基于OBE的數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)探索

凌瑋　梁藝忠　胡偉蓉

摘要：專業(yè)認證是我國當(dāng)前高等工程教育關(guān)注的焦點，以產(chǎn)出為導(dǎo)向是專業(yè)認證的核心教學(xué)理念。以工程教育專業(yè)認證標準為指導(dǎo)，積極探索機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程教學(xué)改革，該文分析數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)的教學(xué)要素，提出在教學(xué)實踐中實踐教學(xué)的實效性，結(jié)合實驗教學(xué)，闡述了對數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)的認識與體會。實踐證明，以產(chǎn)出為導(dǎo)向改革有利于提高學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，有利于增強學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力，與專業(yè)認證要求相適應(yīng)，為培養(yǎng)符合專業(yè)認證標準的卓越工程師后備人才提供有力支持。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；OBE；實驗教學(xué)；專業(yè)認證；工業(yè)仿真

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）33-0137-03

Abstract： Higher engineering education accreditation plays an important role on supporting higher engineering education accreditation. Outcomes-based education is the core of engineering education accreditation. Through the guidance of engineering education accreditation， the teaching reform of mechanical design， manufacture and automation specialty has been actively explored. The teaching factors of numerical control experiment were described. The effect of practice teaching was improved. The experience of the experimental teaching of numerical control technology was introduced. OBE oriented reform helps improve students' ability to solve problems independently. It is helpful to strengthen students' exploring spirit and creative ability. The class teaching practice shows that these reform accord with engineering education accreditation. It is benefit to the Program for Education and Training Outstanding Engineers.

Key words： NC； OBE； Practice teaching； Engineering education accreditation； Industry simulation

1 概述

工程教育認證的核心理念：以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進。以學(xué)生為中心：即教學(xué)設(shè)計以學(xué)生知識、能力、素質(zhì)達到既定標準而設(shè)計，師資、課程等教學(xué)資源配置以保證學(xué)生學(xué)習(xí)目標達成為導(dǎo)向，質(zhì)量保障與評價以學(xué)生學(xué)習(xí)成效為唯一標準。以產(chǎn)出為導(dǎo)向：以行業(yè)和企業(yè)需求決定培養(yǎng)目標，培養(yǎng)目標決定專業(yè)畢業(yè)要求，畢業(yè)要求決定課程體系，課程體系決定教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等。持續(xù)改進：培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、教學(xué)環(huán)節(jié)都要進行評價，每一個教學(xué)參與者都要進行評價，建立評價的機制和周期，評價結(jié)果必須用于改進。[1-3]《華盛頓協(xié)議》各成員國（或地區(qū)）大多數(shù)采取“成果導(dǎo)向”之認證標準，即將學(xué)生表現(xiàn)作為教學(xué)成果的評量依據(jù)，并以促進專業(yè)持續(xù)改進作為認證的最終目標。各會員國認證規(guī)范追求其實質(zhì)相當(dāng)?shù)膬?nèi)涵?；趯W(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革。美國斯派蒂撰寫的《基于產(chǎn)出的教育模式：爭議與答案》把OBE定義為“清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學(xué)生獲得在未來生活中獲得實質(zhì)性成功的經(jīng)驗?！監(jiān)BE模式完全顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，將高等教育從以教師的“教”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生的“學(xué)”為中心，將教學(xué)從教師的“理論知識體系”傳授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的“能力達成目標”實現(xiàn)。

制造企業(yè)規(guī)模的擴大和競爭力的提升與數(shù)控技能人才的需求成正比，高級工以上技能人才嚴重缺乏直接制約著先進制造業(yè)技術(shù)水平的全面提升。以浙江省為例，數(shù)控高技能人才缺口達5萬以上，雖然全省每年有數(shù)千名數(shù)控相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生進入企業(yè)，但相對于市場對數(shù)控技術(shù)人才的巨大需求，仍是杯水車薪。高校數(shù)控技術(shù)課程，尤其數(shù)控技術(shù)實驗，在培養(yǎng)數(shù)控高技能人才應(yīng)用能力方面有不可替代性[4]。

