基于OBE理念的“數控技術”課程教學改革研究

楊瑞青，呂俊燕，孟凡召

（山東華宇工學院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著智能制造業的快速發展，傳統制造業逐漸趨于自動化，這要歸功于數控技術的發展。《中國制造2025》中提到，要重點發展數控機床及機器人等產業[1]，為了適應市場的人才需求，很多高校機械類專業開設了數控技術相關課程，該課程針對其工作崗位要求，主要培養學生對常用零件進行數控加工程序編寫的能力；以及對數控程序操作及調試的能力；運用所學數控機床的相關知識進行簡單的數控設備的維護、維修，為以后從事數控領域相關工作奠定基礎[2]。

1 課程教學現狀分析

1.1 課程特點分析

本門課程主要包括數控機床結構、數控機床原理以及數控編程等內容。本課程使學生對數控技術有一個基本的認識，理解數控機床伺服系統及檢測裝置，掌握數控加工編程方法、數控系統原理及數控機床的機械結構等內容，具有數控設備功能部件和元件的設計和合理選型及基本的數控機床編程與操作的能力，培養學生愛崗敬業、協作共進、精益求精的素質。此課程開設于三年級，在此之前，學生已經學過“機械制圖”和“電氣控制與PLC”等課程，并且為“多軸加工技術”“數控機床加工實訓”等后續課程學習奠定了基礎。

1.2 教學現狀分析

以往“數控技術”課程教學中，采用的是以課堂講授為主。隨著教學方法不斷創新、教學手段不斷進步，出現了很多新的教學方法，比較適用于“數控技術”課程的教學方法有“一體化”教學和“項目式”教學。但是數控設備價格都比較昂貴、品種比較多、維修費用等較高，所以本文將“一體化”教學和“項目式”教學與虛擬軟件結合形成“理虛實一體化”的教學方法[3]，既能幫助學生直觀掌握教師所授內容，又能節約成本，充分發揮各自的優點。學院建有數控機床維修仿真實訓室，可以進行數控機床機械結構拆裝與電氣控制仿真、加工仿真等實驗項目。仿真軟件既能使學生達到實物操作的目的，又能大大減少昂貴的設備投入費用。

隨著信息化時代的到來，以及應用型人才培養的新要求，基于OBE理念的教學模式越來越受到重視，已成為高等院校教學改革的主流模式。以學生為主的教學理念，立足于未來，由單純的知識傳授向培養學生能力進行轉變，重點在于培養學生自主學習的能力、分析問題解決問題的能力以及團隊協作能力等。

1.3 學情分析

山東華宇工學院的學生學習主動性及自主學習能力稍差，但思維活躍，喜歡接受新鮮的事物，動手能力較強。這樣通過教學模式和教學內容的改革激發學生的學習興趣，讓學生在“做中學”，強化學生的實踐創新能力，引導學生提高自主學習能力和實踐創新能力，提高學習效率。

2 課程的教學目標

我校為應用型本科高校，十分重視學生應用能力的培養，結合我校機械設計制造及其自動化專業的人才培養方案中具備在機械工程實踐中正確選擇、使用與調試現代專業設備與技術的能力要求，確定本課程的培養目標。

知識目標：描述數控機床的組成及工作原理，應用數控機床編程的基礎知識，掌握數控機床的機械結構，分析數控機床的刀具交換裝置，闡明數控機床伺服驅動系統的工作原理及測量反饋裝置。

能力目標：具備編寫復雜零件數控加工程序的能力，具備數控機床基本操作和程序調試的能力，能夠識別典型數控機床結構、數控裝置、伺服驅動系統等子系統的關鍵問題及參數，初步具備數控機床結構、伺服系統等的設計與分析能力。

素質目標：正確認識我國制造業與世界發達國家的差距，增強學生的國際競爭意識；培養學生精益求精的工匠精神，養成踏實、嚴謹、進取的品質；鍛煉學生的團隊合作能力、交流及表達能力；培養學生自主學習的能力和解決實際問題的工作能力。

3 改革理念與思路

根據“新工科”和“工程認證”的目標要求，本課程確立以學生為中心、以產出為導向、持續改進的教學理念。以職業崗位要求為導向，以能力培養為基礎，將目標細化，設計教學內容，如圖1所示。在課程教學內容組織及設置上，注重培養學生數控機床編程操作、裝調維修綜合能力，提升課程的高階性；在教學組織及方式方法上，以學生為中心，將思政教育融入課程教學，體現先進性與互動性，突出課程的創新性；對課程的考核方式進行改革，在保證學生掌握教學內容的基礎上，適當增加教學難度，讓學生體驗“跳一跳才能夠得著”的學習挑戰度。課程改革堅持以應用型人才為培養目標，結合機械設計制造及其自動化的人才培養方案，理論與實踐相結合，以掌握基本原理，增強實踐能力為教學重點，加強自學能力、實踐創新能力和工程素質的培養。

圖1 課程教學內容設計思路

4 改革方案

4.1 教學內容建設

通過走訪調研，對數控技術的崗位需求進行分析，針對數控技術開發人員、技術維修人員、編程員以及工藝員、數控操作員等確定授課內容：數控原理、硬、軟件結構、數控設備應用；數控編程、數控加工工藝、數控車削、數控銑削、加工中心加工等。課程內容應該適應先進技術的發展趨勢，既要包含經濟性數控機床，又要涉及全功能數控機床；既要包含二軸、三軸的數控機床，要涉及五軸的數控機床；既要包含單臺數控設備，要涉及DNC、FMS、CIMS等系統，并隨著數控技術的發展不斷更新[4，5]。

