機床編程與操作》課程整體設計

1.1 課程內容的分析

課程內容的選取需要充分考慮其典型性、層次性和趣味性，重新調整適用于當前中職學生的教學內容，對各章節內容適當取舍，優化組合[7].同時依據企業崗位實際需求及工作過程的調研結果，本文在市面上已有教材的基礎上對課程內容進行了調整，具體體現在：新增針對安全生產基礎知識、設備安全操作與維護保養、數控機床管理、制造類企業崗位簡介等內容的講解，加深學生的職業認知和安全意識；課程內容應以企業典型加工案例來展開，同時對多種知識點進行整合；增加高腳杯、餐盤模型、燈罩模型等生活用品、大力神杯、大肚彌勒佛等藝術品來增強項目的趣味性.課程內容的組織首先必須符合課程內容的層次性和學生的思維習慣，基于此本文將課程內容分為認識數控加工、數控車床編程與加工、數控銑床編程與加工三個模塊.在認識數控加工模塊結合數控操作員崗位三維模型繪制－多軸加工程序編制－設備操作與零件加工的工作過程進行編排，體現順序性；數控車床編程與加工、數控銑床編程與加工模塊分別由六個加工項目構成，各項目之間由淺到深，由易到難，各項目又分成若干個子任務，通過一步一步地完成子任務最終完成整合項目.在項目教學法中，項目與任務之間的關系是需要考慮的問題.項目與任務之間的關系主要有三種類型：循環式、分段式和對應式[8].本文采用循環式來形成項目與任務之間的關系.《多軸數控機床編程與操作》課程內容的完整架構（見圖1）.

圖1 《多軸數控機床編程與操作》課程內容的完整架構

1.2 課程目標的制定

在項目教學的理念中，更強調對知識整體學習和對知識的綜合運用，立足于項目完成的整個過程進行評價，項目教學理念下知識與技能的目標，最大的不同是靠項目來聯系知識點與技能，以項目為載體，重構以往的知識結構，將以往學習的各種知識進行關聯.在項目教學的視角下，對《多軸數控機床編程與操作》課程三維目標的分析，同時結合數控專業人才培養中所強調的培養能完成企業職業崗位工作任務，熟悉職業崗位工作流程的職業技術人才，本文制定了具體的教學目標（見表1）.

表1 基于項目教學的《多軸數控機床編程與操作》課程目標

2 《多軸數控機床編程與操作》課程項目教學的實施

在《多軸數控機床編程與操作》課程項目教學整體設計中，一共設計了12 個項目，本節以模塊三項目六“大力神杯”銑削加工項目為例，介紹項目教學法的具體實施過程.在教學實施階段，課前學生通過線上自學進行預習、課中通過項目教學的“項目引入－項目計劃－項目實施－項目展示－項目的評價”五階段開展，課后進行應用拓展.

2.1 課前項目準備

由于大力神杯外觀和形狀較為復雜，在零件的三維建模、工件裝夾以及程序編制上都具有挑戰性.因此教師課前需明確“大力神杯”銑削加工項目的教學重點及難點（見表2）.學生課前登錄雨課堂平臺，進行線上考勤，查閱與“大力神杯”加工項目有關的學習資源，進行線上學習，主要包括：查閱項目任務指導書、學生工作頁，觀看教學視頻，完成課前檢測等.學生通過課前線上學習初步了解學習內容，激發學習興趣，明確項目任務.

表2 “大力神杯”銑削加工項目教學重難點

2.2 課中項目實踐

2.2.1 組織上課

通過雨課堂平臺進行考勤，組織分組：班級36 人，通過自愿與教師安排相結合的原則進行組織，分為6 組，每組6 人，共用一臺銑床加工設備，三臺計算機；實訓服裝檢查、并進行安全教育.

2.2.2 答疑解惑

在這一環節通過學生提問、教師解答的方式解決學生課前線上學習出現的疑問，同時，教師通過課前檢測的結果反饋對關鍵性知識及重難點進行集中講解.在答疑環節主要解決編程規范、工藝分析、刀具選擇等問題：（1）教師在屏幕上演示大力神杯建模的基準選擇和各項指令，重點講解逆向建模技術，演示利用三維掃描儀進行點云數據提取、數據點云處理及逆向建模的方法.（2）教師提問學生制作大力神杯零件需要用到哪些工藝，總結工藝制定標準；（3）教師演示部分程序的編制，總結加工策略、驅動方法、所用刀具、加工參數設置、坐標設置的方法和規范；（4）教師發布編程任務的說明，讓學生展示編程結果，教師邊檢查邊糾正；（5）教師展示刀具圖片，讓學生判斷哪個刀具在切工件會出現欠切或過切？提升學生對刀具選用的能力.