2 基于OBE的數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)設(shè)計

數(shù)控技術(shù)的實驗教學(xué)應(yīng)該圍繞學(xué)生培養(yǎng)這一核心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，采用層次遞進的實驗課程教學(xué)結(jié)構(gòu)（見圖1），包括課內(nèi)實驗（認知性、驗證性為主）、綜合實驗（設(shè)計性、綜合性）、研創(chuàng)性實驗（開放實驗）等形式，工程應(yīng)用能力培養(yǎng)逐步深入強化。課內(nèi)實驗注重實驗與課堂教學(xué)內(nèi)容時間安排上的緊密銜接，以學(xué)生快速掌握學(xué)科基本知識點并能進行初步應(yīng)用為教學(xué)目標，如夾具與工件定位、刀具選擇、切削用量確定、加工工藝安排等，以學(xué)生全面、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)并掌握運用課程各理論知識點為主要教學(xué)目標；綜合實驗，依托學(xué)科平臺和先進仿真技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用專業(yè)知識提高解決工程實際問題的能力，完整解決數(shù)控加工整個流程；對部分學(xué)有余力或能力提高的學(xué)生，輔以研創(chuàng)性實驗（開放實驗），內(nèi)容很多來自教師企業(yè)科研課題，應(yīng)用實踐性較強，內(nèi)容豐富且有一定研究深度。

實驗以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)計劃和用人單位要求，確定課程目標，提出學(xué)習(xí)目標，完善實驗指導(dǎo)，充分考慮學(xué)生的興趣愛好和組隊要求、以問題為導(dǎo)向編寫指導(dǎo)書，實驗安排以過程考核為主，多種測驗為輔，通過考核和總結(jié)反思完善學(xué)習(xí)目標，形成教學(xué)的閉環(huán)控制，見圖2。為實現(xiàn)實驗教學(xué)的閉環(huán)控制，采取以下措施：

（1） 積極推行自主學(xué)習(xí)的實驗教學(xué)模式

要求學(xué)生自己理解實驗內(nèi)容，讓學(xué)生獨立思考、解決問題，獨立完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力。教師盡量做到少講多做，由指導(dǎo)變?yōu)橐龑?dǎo)，由講授變?yōu)閱l(fā)。提倡學(xué)生之間進行交流協(xié)作。要求學(xué)生自行設(shè)計零件加工工藝（含加工刀具、切削參數(shù)，工裝夾具等），上機床自己動手加工零件。實驗教師主要講解工藝設(shè)計和機床操作規(guī)范，工藝方案和實驗結(jié)果評價。

（2） 實行開放式的實驗教學(xué)模式

具體實驗教學(xué)的實施是實驗時間開放，實驗地點開放、實驗器材開放、實驗內(nèi)容開放，給學(xué)生以最大的自由空間，有助于學(xué)生個性化發(fā)展，有利于創(chuàng)新實踐能力強的高素質(zhì)人才培養(yǎng)。同時能夠最大限度地利用實驗室資源。

（3） 采用啟發(fā)式、研討式、項目式教學(xué)方法，加強師生教學(xué)過程的互動交流，提升教學(xué)效果和質(zhì)量。

基于OBE數(shù)控實驗教學(xué)，對教師教育理論素養(yǎng)提出了很高要求。一是要求教師確立好預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出，并將其分解為可以操作的細化目標。二是要求教師要善于利用各類教育資源、靈活選擇各種教育策略來實現(xiàn)預(yù)期教育目標，經(jīng)常性地開展教學(xué)改革研討會，營造“研究學(xué)生，鉆研教學(xué)”的文化氛圍，并經(jīng)常性地邀請國內(nèi)外專家到校交流和指導(dǎo)。三是要求教師掌握多樣化的教學(xué)評價方法，動態(tài)地把握學(xué)生知識、能力和態(tài)度的發(fā)展水平，教師需要投入較多的精力和心血研究繁瑣的教學(xué)目標分解、一體化課程設(shè)計和教學(xué)方法選擇，動態(tài)地評估學(xué)生發(fā)展水平，并根據(jù)學(xué)習(xí)產(chǎn)出評估反饋信息及時開展個性化學(xué)生輔導(dǎo)，等等。四是要求教師能夠因材施教，為每一位學(xué)生設(shè)置個性化的發(fā)展方案[5] [6]。

要調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的能力。在實踐教學(xué)中，充分運用先進的實驗實訓(xùn)條件，并發(fā)揮課程組教師在數(shù)控技術(shù)研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)與技術(shù)實力，開發(fā)設(shè)計基于數(shù)控技術(shù)工程實際的實訓(xùn)項目，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和知識拓展應(yīng)用能力。在條件成熟時可以安排企業(yè)數(shù)控工藝師講學(xué)，或者到企業(yè)學(xué)習(xí)。

