面向新工科的數(shù)控技術(shù)課程建設(shè)探討

丁順良 高建設(shè) 賈志剛 侯伯杰

（鄭州大學機械與動力工程學院 河南鄭州 450001）

在我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的背景下，為了主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，貫徹落實國家“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，促進新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式的國家一系列重大戰(zhàn)略深入實施，提升國家硬實力和國際競爭力，高等教育也積極引入了先進的教學理念和全新的教學模式，新工科理念隨之誕生。這一理念的提出為我國高等學校工程教育提供了新的發(fā)展方向，其目的在于引導高等工程教育的改革，更好地適應(yīng)國家經(jīng)濟社會發(fā)展的需求。新工科背景下的高等學校教育是以立德樹人為引領(lǐng)，以適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展為建設(shè)理念，以創(chuàng)新與融合為主要途徑，來培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型、多元化工程人才的系統(tǒng)工程［1］。在國家重大戰(zhàn)略需求下，工程教育急需進行內(nèi)部改革和創(chuàng)新，重視人才培養(yǎng)質(zhì)量而非數(shù)量，使學生在接受高等教育的過程中，除了掌握基本的專業(yè)知識之外，還應(yīng)形成核心競爭力，成為實現(xiàn)國家戰(zhàn)略發(fā)展目標、強化國際競爭力的重要驅(qū)動力量。數(shù)控技術(shù)是工程教育的重要組成部分，面對新時代科技和工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)專業(yè)也應(yīng)不斷改革與創(chuàng)新，積極探索新工科理念下的新課程體系、新教學方法、新教學內(nèi)容等，培養(yǎng)出更多滿足社會實際需求的創(chuàng)新型專業(yè)人才，促進社會經(jīng)濟穩(wěn)步提升。

1 新工科的特點與要求

全球范圍內(nèi)，新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的進程不斷加快，為了增強國家科技競爭力，有關(guān)部門進行了創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重要措施的深入實施。目前，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)等為主要特點的新經(jīng)濟進入了蓬勃發(fā)展階段，大數(shù)據(jù)、人工智能等高科技技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。當今社會對于人才有了更高要求，當代大學生必須要有適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的能力，還應(yīng)具備較強的創(chuàng)新能力和較高的專業(yè)技能水平。新經(jīng)濟的不斷發(fā)展給新工科人才提供了更多展現(xiàn)自我價值的機會，新工科專業(yè)強調(diào)學科的交叉，更注重傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)與新興工業(yè)技術(shù)的融合，新工科人才應(yīng)成為具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、領(lǐng)導能力和實踐能力的各類交叉復合型卓越工程科技人才。隨著新工科研究與實踐項目的啟動實施，新工科成為當前高等工程教育的前沿領(lǐng)域，而推動工程教育改革的基礎(chǔ)和核心在于學科體系中實踐教學的改革。因此，在新工科背景下，作為人才培養(yǎng)工作的一項重要內(nèi)容，只有對課程建設(shè)不斷改革和創(chuàng)新，才能適應(yīng)工程教育對于人才培養(yǎng)的要求，才能在應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中占領(lǐng)先機。

在新工科理念下，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，制造業(yè)廣泛應(yīng)用了大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，逐漸向著信息化、智能化轉(zhuǎn)型，這給傳統(tǒng)課程教學模式帶來了挑戰(zhàn)。高校作為高素質(zhì)專業(yè)人才培養(yǎng)的主要陣地，滿足新工科的發(fā)展需求，培養(yǎng)出更多符合社會需要的創(chuàng)新型人才，是眾多高校共同面臨的難題［2］，高校應(yīng)對當前工科背景下課程教育進行改革，積極尋求科學高效的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式，以達到新工科對于專業(yè)特色建設(shè)和人才培養(yǎng)的更高要求。