2.2.3 項目導入

學生觀看世界杯足球賽阿根廷奪冠后手捧大力神杯歡呼慶祝的視頻，教師借助這一素材引導學生意識到足球世界中的內涵精神：團隊協作、意志品質、奉獻及抗挫折能力.緊接著教師創設情境，發布任務：剛剛過去的第22 屆世界杯足球賽引發了全球廣泛關注，現接到一批訂單，生產2000 個大力神杯的小掛件，大力神杯尺寸的相關圖紙及加工要求已發布至雨課堂平臺，請各小組按圖紙要求完成大力神杯的加工項目.

2.2.4 項目計劃

小組明確需要完成的項目之后，登錄雨課堂平臺查看加工圖紙、任務指導書、學生工作頁等.小組內選出一名小組長，小組長負責對整個項目實施過程進行監測，統籌協調，同時通過討論，確定每位組員的崗位角色和具體工作任務，崗位角色分為分析員、三維建模師、程序編制員、仿真分析員、機床操作員、質量檢測員六個，并明確各個角色的任務.各小組討論分析加工特征，并根據現有的設備資源明確工序和編程路徑.項目計劃制定后，提交給教師，教師與學生進行探討，引導學生找出方案存在的問題，以便學生優化方案.最終，在教師指導下，學生明確粗加工、半精加工和精加工所使用的工序命令，確定最終項目實施方案.

2.2.5 項目實施

在項目實施環節按照圖紙分析－三維建模－工藝分析－程序編制－仿真分析－機床加工的過程展開.

在圖紙分析階段，教師呈現“大力神杯”實物，向學生提供紙質版項目任務指導書、學生工作頁，再次向學生強調任務一圖紙分析的具體任務，并結合實物簡單講解零件幾何特征.然后，各小組的分析員協調小組各成員明確各部分的技術要求，分析零件各表面特征，預設將要用到的三維繪圖命令.

在三維造型階段，教師通過計算機上的紅蜘蛛系統發布大力神杯三維建模文件，三維建模師組織各小組成員使用建模軟件中的設計功能完成零件的三維建模.在此過程中，學生若有疑問，可尋求教師的指導，教師提供幫助，解決學生在建模過程中遇到的疑問.

在工藝分析階段，分析員根據圖紙技術要求，結合教師講解，主持小組成員討論加工過程，確定“大力神杯”零件的加工方式、加工路徑及工藝參數，如使用的夾緊裝置、夾緊裝置的類型、進給路線、進給速度，主軸轉速度，切削速度和切削深度等.小組結合現有的資源，綜合分析制定加工工藝方案，教師聽取學生的匯報，檢查每組制定的加工工藝方案的具體內容，提出改進意見.

在零件程序編制階段，程序編制員組織小組成員共同討論分析確定最優編程方案，并采用POWERMILL 軟件對大力神杯進行程序編制（見圖2）.編程的步驟為：先導入大力神杯模型、建立坐標系、選用毛坯、選擇加工刀具及加工方法、再進行加工操作、設定好加工參數、最后生成加工刀具路徑.教師在此過程中，巡回指導，及時指出學生編程中出現的問題.

圖2 大力神杯編程過程圖

在程序仿真階段，教師通過VERICUT 軟件，演示仿真程序的步驟和方法，提醒學生用紅色表示過切、碰撞和其他干擾，用藍色表示殘留體提示.各組仿真分析員組織小組成員運用VERICUT 軟件進行模擬仿真加工（見圖3）.

圖3 大力神杯仿真過程

在機床加工階段，在進行機床加工任務之前，教師強調安全操作、8s 管理等注意事項，機床操作員及小組長負責統籌本小組的成員完成機床加工這一任務，使用三爪自定心卡盤裝夾毛坯，做好校正等準備工作后，將傳輸程序到機床，按啟動按鈕進行刀體五軸加工.圖4 為大力神杯機床加工過程.在此過程中教師進行巡回指導，防止出現撞刀等情況，若出現此類情況及時解決.

圖4 大力神杯機床加工

2.2.6 項目展示與評價

大力神杯零件制作完成后，教師組織各小組進行項目展示與評價，每個小組推選一位代表匯報本組項目的方案、項目的分工、項目的完成情況及完成項目過程中遇到的問題及解決方法，并進行項目成果展示，其余小組及教師根據該組的匯報情況進行打分.匯報完成之后，組織各小組進行質量互檢，質量互檢完成后對各小組及教師綜合匯報表現及質量完成情況對各小組進行綜合打分，選出最具完成度的小組；小組互評后進行個人自我評價及組內互評，綜合表現選出小組最具貢獻力的成員.最后由教師針對本次項目的實施進行總結與評價.

