基于工程教育認(rèn)證的數(shù)控技術(shù)課程教改研究

萬智輝， 徐英帥

(東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)的核心技術(shù)，是一個國家工業(yè)水平的標(biāo)志。許多行業(yè)的生產(chǎn)都離不開數(shù)控技術(shù)，它是我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品從“制造”到“創(chuàng)造”升級換代的關(guān)鍵技術(shù)之一。在世界經(jīng)濟(jì)全球化的今天，工程人才也在全球同步流動，這就要求對培養(yǎng)工程師的高等工程教育的學(xué)制與質(zhì)量進(jìn)行多邊互認(rèn)，即開展工程教育認(rèn)證。工程教育認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下，對數(shù)控技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革，可為工程專業(yè)工程教育認(rèn)證提供經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)應(yīng)用型高級工程人才的培養(yǎng)。

1 工程教育認(rèn)證背景下《數(shù)控技術(shù)》課程的教學(xué)要求和人才培養(yǎng)目標(biāo)

數(shù)控技術(shù)涵蓋機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動控制等多門學(xué)科，是多學(xué)科知識的交叉綜合、升級集成，是機(jī)電系統(tǒng)高度融合的新學(xué)科，是機(jī)械制造業(yè)的核心技術(shù)。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，行業(yè)對數(shù)控人才的需求也由過去的操作機(jī)床為主，演變?yōu)槟懿僮鲾?shù)控機(jī)床、進(jìn)行數(shù)控程序編制、進(jìn)行數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試和維修維護(hù)，同時還能設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)、進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的選型、完成機(jī)床數(shù)控化改造的復(fù)合型高級人才[1，2]。而實(shí)際教學(xué)中，部分本科生及少部分院校教師對數(shù)控編程更重視，認(rèn)為是數(shù)控技術(shù)最有用的知識，卻不夠重視數(shù)控技術(shù)課程的核心機(jī)電一體化綜合知識，造成學(xué)生機(jī)電知識不夠，后續(xù)能力難以提升。所以本科生數(shù)控技術(shù)課程人才培養(yǎng)目標(biāo)為：學(xué)生應(yīng)系統(tǒng)扎實(shí)學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)理論知識，掌握數(shù)控原理，知曉數(shù)控技術(shù)機(jī)電系統(tǒng)的原理及集成，具備初步分析現(xiàn)場生產(chǎn)問題，解決實(shí)際工程問題的正確思路和初步能力。

2 目前實(shí)際教學(xué)中存在的主要問題

學(xué)生在進(jìn)行數(shù)控技術(shù)課程學(xué)習(xí)時，理論課堂看似基本能夠同步跟進(jìn)，只是在個別綜合知識交叉章節(jié)的學(xué)習(xí)中顯得吃力，到了實(shí)踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)出不夠積極、主動，缺乏自信，未能將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，體現(xiàn)出理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的脫節(jié)。用人單位普遍反映畢業(yè)生的動手能力較差，其中一個主要原因就是專業(yè)教學(xué)中實(shí)踐與理論存在一定的脫節(jié)[3]。究其原因主要有：(1) 數(shù)控技術(shù)理論知識的綜合性很強(qiáng)，多內(nèi)容交叉，易造成講授主線不清晰、知識點(diǎn)雜亂、銜接不緊湊等問題，加上理論課時較少，很難詳盡展開。這就造成學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)時理論知識不夠用，反應(yīng)跟不上。

(2)硬件教學(xué)條件不足，數(shù)控實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量仍然嚴(yán)重不足，學(xué)生獨(dú)立動手操作機(jī)會少。目前數(shù)控技術(shù)課程總學(xué)時46節(jié)，理論課時36節(jié)，實(shí)驗(yàn)課時10節(jié)，實(shí)踐環(huán)節(jié)還有一周的數(shù)控實(shí)訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)課中主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備是一臺數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺和十臺數(shù)控編程模擬器，編程模擬器可進(jìn)行簡單的插補(bǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和編程仿真實(shí)驗(yàn)，而對于數(shù)控系統(tǒng)中的電氣原理、原件構(gòu)成、PLC控制、機(jī)電聯(lián)調(diào)、故障診斷等均要用到數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺，但受限于設(shè)備數(shù)量，難以開展一對一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)；為期一周的數(shù)控實(shí)訓(xùn)主要內(nèi)容為數(shù)控加工，同樣大大受限于數(shù)控機(jī)床的臺套數(shù)，這都制約了實(shí)踐教學(xué)的充分開展。