制造工業(yè)基礎(chǔ)是國家綜合國力與實力的重要體現(xiàn)，而制造業(yè)發(fā)展離不開數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)是機械工程專業(yè)的核心課程，是機械行業(yè)的核心技術(shù)，對我國制造業(yè)整體發(fā)展有著重要作用，機械產(chǎn)品、大國重器的制造都與數(shù)控機床有著密切聯(lián)系。高端數(shù)控加工技術(shù)是“中國制造2025”規(guī)劃的重要發(fā)展領(lǐng)域之一，而數(shù)控技術(shù)作為機械工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，是一門理論與實踐并重的課程，強調(diào)工程應(yīng)用背景及解決實際工程問題的能力，對于培養(yǎng)機械行業(yè)創(chuàng)新型人才起到非常重要的作用。因此，在新工科背景下，構(gòu)建與工程應(yīng)用相銜接的經(jīng)典理論教學內(nèi)容、積極開展教學模式創(chuàng)新、培養(yǎng)學生學習的積極性和主動性、處理好教與學的關(guān)系，成為數(shù)控技術(shù)課程改革的首要任務(wù)。

然而，目前數(shù)控技術(shù)課程存在人才培養(yǎng)目標與國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需求脫節(jié)、學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛能未得到充分開發(fā)等問題，不能滿足“新工科”背景下工程教育的要求；課程教學內(nèi)容理論性和綜合性較強，而能幫助學生理解知識點的實際工程案例較少，并且課程內(nèi)容與專業(yè)前沿研究以及工程應(yīng)用脫節(jié)，難以讓學生體會到課程的重要性；教學手段與教學形式單一，新方法、新技術(shù)、新理念、新模式未能較好地融入課程當中，嚴重阻礙了學生對“機械工程”內(nèi)涵的系統(tǒng)了解和專業(yè)認知；教學過程中過分強調(diào)專業(yè)知識，而忽略了對學生服務(wù)國家服務(wù)社會情懷的培養(yǎng)，也忽略了對學生保護國家技術(shù)安全的教育。因此，以培養(yǎng)國家需求的創(chuàng)新型工程人才為目標，改進教學目標、教學內(nèi)容和教學手段，在“新工科”背景下進行滿足工程教育標準的數(shù)控技術(shù)課程建設(shè)具有非常重要的意義。

2 數(shù)控技術(shù)課程的主要特點

2.1 教學內(nèi)容涉及范圍廣

在數(shù)控技術(shù)教學過程中，其教學內(nèi)容涉及很多學科的知識，知識點較為碎片化，各知識點之間的關(guān)系并不密切［3］。例如，在數(shù)控加工工藝知識中，涉及制造工藝設(shè)計、刀具選擇以及夾具設(shè)計等機械制造專業(yè)的知識，還涉及數(shù)控編程方面的內(nèi)容，需要學生掌握CAD軟件的使用技巧等。而在伺服系統(tǒng)中，學生則需要對電工電子、傳感器以及控制等方面的知識有所了解，這些知識點與制造工藝知識的關(guān)聯(lián)性并不強。

2.2 知識更新速度快

數(shù)控加工中心、新型編程與仿真軟件、復合機床等新技術(shù)新工藝紛紛涌現(xiàn)，使得數(shù)控技術(shù)知識的更新速度很快，學生必須要具備較強的思考能力和創(chuàng)新能力，才能適應(yīng)這些新技術(shù)的發(fā)展。但教材的更新速度較慢，導致教學難度增加。

2.3 實踐性強

隨著數(shù)控機床自動化程度的不斷提高，根據(jù)不同的加工零件進行分析、編程、選擇刀具等具有很強的實踐性。在進行數(shù)控機床操作過程中，要根據(jù)具體的機床與零件進行分析，并精心設(shè)計合理的加工工藝、路線，這就要求學生要具備較強的實操能力。

2.4 綜合性強

數(shù)控技術(shù)涉及多學科知識，這就要求學生具有較強的知識綜合應(yīng)用能力。數(shù)控機床也是典型的機電一體化產(chǎn)品，在設(shè)計、加工時不僅要考慮到技術(shù)問題，還要考慮到經(jīng)濟、生產(chǎn)組織以及管理等問題［4］，這樣才能充分發(fā)揮多學科的優(yōu)勢互補。

3 數(shù)控技術(shù)課程的教學現(xiàn)狀

目前，數(shù)控技術(shù)課程教學主要包括了理論和實踐兩部分。理論部分主要以課堂教師授課為主，而實踐課程教學內(nèi)容較少。在數(shù)控技術(shù)教學過程中，很多教師都是按照教學大綱來為學生講授相關(guān)的理論知識和編程指令等，學生對于數(shù)控技術(shù)的整體概念缺少認識，對專業(yè)知識的學習較為迷茫，并且學習過程較為枯燥乏味，很難對這些理論知識產(chǎn)生學習興趣，這導致學生在課堂教學過程中逐漸喪失了主體地位。除此之外，數(shù)控技術(shù)課程主要通過理論考試的方式來考核學生的學習情況，很容易降低學生學習的積極性，影響了學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，達不到預期教學效果。另外，由于實踐課程中機床和課時都較少，學生通常都是觀看教師操作，并不能親身體驗動手操作的過程，這限制了學生實踐操作能力的培養(yǎng)。

