新工科背景下數控編程及加工課程項目化教學模式探索

劉明明　孫居彥　賈孝偉　李曰陽　高春花

摘 要：基于新工科建設背景下對數控人才培養的新要求，針對傳統數控編程及加工課程教學模式存在現狀及問題，提出在教學過程中引入項目驅動式教學模式，解決課程教學過程中課程專業性及實踐性強、學生興趣不足、積極性不高、運用所學知識解決問題能力不足等問題。本文以馬鈴薯殺秧機螺紋軸作為課程中的項目教學案例，從項目設計、項目實施、課程評價體系等方面展開詳細論述。通過積極探索數控編程及加工課程項目化教學模式，為培養滿足新工科背景下的數控工程技術人才提供一定參考。

關鍵詞：新工科 項目化 數控編程及加工 教學模式

Exploration on Project-based Teaching Mode of NC Programming and Machining Course under the Background of New Engineering

Liu Mingming Sun Juyan Jia Xiaowei Li Yueyang Gao Chunhua

Abstract：Based on the new requirements for the training of numerical control talents under the background of the construction of new engineering courses， and in view of the current situation and problems of the traditional teaching mode of numerical control programming and processing courses， this paper puts forward the introduction of project driven teaching mode in the teaching process to solve the problems of strong curriculum professionalism and practicality， insufficient students' interest， low enthusiasm， insufficient ability to solve problems by using the learned knowledge， etc. This paper takes the screw shaft of potato seedling killing machine as a project teaching case in the course， and discusses in detail from the aspects of project design， project implementation， course evaluation system and so on. By actively exploring the project-based teaching mode of NC programming and processing courses， it provides a certain reference for training NC engineering and technical talents who meet the new engineering background.

Key words：new engineering， project-based， NC programming and processing， teaching mode

基于國家戰略發展新需求﹑國際競爭新形勢、立德樹人新要求，教育部積極推進“新工科”建設，形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，旨在探索培養面向新形勢﹑新環境﹑新需求的工程人才所應具備的新素養[1-2]。面對制造業數字化、網絡化、智能化等新一輪的科技革命與產業變革，國務院根據國家戰略新形勢頒布了“中國制造2025”等一系列文件，文件中指出在新形勢下機械類專業人才的培養面臨著新的變革和挑戰[3]。“數控編程及加工”課程作為智能制造課程體系中重要的課程之一，對于培養學生數控編程與加工能力起到非常關鍵地作用。但是，目前部分高校仍然存在著教師課上講理論知識，實踐課上操作示范，學生模仿學習傳統教學模式。因此，亟需積極探索適應新形勢、新工科背景下數控編程及加工教學課程的改革，使其適應新時代的需要，人才培養的要求。

1 課程教學現狀

數控編程及加工是機械類及近機類專業的學生必須掌握的一門專業課程，該課程具有很強的專業性和實踐性，主要包括工程制圖、數控加工工藝、數控程序編寫、制造裝備選型、虛擬仿真模擬、機床零件實際加工、工件質量檢測等內容。目前，部分高校在數控編程及加工課程教學過程中存在理論知識與實際加工相脫節，通常教師在講授過程中理論部分以課堂教學為主，學生實踐課上常常以觀看教師操作為主，缺乏實際動手經驗，對數控加工缺少整體感性認識，學習知識碎片化，不能融會貫通具體解決實際問題，造成學生學習目標不夠明確，方向感不強，知識獲得感不足，學習效果不佳。針對傳統數控編程及加工課程教學模式存在現狀及問題，提出在教學過程中引入項目驅動式教學模式，來解決課程教學過程中學生興趣不足、運用所學知識解決問題能力不足等問題。

2 項目教學設計

2.1 項目化教學模式

數控編程及加工項目教學模式是以企業實際加工零件為知識載體，創設真實的學習情境，在教學過程中以項目為主線，把相關知識點融人項目的各個環節中去。學生以完成具體零件的數控編程及加工任務為目標，通過分工協作、自主學習、小組討論、查閱資料、工藝路線設計、切削用量選擇、數控加工程序編寫、加工路線模擬、數控機床加工、加工零件質量檢驗與分析等各環節完成學習任務。通過項目驅動教學法，培養學生的工程實踐能力﹐強化學生對問題的分析和解決能力。

2.2 項目化設計

開展項目化教學過程中，非常關鍵的環節是項目的確定，項目設計的是否合理直接影響教學的效果和質量。在進行項目化設計時應該考慮的因素有：（1）項目的可行性。項目設置應該充分考慮同學沒有經過企業工作鍛煉，項目選擇難度過大，學生信心會收到打擊，產生挫敗感，難度太小，沒有挑戰性；（2）項目的實際性。設計的項目源于工廠實際零件加工圖紙，便于在教學過程中，創設真實的學習情境；（3）項目的綜合性。設計的項目作為知識的載體，應把相關知識點融入項目各個環節，體現出知識的連續性、系統性和綜合性。

本文以馬鈴薯殺秧機螺紋軸項目作為項目教學案例，開展項目化教學設計，圖1為馬鈴薯殺秧機螺紋軸實物圖，圖2馬鈴薯殺秧機螺紋軸工程圖。選取該項目考慮的因素有：（1）馬鈴薯殺秧機螺紋軸為某農業裝備有限公司生產的馬鈴薯殺秧機上應用的零件，該公司作為學校實習實踐單位，在前期進行農業機械生產實習時，同學了解熟悉馬鈴薯殺秧機的整體結構及工作原理，同時對馬鈴薯殺秧機螺紋軸有實物直觀認識。（2）馬鈴薯殺秧機螺紋軸項目，難易程度適中，涵蓋知識點比較綜合，包括外圓的粗車、精車循環加工，退刀槽加工，螺紋加工等多個知識點。