突出以成果為導向的教學理念，堅持以“應用性和先進性”為原則，立足數控從業者需要具備的能力出發，將課程內容分為6大模塊，共17個學習任務，見表1。形成可展示的成果，學習任務遵循由易到難、層層深入的原則，理論與實踐相結合。

4.2 課程思政元素的融入

根據“數控技術”課程隸屬機械類的學科背景[6]，課程組經過討論決定將先進加工方法與理念、智能制造發展趨勢和工匠精神等作為思政元素融入到授課過程中。結合有效的教學實施方式，深挖課程思政元素，努力做到立德樹人、寓教于學、潤物無聲。

“數控技術”是制造業現代化的重要基礎，國際上推行的工業4.0就是利用信息化技術促進產業智能化，而“數控技術”則是信息化和智能化的核心。所以適合將“德國工業4.0”“中國制造2025”“工匠精神”等內容融入教學過程中，既能使學生了解制造業的重要作用，又能激發學生強烈的民族自尊心和自信心，形成振興民族工業的使命感與責任感。將知識、素質、能力與思想教育相結合，培養學生的愛國主義情懷和精益求精的工匠精神，在知識傳授的過程中做到立德樹人。表2為各教學模塊融入的課程思政元素的方案。

表1 課程教學內容

表2 “數控技術”課程思政方案

例如：“錐軸零件的編程與加工”課題的教學以任務驅動法為主，學生可以小組討論完成零件的編程與仿真加工任務。課題導入時，播放2018年“大國工匠年度人物”陳行行的視頻。他在數控機床上用比頭發絲還細的0.02 mm的刀頭在直徑不到2 cm的圓盤上打出36個小孔，這比用繡花針給老鼠種睫毛還難。別人做不到的事情，陳行行卻做到了。大國工匠與年齡、出身沒有必然的聯系，當時年僅29歲的農家孩子一樣可以成為大國工匠，關鍵看你的追求、精神與拼勁！增強學生精益求精的工作意識，促進他們機械操作技能水平的提升。從教學效果和學生的反饋可知，課程思政內容與教學內容契合度較好，學生的接受度較高，獲得較好的效果。

4.3 教學方法與教學手段

教學內容模塊化，不同模塊采用不同的教學方法。

（1）以任務驅動的形式，學生在學中做，在做中學

數控機床的程序編制與仿真加工部分依據線上學習具體知識點，以任務驅動法為主，學生可以小組討論完成零件的編程與仿真加工任務。教師為主導，在任務完成過程中，及時指導并反饋學生出現的問題，培養學生分析問題、解決問題的能力及學生的團隊合作能力。

（2）以學生為中心，線上與線上相結合

數控機床基礎知識、計算機數控系統、驅動與位置控制部分知識點比較分散以線上學習和線下教學結合。這種方式釋放了課堂教學時間，解決了學時少與內容之間的矛盾。

（3）有針對性地改變課堂講授方式

改變傳統的以知識傳授為主的課堂教學，上課的時候圍繞這次課的內容最終要達到什么目的，可以解決什么實際問題，怎樣評價學生是否達到了預期的目標等方面進行授課。采用啟發式、講練結合、討論等方式，借助學習通的“選人”“搶答”等信息化手段實現雙向互動，促進深度學習。既提高課堂效率，又能提升課堂活躍氣氛，解決“沉默課堂”的問題。

（4）采用翻轉課堂，提高學生學習的主動性

數控機床機械結構部分通過線上學習，進行翻轉課堂，通過讓學生課前提前觀看線上視頻、完成線上的小測試，在課堂上通過仿真軟件進行主軸系統、進給傳動系統、自動換刀系統拆裝，基于小組學習討論與實際拆裝過程中的相關問題，讓學生講解相關知識，實現翻轉課堂，引導學生自主學習，打破傳統課堂教學方法單一的現狀。

4.4 課程評價

加強課程的過程性考核，對學生的學習過程進行科學的考察、督促和評價，從而改善學習效果，培養學生自主學習能力，調動學生學習的主觀能動性。

課程總成績中平時成績占30%，期末考試成績占70%，平時成績=平時作業（30%）+學習筆記（20%）+階段性測試（20%）+實驗操作（30%）。

平時作業融入數控前沿新技術的綜述、零件的編程與仿真加工、PMC程序編寫與識讀、插補軌跡動畫制作、數控機床機械系統裝配圖繪制等綜合性作業，激發學生的學習興趣，考查學生解決實際問題的能力。通過學習筆記，引導學生將課余時間很好地利用起來，記錄課前、課堂、課后的學習內容，培養學生自學能力，并進行定期檢查和評比。期末考試試卷提高分析題、計算題、編程題等主觀題的比例，注重學生能力考核。

5 結論

課程建設在原有基礎上繼續堅持將知識、能力、素質有機融合，培養學生數控機床編程操作、裝調維修能力和創新思維，體現課程的高階性；及時將數控技術科技發展前沿成果引入課程，并推進現代信息技術與教學深度融合，以學生為中心，將思政教育融入課程教學，更新教學形式，體現課程的創新性；嚴格課程考核考試評價，根據學情有針對性的科學“增負”，增強學生經過刻苦學習收獲能力和素質提高的成就感。