4 面向新工科的數(shù)控技術(shù)課程建設(shè)策略

4.1 及時更新教學理念和培養(yǎng)目標

新工科理念的提出旨在培養(yǎng)更多創(chuàng)新型、多元化的工科人才，以幫助學生適應(yīng)新形勢，促進我國經(jīng)濟發(fā)展［5］。目前，傳統(tǒng)的教學理念已經(jīng)不能滿足學生需求，高校應(yīng)對教學理念進行更新，樹立新的人才培養(yǎng)目標。根據(jù)新工科提出的新要求，高校應(yīng)將學生作為教學主體，將創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)作為新的育人目標，將學生培養(yǎng)成滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求和國家發(fā)展戰(zhàn)略的創(chuàng)新型人才。高校在教學過程中應(yīng)將理論和實踐相結(jié)合，讓學生在教學過程中掌握扎實的理論知識和實踐技能，更好地適應(yīng)新時代工科人才的發(fā)展形勢。

4.2 將相關(guān)課程融入數(shù)控技術(shù)課程

面對新工科建設(shè)，高校應(yīng)將現(xiàn)有數(shù)控技術(shù)課程與其他相關(guān)學科知識相互結(jié)合，促進新興工科的良好發(fā)展。數(shù)控技術(shù)課程是綜合了計算機、自動化、電氣、檢測、機械、材料等多學科而形成的一門交叉學科課程，學生只有充分掌握了這些相關(guān)課程的知識，才能對數(shù)控技術(shù)的內(nèi)涵有更加全面、整體的理解。因此，高校應(yīng)在數(shù)控技術(shù)課程教學中科學、合理地融入其他相關(guān)學科內(nèi)容，不僅能讓學生對理論知識有更加深刻的認識，還能引導學生發(fā)散思維，增強學生的知識運用能力和創(chuàng)新能力，這也與我國大力支持交叉學科發(fā)展的理念一致［6］。與此同時，高校教師還可以根據(jù)教學主題組織課程教學活動，幫助學生將有關(guān)的理論知識和工程實踐聯(lián)系起來，提高學生對工程問題的整體認知水平。例如，數(shù)控技術(shù)與材料的成型與加工關(guān)系密切，高校應(yīng)將材料學科相關(guān)知識合理融入數(shù)控技術(shù)課程教學中，材料的性能對數(shù)控加工有著直接的影響，使用不同的材料其加工技術(shù)也會有所不同，數(shù)控加工應(yīng)充分考慮到材質(zhì)問題，從而尋找最佳加工工藝和方法；另外，數(shù)控加工的設(shè)備較為復雜，怎樣通過機電控制系統(tǒng)有效控制數(shù)控加工工程，提高加工質(zhì)量，這不僅有助于數(shù)控技術(shù)的良好發(fā)展，還能促進機電系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用；數(shù)控技術(shù)中的插補原理與算法關(guān)系密切，好的插補算法能大大提高數(shù)控加工過程的效率和精度，有效降低數(shù)控加工成本，新開發(fā)的數(shù)控插補算法也能有效提高計算機技術(shù)水平。因此，促進數(shù)控技術(shù)與其他學科知識相融合，不僅能開闊數(shù)控技術(shù)人才的視野，還能進一步強化數(shù)控技術(shù)人才的綜合實力。

