思維導圖在“數控加工技術”教學中的應用研究

楊延華

(西安航空學院 機械工程學院，西安 710077)

0 引言

“數控加工技術”是機械設計專業的一門專業必修課程，是學生系統掌握數控加工知識的主要課程?！皵悼丶庸ぜ夹g”的理論性和應用性較強，課程中的知識點多，用到的專業基礎知識也比較多，這就需要學生具備識圖能力，具有公差與互換性、金屬材料及熱處理、機械加工技術、機械加工工藝等多學科的知識。但是，由于學生在學習過程中知識碎片化比較明顯，缺乏基礎知識應用實踐訓練，導致學生將基礎知識和專業知識相融合的能力較差，以至于在學習這門課時存在著學習了后面的內容，對前面學過的知識點遺忘較嚴重的現象。這就使得學生不能將整個課程的學習內容連貫起來，對課程的整體認知不夠全面，不能扎實地掌握所學的知識點，課堂上對授課內容似乎能夠聽懂，但是課下對實際問題的分析卻漏洞百出，甚至無從下手。因此，如何幫助學生系統地掌握專業知識點，使其能直觀地了解本專業的整體知識體系，實現實踐和創新能力的提升是一個值得研究探討的課題。

1 思維導圖

思維導圖是20 世紀 60 年代由英國著名心理學家托尼·巴贊創造的一種新的思維模式。這種新的思維方式以顏色、圖像、關鍵詞、曲線為要素來開發大腦的記憶力潛能和發散性思維[1]。思維導圖來源是腦神經生理的學習互動模式，并且具有發散性思考能力和多感官學習特性。這種思維方式不僅幫助使用者加大資料的積累，而且還可以依據數據彼此間的關聯性進行分層分類管理，使資料的儲存、管理及應用更加系統化，從而增加大腦運作的效率。同時，思維導圖利用左右腦的不同功能，輔助顏色、圖像、符號的使用，不但可以協助使用者進行記憶、增進使用者的創造力，也讓思維導圖更輕松有趣，且具有個人特色及多面性[2]。針對以往學生在學習“數控加工技術”課程時存在的知識點抽象、零散不容易記憶、前后知識不連貫等問題，我們可以利用思維導圖來改變學生對數控知識的認知方式，因為思維導圖是促進思維激發和思維整理的可視化、非線性思維的工具，用它來幫助學生實現學習內容圖形化、思維過程可視化以及零散知識點的一體化，有助于激發學生的學習動力并輔助理解學習內容[3]。

2 思維導圖在“數控加工技術”教學中的應用

2.1 思維導圖在課程設計中的應用

課程設計是課程教學中的重要環節，是教師上課前對所講知識進行梳理，找出最優的教學手段的過程。在課程設計中，把重點內容作為一節課的主線，其它一些抽象的、散亂的知識點通過不同的圖像、線條將其與主線相連，建立關系，使其在內容上成為一個整體性、系統性的體系，在視覺上做到美觀、明了，將抽象的知識變為可視化，這種體現方式可以使設計者以宏觀和全局的視角把握設計內容，并且根據不同的情景和不同的教學目標實現學習任務、情景和目標的完美結合[3]。Conole 和Weller[4]為英國開放大學研究開發了一種學習設計項目，這種設計方法可以更好地為設計和再利用開放教育資源 (OER) 提供一種工具。在研究過程中，思維導圖作為一種有效的教學設計工具被應用，它可以幫助設計者實現預期目標，是有助于組織和表現設計內容的工具。另外，這種工具使設計者在設計過程中能夠有效地展示和整理設計思路?？傊?，思維導圖可以更加直觀的將教師要講授的內容表達出來，實現教學設計的最優化。

以數控加工工藝一節為例，介紹思維導圖在“數控加工技術”課程設計中的應用。數控加工工藝思維導圖見圖1。工藝分析中的主線是工藝分析的過程，工藝分析的內容就是圖1中所展示的六個大分支，用圖形、線條和關鍵詞來表述。因為各個分支之間有相互的聯系，為了加以區別和使圖形看起來更美觀，這些聯系用曲線連接，能夠快速引起學生的關注并充分發揮了大腦思維的“想象”與“聯想”的特點，使其右腦的圖像思維與左腦的文字和邏輯思維相結合，從而對圖1整體的圖示內容更加容易理解。通過思維導圖，可以直觀地看到圖1零件圖分析與其它幾個分支的聯系，圖1零件圖中標注的輪廓尺寸、精度、粗糙度，技術要求中注明的材料和熱處理條件等，都與實際加工中所使用的機床夾具、刀具有一定的關系。另外，思維導圖建立了具體的加工路線與切削量的選擇關系，這樣學生就可以把工藝過程的前后關系整理清楚，并能在學習本課程過程中和其它一些專業基礎課程建立起聯系，從而挖掘學生大腦的記憶力潛能和發散性思維，將零散的知識點歸納統一，那么整節課程的內容就變得有條理，同時也培養了學生的歸納總結能力。

圖1數控加工工藝的思維導圖圖2刀具選擇思維導圖

圖2所示的刀具選擇思維導圖則是以圖1中的刀具選擇為例展示思維導圖的應用。對于學生來說，僅知道刀具的選擇原則，要在眾多的刀具中選擇出合理的加工刀具仍然是比較困難的。在圖2中可以看到刀具的選擇是以工步設計為依據的，不同的工步選擇不同的刀具，典型的刀具圖片也可以使學生認識刀具，這樣就可以幫助學生形象地了解如何選擇刀具。

2.2 思維導圖在課程教學中的應用

在課程教學中，思維導圖在通過板書或多媒體呈現給大家的同時，已經將這些復雜的知識通過與主線相關的各種圖形將其相互的聯系的層級圖展現給了學生，這種形象直觀的教學方式比傳統的純文字的講授方式更能有效地刺激感官，促使學生加深印象，幫助理解和記憶，激發和提高學生的學習興趣。以半徑刀補這一節為例，半徑補償思維導圖如圖3所示。

圖3 半徑補償思維導圖

圖3中用四層圖將半徑刀補章節中需要掌握的主要知識點都呈現出來，教師通過提出“什么時候可以不用頻繁的計算刀具中心的坐標來編寫程序” 的問題引入半徑刀補的概念，進而詳細地分析什么是半徑刀補？刀補的指令有哪些？如何區分半徑刀補？講清楚刀補的格式之后，通過實際例子來讓學生了解半徑刀補的應用，那么課前提出的問題通過修改所用刀具的半徑刀補的大小就解決了。屬于拓展的知識點是：實際加工時，如果用半徑刀補粗銑或者刀具在加工過程中發生磨損，在不改變程序的前提下，可以通過改變刀具的半徑補償值來實現合格零件的加工。通過思維導圖，教師可以清楚的把半徑刀補的應用、分析、注意事項逐一進行講解，從而讓學生對“如何不計算刀具中心的運行軌跡，而是直接用零件圖中的尺寸來確定坐標點”這一問題的提出、分析、解決的過程有了更加直觀地了解。

2.3 思維導圖在課后學習中的拓展應用

思維導圖源于對思維的激發和整理的需求，課后拓展應用是學生對課堂教學知識鞏固和提高的重要環節，是對觀點和思路的整理和拓展的過程。通過思維導圖的拓展應用可以有效提高學生獨立解決實際問題的能力。學生通過思維導圖展示的各個知識點的相互關系，可以很好地了解整個課程的知識體系，把握重點內容，這樣學生就可以自己建立起課程的知識框架，通過掌握這些知識體系，也易于其他專業課程的學習。對于高級水平的學生而言，應該學會運用思維導圖發掘自己的創造力，將所學知識歸納總結，并將個人的見解有效地運用體現于思維導圖中，可以有效激發新想法，產生新創意[5]。學生只有將所學知識融會貫通，才能真正提高自學能力和創新能力。

坐標系在“數控加工技術”課程中是非常重要的知識點，坐標系的知識點在基礎章節和“數控車”“數控銑”講解中都有涉及，學生容易出現學新忘舊的現象，不容易將不同章節中坐標系的知識點聯系起來，通過坐標系思維導圖，學生就可以將所學的坐標系相關的知識點聯系起來。坐標系思維導圖如圖4所示。

圖4 坐標系思維導圖

圖4左側的“坐標系的規定”是坐標系的基本概念的知識點，是“數控加工技術”課程基礎章節中要掌握的重點內容。右側的“機床坐標系”“工件坐標系”主要講了數控車和數控銑中坐標系的應用，是“數控車”和“數控銑”兩章中的內容，不同章節中坐標系內容的側重點不同，但又互相關聯。學生可以將“機床坐標系”和“工件坐標系”通過 “數控車”和“數控銑”兩個章節的學習總結出來，對比兩者的異同點，然后和坐標系的基本概念建立起聯系，對坐標系知識進行全面的梳理。這樣，既可以對坐標系的基本理論加深理解，又可以對不同機床的坐標系的設置方法的應用進行比較，且可以通過本課程的坐標系知識體系結構，自學其他機床的坐標系的設置，開拓學生對坐標系知識的認知。

3 結語

在“數控加工技術”課程中運用思維導圖進行輔助教學更能有效地表達教師最優的教學設計，使學生在學習 “數控加工技術”課程時能夠有效的將課程的全部內容通過思維導圖相互關聯，并建立起本課程的知識框架。運用思維導圖授課，彌補了傳統“數控加工技術”課程教學模式知識點彼此孤立、零散的現狀。利用思維導圖明確的知識點的層級關系來表述數控加工工藝和指令編程的內容，不僅使學生構建起系統的知識體系，還可以培養學生分析問題能力、邏輯思維能力和自學能力，教學效果顯著。