(3)“雙師型”師資隊(duì)伍的培養(yǎng)不足?，F(xiàn)在很多院校的數(shù)控技術(shù)課程理論授課教師和實(shí)踐環(huán)節(jié)授課教師是分開的，理論授課教師理論基礎(chǔ)扎實(shí)，但在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中的技能、經(jīng)驗(yàn)不足；工程系列實(shí)訓(xùn)教師操作加工技能較好，但教學(xué)基本理論和方法欠缺。面對同一對象，很難保證教學(xué)的延續(xù)性。

數(shù)控技術(shù)是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合技術(shù)，在理論上要有扎實(shí)的多學(xué)科交叉的綜合知識素養(yǎng)，在實(shí)踐教學(xué)中要熟悉數(shù)控系統(tǒng)，能進(jìn)行機(jī)電聯(lián)調(diào)和機(jī)床基本維修維護(hù)，能操作機(jī)床并編程加工。只有具備一專多能的“雙師型”教師，才能培養(yǎng)出一專多能的高素質(zhì)人才。

3 《數(shù)控技術(shù)》課程教學(xué)改革探索

為進(jìn)一步提高本科院校高素質(zhì)工程人才的培養(yǎng)，圍繞工程教育認(rèn)證要求，結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，從多方位探討開展數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革。

3.1 教學(xué)內(nèi)容及課時的改革

針對數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容多學(xué)科交叉、多知識點(diǎn)、一些章節(jié)有理論深度、課時少的多重特點(diǎn)，對其授課內(nèi)容進(jìn)行精選優(yōu)化：相對淡化復(fù)雜的軌跡控制算法，淘汰穿孔紙帶等老舊內(nèi)容[4]。將數(shù)控原理、手工編程、基本插補(bǔ)方法、刀具半徑補(bǔ)償、數(shù)控軟硬件結(jié)構(gòu)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)的編碼器及光柵等作為掌握內(nèi)容；將數(shù)控編程的數(shù)值計(jì)算、加減速控制、數(shù)控系統(tǒng)軟硬件工作方式、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)等作為了解內(nèi)容[5]。同時，教學(xué)課時數(shù)可適當(dāng)增加4～6節(jié)理論課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，比如逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)、DDA插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)一次即可，盡量增加數(shù)控系統(tǒng)機(jī)電聯(lián)調(diào)的綜合性實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)改革

(1)針對實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題，可充分利用虛擬仿真軟件，增加數(shù)控實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)。比如南京斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，可以讓學(xué)生一對一提前熟悉不同數(shù)控系統(tǒng)的操作界面，進(jìn)行零件仿真加工。

(2)規(guī)范實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，編寫實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書。因全國不同高校的具體情況不同，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件差別很大，各校應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)，結(jié)合具體教學(xué)情況開展切實(shí)可行的實(shí)踐教學(xué)，具有通識性、代表性、可選擇性的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教材是開展實(shí)踐教學(xué)的重要指導(dǎo)材料，亟待規(guī)范建設(shè)。

(3)加強(qiáng)校外實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)。數(shù)控技術(shù)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，校內(nèi)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備是有限的，各種生產(chǎn)實(shí)習(xí)的場景也相對單一，所以要加強(qiáng)校企合作，建立校外實(shí)踐教學(xué)基地。通過參觀、現(xiàn)場教學(xué)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生對各種類型數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、組成和工作過程有深刻的認(rèn)識，對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試有一定的理解。理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，既可提高學(xué)生的綜合能力，也可以提高教師的綜合素質(zhì)。