4.3 創(chuàng)新數(shù)控技術(shù)教學模式

傳統(tǒng)的教學模式中，教師一味地給學生講授教學知識，學生被動接受知識，教師對知識點的講授范圍也局限于教學大綱，并未進行知識的延伸與拓展，雖然部分教師也積極采用了多媒體設(shè)備開展教學活動，但學生對知識的掌握還是來源于課堂。隨著科技的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，這種墨守成規(guī)傳統(tǒng)的教學模式已不能適應(yīng)當前教育發(fā)展的實際需求，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”逐漸受到重視，高校也在運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對傳統(tǒng)課堂進行了教學改革，出現(xiàn)了遠程教學、線上線下混合式教學、微課等形式多樣的網(wǎng)絡(luò)教學模式，使每個學生都能接觸到大量優(yōu)質(zhì)的教學資源，不受某個特定教師或時間、空間的限制，隨時隨地都能學習知識。目前，網(wǎng)絡(luò)共享課程和線上公開課程眾多，學生除了在課堂上學習知識外，也可利用互聯(lián)網(wǎng)上眾多的學習資源掌握知識與技能，這為數(shù)控技術(shù)多元化、多樣化發(fā)展提供了保障［7］。因此，高等教育應(yīng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，創(chuàng)新新工科教學模式，強化新工科人才培養(yǎng)過程，數(shù)控技術(shù)教師也應(yīng)將學生作為課堂主體，跟隨時代發(fā)展的腳步，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，創(chuàng)新教學模式，通過云課堂、微課等教學形式充分發(fā)揮出教師的主導作用，從而增強學生對專業(yè)知識的學習興趣。在實踐課程中，由于各個高校的實踐資源不同，部分高校并不能完全滿足學生的實踐需求，教師就需要積極探索多樣化的實踐教學模式，讓學生在實踐教學中更好地掌握與消化教學內(nèi)容。高校還可以開發(fā)虛擬實踐課程，構(gòu)建網(wǎng)上實踐資源共享平臺，讓學生在網(wǎng)絡(luò)中學習實踐知識，也可將手機、電腦、平板等移動終端與專業(yè)知識的學習結(jié)合起來，充分、高效利用零散時間。另外，數(shù)控技術(shù)考核評價方式也應(yīng)進行創(chuàng)新，教師可以結(jié)合數(shù)控技術(shù)課程的主要特點，全面考查學生的平時表現(xiàn)、實驗、實操和期末成績，為了提高學生的實踐操作水平，教師還應(yīng)重點考查學生平時的表現(xiàn)和實驗表現(xiàn)，考核方式要靈活多樣，充分體現(xiàn)出學生對知識的靈活運用水平，構(gòu)成比例大致可分為：理論考試成績60%+平時成績10%+5人小組為單位的數(shù)控實際產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計30%，從而著重考查學生解決復雜數(shù)控產(chǎn)品問題的能力。

4.4 創(chuàng)造良好的實訓實習機會

在新工科背景下，高校應(yīng)加強學生數(shù)控技術(shù)實踐技能的培養(yǎng)，注重開展數(shù)控技術(shù)實訓課程，教學模式應(yīng)力求直觀、多樣，并在教學方式上進行探索和創(chuàng)新，以提升課堂教學效率和質(zhì)量作為主要目標，不能僅停留在理論教學層面，而是要讓學生在實踐中感悟知識的應(yīng)用。根據(jù)數(shù)控技術(shù)的特點，將原有的數(shù)控加工實驗室設(shè)備及時進行更新升級，加強校內(nèi)實訓設(shè)施建設(shè)，給學生提供良好的實訓條件。教師還可帶領(lǐng)學生前往數(shù)控實訓基地進行參觀，讓學生對自己的專業(yè)和以后工作方向有更深入的了解，另可結(jié)合VR 虛擬仿真等手段，滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標和社會對人才的實際需求。高校應(yīng)加大對實訓課程的資金投入，積極引入先進的實訓設(shè)備，滿足數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的實踐要求，增強學生實踐操作水平。對數(shù)控技術(shù)專業(yè)來說，企業(yè)往往具有最先進的加工設(shè)備和制造工藝，也有著較為豐富的實踐經(jīng)驗，能最大程度地滿足學生實訓的需求。因此，高?？梢耘c當?shù)仄髽I(yè)建立良好的合作關(guān)系，給學生提供到企業(yè)實習的機會，讓學生在真實、完整的場地學習實踐經(jīng)驗，接觸到最先進的加工設(shè)備，了解到最先進的生產(chǎn)工藝，從而提高學生的職業(yè)能力和實踐創(chuàng)新能力，還能開拓學生的視野，實現(xiàn)高校教育與行業(yè)人才需求的無縫連接。

4.5 加強師資力量建設(shè)