3 基于SL/OBE的數(shù)控實驗教學(xué)

數(shù)控技術(shù)的顯著特點之一，是實踐性強。實踐教學(xué)體系改革以建立與理論教學(xué)體系既互相聯(lián)系，又相對獨立、相互滲透的體系為重點，著重強化學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)[7]。

（1） 統(tǒng)籌安排實踐性教學(xué)內(nèi)容，將國際通用的SL 工業(yè)仿真平臺系統(tǒng)（見圖3）作為實踐訓(xùn)練平臺，涵蓋流行的Fanuc、Simems等主流數(shù)控系統(tǒng)，技術(shù)應(yīng)用能力訓(xùn)練貫穿于教學(xué)全過程，形成系列實踐環(huán)節(jié)。

（2） 實驗教學(xué)分階段、分層次設(shè)置，從選擇毛坯設(shè)置、工件零點選擇、夾具與夾緊方式、選擇刀庫、配置刀具、編寫NC程序、測量加工后的尺寸到加工模擬在SL 虛擬加工環(huán)境中完成。

（3） 訓(xùn)練以“一體化”模式教學(xué)，教師與學(xué)生通過邊教、邊學(xué)、邊做來完成教學(xué)過程，讓學(xué)生在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題、解決問題，充分調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性[8] [9]。

所以在數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)中，要以工學(xué)結(jié)合為切入點，基于SL系統(tǒng)合理設(shè)計教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，按照 “應(yīng)用性理論知識講授+單項仿真訓(xùn)練+綜合仿真實訓(xùn)+操作實訓(xùn)”四位一體的實驗教學(xué)體系?；趦?nèi)容和基于SL/OBE的數(shù)控實驗教學(xué)比較見表1。

基于SL/OBE的數(shù)控實驗教學(xué)持續(xù)改進的實驗教學(xué)保障體系：

1） 實驗教學(xué)的評價和反饋機制：包含對開出的實驗課質(zhì)量的評價，教師對學(xué)生綜合能力的評價，學(xué)生對老師的評價，其根本目的在于通過評價反饋機制持續(xù)提高數(shù)控實驗教學(xué)質(zhì)量。

2） 實驗教學(xué)管理：貫穿于整個實驗教學(xué)全過程，具有核心、導(dǎo)向的作用。包含建立完整的計算機房實驗規(guī)范，實驗室各項規(guī)章制度，為學(xué)生提供實驗、項目實施的必要環(huán)境。

3） 實驗教學(xué)師資隊伍：積極引進雙師型教師，建立一支高素質(zhì)的實驗教學(xué)隊伍，才能切實提高實驗教學(xué)水平。實驗教學(xué)工作人員要主動適應(yīng)教學(xué)方式改革，學(xué)習(xí)企業(yè)需求，了解和掌握最新仿真技術(shù)、數(shù)控技術(shù)。

4） 高水平的實驗教材建設(shè)：是開發(fā)新型實驗，促進實驗教學(xué)水平的提高的技術(shù)保證。教材內(nèi)容要跟上行業(yè)新技術(shù)發(fā)展和新實驗設(shè)備建設(shè)，要淺顯易懂，易自學(xué)。

4 結(jié)論

工程教育認證背景下的基于OBE的數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)探索，根據(jù)學(xué)生為中心的畢業(yè)標準，構(gòu)建旨在加強學(xué)生應(yīng)用實踐技能和創(chuàng)新意識的新的實驗教學(xué)和保障體系，改革完善教學(xué)方法和手段，建立過程監(jiān)控和反饋，從而建立和完善機制專業(yè)的工程人才體系，達到最終提高工程教育質(zhì)量的目的。國際性通用數(shù)控系統(tǒng)的引入，將促進擬申請認證的專業(yè)重新確立面向世界的工程人才培養(yǎng)定位、構(gòu)建國際化的課程和實驗實踐教學(xué)體系、采用國際化的教學(xué)方式、建立國際化的教師隊伍、加強工程教育的國際交流與合作，從而提高工程人才培養(yǎng)的國際認可度和競爭力。

預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出評估可以上升到學(xué)校層次，按課堂層面、專業(yè)層面和學(xué)校層面；按教師、學(xué)生、校友、用人單位、管理者等主體進行進一步評估研究。

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