3.3 教學(xué)方式手段的改革

(1)建設(shè)數(shù)控技術(shù)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。隨著VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用發(fā)展，可采用三維視頻動畫介紹數(shù)控機(jī)床的基本知識、機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、數(shù)控加工工藝、數(shù)控程序編制和數(shù)控機(jī)床安裝、調(diào)試、故障維修等內(nèi)容，通過視頻動畫演示使學(xué)生更直觀清晰地深入課程主題，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺還植入了一系列數(shù)控機(jī)床的模擬實(shí)驗(yàn)操作，直接拉近了理論和實(shí)物之間的距離。

(2)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)，構(gòu)建線下學(xué)習(xí)形態(tài)優(yōu)勢和數(shù)字化線上學(xué)習(xí)形態(tài)優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合的混合式教學(xué)模式。要充分利用當(dāng)前發(fā)達(dá)的信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)資源，鼓勵引導(dǎo)教師構(gòu)建一種教與學(xué)的新模式，改變傳統(tǒng)定時定點(diǎn)的單一課堂教學(xué)方式，克服網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果碎片化、學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬化的缺點(diǎn)，對兩種學(xué)習(xí)形式中的各種學(xué)習(xí)要素進(jìn)行有機(jī)融合，應(yīng)用教學(xué)理論，協(xié)調(diào)各個要素，將不同的教學(xué)內(nèi)容匹配相適應(yīng)的教學(xué)手段，發(fā)揮混合式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，克服數(shù)控教學(xué)中的問題，實(shí)現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化[6]。

3.4 加強(qiáng)教師實(shí)踐能力培養(yǎng)

數(shù)控技術(shù)課程涉及到多學(xué)科交叉的綜合知識，授課老師在理論教學(xué)中一般能夠不斷學(xué)習(xí)積累，適應(yīng)理論教學(xué)要求，但在實(shí)踐教學(xué)中往往欠缺操作技能和經(jīng)驗(yàn)，這就要求一方面任課老師要主動提高自己的實(shí)踐動手操作能力，積極參與生產(chǎn)實(shí)踐和科研之中；另一方面學(xué)校必須對任課教師擬定切實(shí)可行的培訓(xùn)方案和計(jì)劃，較全面系統(tǒng)、有針對性地培養(yǎng)“雙師型”教學(xué)人才。比如，要提高理論教師的機(jī)床操作加工技能，有必要建立導(dǎo)師制。充分利用學(xué)校工程訓(xùn)練中心的軟硬件資源，給理論教師配備經(jīng)驗(yàn)豐富的車工、銑工、加工中心操作工作為其導(dǎo)師，以提升教學(xué)能力為核心，形成“老帶新”、“傳幫帶”的良好局面[7]。

3.5 改變課程考核方式

數(shù)控技術(shù)課程的考核主要由理論和實(shí)踐兩部分組成。實(shí)踐一般又由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)組成。課程考核既要考核理論知識，也要注重基本技能和專業(yè)技能的考核，考核學(xué)生應(yīng)用理論知識的能力、基本操作能力、維護(hù)調(diào)試基本能力等。所以應(yīng)合理設(shè)定總評成績的構(gòu)成百分比，注重平時的學(xué)習(xí)考核，根據(jù)實(shí)踐安排量化并細(xì)化實(shí)踐能力考核指標(biāo)，讓學(xué)生經(jīng)過完整的學(xué)習(xí)應(yīng)用過程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和全面分析解決理論及實(shí)際問題的能力。

4 結(jié)束語

按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求開展“閉環(huán)式”的數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革，以學(xué)生為中心，合理制定數(shù)控技術(shù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建完善的教學(xué)環(huán)節(jié)和管理過程，形成合理的考核評價(jià)指標(biāo)，建立畢業(yè)生跟蹤反饋機(jī)制，并在良好的師資和教學(xué)條件下保證教學(xué)過程質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。如若課程教學(xué)不能滿足預(yù)期的畢業(yè)生能力要求，或是課程培養(yǎng)目標(biāo)沒有反映畢業(yè)生5年左右在社會與專業(yè)領(lǐng)域預(yù)期能夠取得的成就，再或是提高教師工程能力的措施不夠具體等[8]，說明還需繼續(xù)完善課程的教學(xué)改革。課程的教學(xué)改革是長期的、不斷創(chuàng)新的過程，因而其實(shí)施過程也需要調(diào)整。