數(shù)控技術(shù)課程具有較強的綜合性，數(shù)控技術(shù)教師必須要具備較強的理論知識和實踐操作能力。數(shù)控技術(shù)教師應(yīng)對機械結(jié)構(gòu)、機械加工、電氣控制、編程、檢測技術(shù)、計算機技術(shù)等各方面知識有較為全面的了解。高校應(yīng)不斷加強數(shù)控技術(shù)師資力量建設(shè)，確保每一位教師都能具備扎實的理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能［8］。高校可以從相關(guān)企業(yè)、科研院所積極引入一些具有較強理論知識和實踐操作能力的高素質(zhì)專業(yè)人才，增強數(shù)控技術(shù)課程教師團隊的綜合能力，提高教學水平。高校還應(yīng)根據(jù)實際情況，制定有針對性的培訓課程，加強對現(xiàn)有數(shù)控技術(shù)教師的培訓工作，讓數(shù)控技術(shù)教師參與到科研活動與實踐生產(chǎn)中，豐富教師理論知識儲備，增強實踐操作能力，讓數(shù)控教師理論和實踐全面發(fā)展，從而提升教師綜合素質(zhì)，培養(yǎng)出更多雙師型數(shù)控技術(shù)教師，達到提高數(shù)控技術(shù)課程教學質(zhì)量的目的。

4.6 加強學生愛國主義教育

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造的核心技術(shù)，是一個國家制造工業(yè)的基礎(chǔ)，是國家核心戰(zhàn)略技術(shù)。新時代數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)不僅要注重專業(yè)技術(shù)教育，還要注重愛國主義教育，將學生培養(yǎng)成德才兼?zhèn)涞娜瞬?。在開展數(shù)控技術(shù)課程講授時，應(yīng)巧妙融入愛國主義教育，教師可向?qū)W生科普我國古代、近代以及現(xiàn)代的制造水平，以此作為切入點。古代制造從舊石器時代到新石時代再到青銅器時代，進而到四大發(fā)明時期，這部分重點引導學生關(guān)注我國文明歷史，增強民族自豪感。近代制造部分引導學生回顧鴉片戰(zhàn)爭以來的百年中國近代史，了解一部分中國人是如何通過制造來救國圖強的，增強學生學習的使命感。隨后，在現(xiàn)代制造部分，介紹數(shù)控技術(shù)在我國的發(fā)展歷史以及革命前輩的付出與努力，讓學生感受到當前技術(shù)發(fā)展和突破的不易，樹立向辛勤工作者看齊的良好品質(zhì)，并在學習和生活中嚴格要求自己，做到精益求精。現(xiàn)代制造部分還可結(jié)合大國重器開展思政教育，如空間站、高鐵、航母、飛機等，我國在這些設(shè)備制造過程中有一大批為國奉獻的科學家和工程師在努力奮斗，他們突破西方封鎖，自主圖強的奮斗過程，能讓學生認識到國家強大必須有強大的制造業(yè)做支柱，必須有核心技術(shù)做支柱，能極大增強學生投身國家制造的責任感和緊迫感。在講解數(shù)控編程這一章節(jié)內(nèi)容時，教師應(yīng)奠定課程的基調(diào)，告知學生編程中的任何程序指令和數(shù)據(jù)都不能出錯，否則就會引起機床故障，帶來嚴重損失，使學生樹立精益求精的工作態(tài)度。

5 結(jié)語

在新工科背景下，數(shù)控技術(shù)課程建設(shè)和人才培養(yǎng)有了新的要求，為了培養(yǎng)出更多適應(yīng)社會發(fā)展的創(chuàng)新型人才，高校應(yīng)根據(jù)自身實際情況和數(shù)控技術(shù)課程的發(fā)展需求，進行數(shù)控技術(shù)課程改革，創(chuàng)新教學模式，將理論知識與實踐操作相結(jié)合，在數(shù)控技術(shù)課程中合理融入其他學科的相關(guān)知識，加強校內(nèi)實訓設(shè)施建設(shè)，并與相關(guān)企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，為學生創(chuàng)造更多實訓、實習的機會，增強學生數(shù)控技術(shù)理論知識和實踐操作能力，為學生將來學習與工作打下良好的基礎(chǔ)，為社會培養(yǎng)出更多創(chuàng)新型專業(yè)人才。