2.3 課后總結與拓展

項目完成后，學生要對本次項目開展的全過程進行梳理，在梳理的過程中找出項目實施過程中存在的不足，并提出改進意見，撰寫個人項目總結并形成小組項目總結報告.學生在截止日期前登錄雨課堂平臺，按要求完成課后作業，教師及時批改，針對學生較為突出的問題進行解答.在此基礎上，教師在討論區提出拓展性問題，通過設置討論題，將課堂知識延伸到課外，拓展學生的知識面，學生積極參與到討論中，感受學習的魅力.

3 《多軸數控機床編程與操作》課程項目教學的實驗設計及效果分析

3.1 實驗設計

本次實驗的研究對象選取廣東省F 市職業技術學校數控技術應用專業1 班為實驗組，2 班為對照組，實驗組采用項目教學法，對照組按照教師講解、演示—學生實操的教學過程開展教學.本次實驗周期為十周，最終依據實驗組及對照組的課程成績、問卷調查結果對本次教學效果進行分析.

3.2 學生前后測成績對比分析

收集實驗組和對照組學生的《多軸數控機床編程與操作》前后測成績作為實驗數據，前測內容為模塊二項目二—錐面軸零件編程與加工的理論考核與實踐考核；后測內容為期末理論考核與實踐考核，然后使用SPSS 配對樣本t 檢驗對所得出的實驗數據進行統計和分析.

在這兩項測試之后，對實驗組和對照組學生的測試成績分別進行了配對樣本t 檢驗.通過對實驗組和對照組前后測成績的橫向與縱向對比來分析項目教學效果的顯著性.分析內容為實驗組內部在實驗前后的成績，實驗組與對照組前后測成績對比，其中E1 代表了實驗組學生前測成績，E2 代表了實驗組學生后測成績，C1 代表了對照組學生前測成績，C2 代表了對照組學生后測成績.數據分析如下（見表3）.

表3 實驗組與對照組前后測成績統計分析

從表3 可知，實驗組的后測結果（平均分78.387）明顯高于前測結果（平均分70.310）.但是，由于前測和后測的內容不同，為了驗證項目教學法的有效性，有必要對實驗組和對照組的后測結果進行比較.由于后測試卷是期末測試卷，測試內容范圍較大，難度較前測試卷稍高，對照組2 班后測成績（均分70.166）略低于前測成績（均分71.052），但成績波動幅度不大.由于兩組的測試問題相同，實驗組和對照組在前測中的平均分差異不大（P=0.334），說明兩組學生在教學前的學習基礎相似.在后續教學中，教師改變了教學方法這一變量，在實驗組中采用項目教學法，對照組保持原來的教學方法不變，并保持其他變量不變.對照組前后測成績無明顯差異（雙尾值大于0.05），實驗組前后測成績具有顯著性差異（雙尾值小于0.05），且后測成績明顯高于前測成績（見表4）.由此可見，項目教學法對學生數控機床編程與操作課程考核成績的提升有著顯著的作用.實施項目教學法后，實驗組學生的理論知識的掌握和操作技能均有了較大幅度的提升.

表4 實驗組與對照組配對樣本檢驗

3.3 學生教學滿意度問卷調查

為了進一步了解學生對項目教學法的態度，學生滿意程度，以便后續改善教學，針對實驗組的38 名學生進行問卷調查，共發放問卷38 份、回收問卷38 份，有效問卷率100%，調查問卷結果（見表5）.

表5 調查問卷結果

由表5 可知，項目教學法能夠提高學生的學習積極性，提高自我效能感，自主學習能力與合作能力在項目學習中得到提高，總體上項目教學法受到學生們的認可度較高，學習效率得到提升.

4 結語

《多軸數控機床編程與操作》課程注重學生動作技能、智慧技能等各項基本技能的習得與運用，傳統的講解、演示—學生實操的教學方法已然不適用于當前的中職課堂.項目教學法將教學過程分為“項目引入－項目計劃－項目實施－項目展示－項目的評價”五個階段，學生通過小組合作探究、個人獨立思考、將所學的書本知識與實際操作結合起來，有計劃、有組織、有決策地完成項目，通過完成項目來達到能力的提升.試驗分析表明，項目教學方案在學生中的接受度較高，實施項目教學法后，學生的階段性考核成績及期末考核成績均有所提高，學生的自主學習能力與合作能力在項目學習中得到提升，學生的職業素養更為突出，學生的綜合表現優秀，總體教學效果令人滿意.