2.3 項目教學實施

項目實施準備階段。為保證項目教學順利實施，根據選取項目及課程內容需求，結合學校數控實訓車間實際情況，準備相關資料和設備如下：CAD軟件，數控仿真軟件、U盤、魯南機床廠CK6132數控車床（FANUC系統）、φ60mm尼龍棒料、刀具、夾具、量具、表面粗糙度儀等。

項目的實施階段。項目以4～6人為一小組，每組推選一名小組長，學生以解決具體項目任務為目標，進行組內任務分工，合作完成項目任務。項目實施具體流程：

（1）項目任務分析。根據項目確定加工零件的類型及加工特征、加工尺寸要求、表面粗糙度、定位基準、工藝安排、數控編程、制造裝備選型、機床操作等任務。根據分析項目任務工作量及難易程度，小組成員內部合理分工，成員之間可以互相幫助，互相可以調換任務，盡量發揮各位成員的優勢，共同協作完成項目。

（2）相關任務知識儲備學習。根據項目任務，自行查閱相關資料，學習解決項目任務的相關知識。本項目實施前，教師會提前基于學習通構建課程項目微課自主學習平臺，并在平臺上發布項目學習資料，例如本項目發布的資料主要涉及外圓粗車及精車循環加工指令，螺紋循環加工指令，機械加工工藝手冊，工藝卡片模板，刀具手冊，機床操作手冊等。

（3）任務實施。工藝設計組成員需要完成數控加工工藝設計，并填寫表1馬鈴薯殺秧機螺紋軸數控加工工藝卡片。

程序編寫組成員根據數控加工工藝卡片流程，結合學習的外圓循環切削，螺紋加工指令等內容，編寫數控程序，同時將編寫的程序輸入數控仿真軟件，通過仿真軟件，驗證程序正確性；機床操作加工組成員負責操作機床，完成工件裝夾、機床對刀，程序輸入，零件加工，質量檢驗等任務。圖3為學生利用虛擬仿真加工的零件圖，圖4為學生利用數控車床加工的實物零件圖。

（4）項目任務討論。項目實施過程中，教師應全程跟蹤學生進展情況并及時解答學生疑問。為加深對關鍵知識的理解和掌握，在項目進行過程中進行項目專題討論，討論主題有：外圓車削循環加工路線選擇原則；工件加工定位基準的選擇；螺紋加工指令G32、G92、G76使用方法及異同；機床多把刀具對刀的方法；加工零件尺寸不合格問題原因；分析影響加工質量的因素；提高工件精度措施；零件加工精度與制造成本之間的關系；安全生產注意的事項；企業6S管理要求的必要性；加工精度存在0.01mm這種微小尺寸誤差是否影響零件的使用等專題討論，通過討論促進同學理解掌握關鍵知識點，保證項目任務順利實施，使同學們進一步認識到數控工程技術人才所需的嚴謹細致，一絲不茍的工匠精神。

2.4 課程評價及教學效果

課程評價體系應圍繞項目各環節來設置，重點培養學生的自主學習能力和工程實踐能力，強化學生對問題的分析和解決能力，團隊合作能力等方面多元多維度考核。課程項目成績由自主學習（10%）、課堂表現（10%）、程序編寫（40%）、零件加工操作（40%）四部分構成，見表2馬鈴薯殺秧機螺紋軸項目成績評價表。

通過教學實踐表明，以企業實際產品項目驅動教學法，學生學習積極性和興趣得到極大提高，能夠更加積極參與項目中，學生體會到學以致用的知識獲得感，學習成績明顯改善，教學效果良好。

3 結語

結合新工科建設的內涵和要求，本文積極探索新工科背景下數控編程及加工課程項目化教學模式，提出項目驅動教學，文中以馬鈴薯殺秧機螺紋軸作為項目教學案例，從項目的設計、項目實施具體流程、課程評價體系等方面展開論述。教學實踐表明：基于項目化的數控編程及加工教學，能夠有效提升學生的自主學習和工程實踐能力﹑創新思維、團隊協作精神，為培養滿足新工科背景下的數控工程技術人才提供一定參考。

項目基金：山東農業工程學院校級教改課題：“名課程建設-機械制造技術（山工院發〔2020〕109號）”。

參考文獻：

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（03）：1-6.

[2]汪文凌，朱民.新工科背景下項目驅動數控加工實訓教學改革探索[J].現代職業教育，2021（24）：190-191.

[3]連彩元.新工科背景下的數控技術課程CDIO模式項目化教學研究[J].吉林工程技術師范學院學報，2020，36（09）：13-16.

[4]史燕，郭宇航.《數控技術》項目化教學研究與實踐[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（02）：169-170.

[5]李志剛，王良，車曉毅，楊瑩.新工科背景下數控技術課程教學改革[J].高教學刊，2019（05）：148-150.

[6]閔林鋒.基于項目化教學的數控加工與編程課程改革探討[J].現代制造技術與裝備2020 .（11）：217-218．