“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)改革的實踐與探索

陳 艷，胡麗娜，戚洪峰

(1.青島工學(xué)院機電工程學(xué)院，山東 青島 266300)(2.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266106)

“數(shù)控加工技術(shù)”是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐綜合能力的一門專業(yè)技能課程，先行需開設(shè)“畫法幾何與機械制圖”“工程材料及成形技術(shù)”“金屬工藝學(xué)”“模具技術(shù)”等課程，其對后續(xù)“UG CAD/CAM”“數(shù)控加工與編程實驗”以及“畢業(yè)設(shè)計”課程的綜合實踐考核也起到關(guān)鍵作用。因此，優(yōu)化“數(shù)控加工技術(shù)”課程內(nèi)容，改革課程實踐考核方法，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐應(yīng)用能力尤為重要。針對該課程教學(xué)改革需要，成立了課題組，經(jīng)過3年的改革實踐與探索，“數(shù)控加工技術(shù)”課程改革在教學(xué)大綱修訂、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法和考核方式改革等方面都取得了顯著的效果。

1 課程特點及國內(nèi)外教學(xué)調(diào)研

1.1 課程特點

“數(shù)控加工技術(shù)”課程實踐性較強，不僅要求學(xué)生熟悉數(shù)控加工工藝、數(shù)控編程的基本理論知識，還需要學(xué)生掌握手工編程和自動編程的技巧，從而培養(yