新工科背景下數控加工技術課程教學改革研究與實踐

賴曲芳，付鵬，楊紅飛，胡淑芬

（江西農業大學工學院，江西南昌330045）

為應對新一輪科技革命和產業變革，提升綜合國力，國家實施了創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略。我國經濟迎來了快速發展時期，呈現出新業態、新技術以及新產業三大特征，人工智能、大數據被廣泛應用在生產生活中。2017年，教育部提出了新工科的概念。而數控技術作為高校一門交叉性學科，其融合了計算機、電子、電氣傳動、機械制造以及自動化控制等科學內容，該技術是推動制造業朝著自動化、柔性化、智能化、集成化方面發展的重要保障，也是現代制造業技術的重要組成部分，是自動化專業與機械制造專業的一大核心課程，該課程不但注重理論教學，更注重實踐教學[1-3]。在新工科背景下，對高校而言，應該積極培育出符合現代制造業需求的實踐型人才。但是，傳統的數控加工技術課程的教學內容與教學方式已不適應新形勢下對工科人才培養的目標，這便需要相關工作者積極探尋改革數控技術實踐教學的新路徑。

1 數控技術課程教學的現狀

就當前高校開設的數控技術課程分析，主要包含兩大部分，分別是理論部分與實踐部分，前者則是以課堂教學為主，而后者所占比重較低。因此在該門課程的教學過程中，絕大部分教師則是按照教學大綱對數控技術的相關理論知識與編程指令等予以講授。由于學生缺乏對數控技術相關知識的感性認識，學習目標不夠明確，方向感不強，學生普遍反映學習起來比較枯燥乏味，學習興趣不佳。長此以往，導致在課堂教學中，學生喪失了主體地位，并且該課程主要是通過考試的方式判定學生學習是否合格，如此降低了學生學習的積極性與主動性，分析問題和解決問題的能力不足，所以教學效果不太理想。在實踐教學過程中，由于課時較少，導致學生實際動手的機會較少，常常以觀看教師操作為主，不能真正動手實踐，達不到新工科本科的基本要求。

針對目前傳統的數控加工技術課程教學存在的局限性，我們教學團隊提出了以“學生為中心”的教學理念，以培養創新型卓越工程人才為目標的培養目標，引入項目驅動教學法，培養學生的工程實踐能力，同時開展混合式教學，優化教學模式，結合數控仿真軟件，提高教學水平。在教學過程中，讓學生成為教學中的主體，教師為引導者，提高學生的自主能動性，強化學生對問題的分析和解決能力，幫助他們今后更好地勝任崗位工作。

2 新工科背景下數控技術教學改革內容和方法

2.1 以培養創新型卓越工程人才為目標，改革教學理念與培養目標

隨著新產業、新技術、“互聯網+”等新經濟迅猛發展，教育部提出了新工科概念來應對新形勢的快速發展。我國提出并實施新工科的最終目標是培養創新型、多元化的新型人才，從而為未來工業發展提供人才保障。因此，傳統的教學理念已不適用新時代的發展，需改革其教學理念和培養目標。根據新工科的建設要求，該團隊提出以“學生為中心”，以培養創新型卓越工程人才為目標，培養學生成為服務國家戰略、滿足產業發展需求、引領產業發展方向、適應未來科技發展所需的工科人才。將理論教學與實踐教學有機結合起來，使學生的工程理論知識扎實，而工程實踐能力強，以便更好地滿足未來對創新型卓越工程人才的需求。

2.2 引入項目驅動教學法，培養學生的工程實踐能力

相比于其他科學而言，數控技術兼具應用性與實踐性的特征，如此一來，在教學中除了需要學生掌握理論知識，更重要的是掌握基本的數控操作與編程的技能，其中實踐教學的內容包含了數控加工工藝、數控編程、數控機床操作等[4]。簡而言之，數控技術的實踐是由實現數控加工零件——圖紙——實物的全過程，該過程具有連續性和系統性。而傳統的實踐教學手段不能幫助學生形成工程化、系統化的理念，因此要想解決上述問題，首先需要形成一條能夠將各個實踐單元結合起來的教學主線，而項目驅動教學便具備該作用。

項目驅動教學提倡在教學過程中將項目作為主線，凸顯學生的主體地位，而教師主要發揮指導作用。在剛開始教學時，教師只需將一個比較完整的項目任務布置給學生，然后由學生自行調查研究項目任務，設計項目方案，根據該項目實施，并將產品進行展示，進行自我評價。在整個教學中，教師發揮的是監督者與引導者的角色，學生在教學活動中擔任主體，教師對理論知識進行講解后，由學生自行對問題進行分析和解決，整個項目完成，具體實施過程中見圖1。

2.2.1 項目的確定

在開展項目驅動教學時，最關鍵的一環便是確定項目，而項目設置是否合理直接決定著教學的效果。因此在設置項目時應當遵循以下原則：第一，實用性原則。即設置的項目盡量與生產實際相貼近，條件許可可以選擇工廠實際加工的項目。第二，可行性原則。即在設定項目時注意難易度，不可過難，也不可過于簡單，如果難度過大，學生會失去對項目實施的興趣，產生挫敗感。第三，綜合性原則，項目設計不能過于單一，需要通過多種知識和操作技能才能夠完成項目。

項目的實踐教學選用了一套結構較為簡單的塑料蓋注塑模具加工，4～5人為一小組，每一個小組負責自身注塑模具板塊的加工，項目設置情況見表1。表1中根據實際數控加工生產常見的工種分別設置了兩大模塊，均需要應用數控工藝的相關知識與機場操作實踐予以加工。

表1 項目設置

2.2.2 實施方案工藝制定

項目任務確定后，根據模具各板塊的零件圖，在指導教師的指導下，制定模具各板塊的加工工藝。

2.2.3 項目實施

圖1 項目教學的過程

在實踐教學中，最重要的階段便是項目實施，需要學生按照實施方案的具體工藝，對相關文獻和資料進行查閱，小組合作認識與理解項目任務，在此基礎上確定工作思路，分工進行。在此過程中，教師應全程跟蹤學生的進展情況并及時解答學生的疑問。項目以4～5人為一小組，每組推選一名小組長，安排小組成員學習、討論、分析并制定工藝。借助網絡通信，構建師生的學習交流群，以便教師隨時掌握學生項目的開展情況，及時回答學生提出的問題，保證項目加工順利開展。最后，各組按照裝配圖紙的要求，將所加工的零部件統一組裝起來。

2.2.4 項目的考核與評價

學生完成項目作品后，首先各小組之間進行相互檢查，互評打分；指導教師根據學生制定的工藝合理性、零件加工精確度、裝配完成情況等對學生的項目作品進行綜合評定，最后完成項目驗收。

2.3 開展線上線下混合式教學，優化教學模式

隨著現代化信息技術的飛速發展，互聯網逐漸融入社會各領域，“互聯網+教育”的教學改革在各大高校如火如荼地進行，隨之微課、翻轉課堂、混合式教學、遠程教學等各種教學模式應運而生，有效的優化和補充了傳統的粉筆+PPT教學模式。

中國大學MOOC、智慧樹、超星泛雅等教學平臺具有數控技術課程，其中南京航空航天大學游有鵬教學團隊和西安交通大學梅雪松教學團隊在“愛課程”中開展了數控技術精品課程，該課程在宏程序、插補算法、伺服驅動控制等方面進行了詳細的講解，要求學生對復雜零件進行工藝的制定和數控加工。該課程在智慧樹“知到—教師版”APP中開展了翻轉課堂，每節課后安排了相應的作業，并在線上進行答疑。通過線上線下混合式教學，優化了教學模式，提高了學生的培養質量。

2.4 充分利用數控仿真軟件，提高教學水平

通過數控仿真軟件的應用，學生提前熟悉數控系統的操作界面，可以直觀地檢查出程序編寫以及加工過程中存在的問題。仿真加工檢查沒有問題了，再到數控機床上加工，從而避免意想不到的錯誤，減少安全事故的發生。

該校建立了由1臺教師機和20臺學生機組成的數控仿真模擬實驗室，配備了數控仿真模擬系統，具備多種數控系統機床操作全過程和加工運行環境仿真的功能，優化數控技術的教學手段，有效的彌補了數控機床的不足，大大減少了設備、工件材料和能源的消耗，降低了實踐成本，而且也不存在安全問題，學生可以獨立、大膽地進行學習和練習，有效保證了數控加工實踐的效果和安全。

2.5 科學合理制定考核方式

數控技術的課程考核方式一般有兩部分組成：期末成績（80%）+平時成績（20%），其中平時成績包含學生考勤、作業、實驗這幾部分內容。數控技術是理論與實踐相結合的課程，學生除了需要具備扎實的理論知識基礎，還需要掌握數控編程與操作的專業技能，如此便需要對考核方式進行優化，提高實踐成績比例，將課程成績調整為：期末成績（60%）+平時成績（20%）+實驗成績（20%），從而提高學生的動手實踐能力。

2.6 完善師資隊伍建設，提高指導能力

習近平總書記在北京大學同師生座談時說：“教育興則國家興，教育強則國家強。高等教育是一個國家發展水平和發展活力的重要標志。……人才培養，關鍵在教師。教師隊伍素質直接決定著大學辦學能力和水平。”[5]首先要培養教師良好的師德師風。數控技術是一門實踐性較強的課程，許多教師不具有工程背景，所以教師需提高自身的工程意識、工程實踐能力與工程創新精神[6]。學校每年可安排若干個青年教師到企業掛職鍛煉，直接參與企業的工程項目設計、開發和研究，參與企業的生產實踐，提高操作技能及解決工程實際問題的能力[7-8]。

3 結語

在新工科背景下，面對新形勢，新任務，各大高校都在不斷地探索課程新的教學方法。該文提出了以“學生為中心”的教學理念，以培養創新型卓越工程人才為目標的培養目標，引入項目驅動教學法，培養學生的工程實踐能力，同時開展混合式教學，優化教學模式。結合數控仿真軟件，提高教學水平。提出了更加合理的考核方式，提高學生動手實踐的能力。不斷加強和完善師資隊伍建設，提高教師的指導能力。通過數控技術的教學改革，讓學生成為教學中的主體，教師為引導者，調動了學生學習的主動性與積極性，提升其分析與解決問題的能力，以便更好地符合未來社會對新工科人才的要求。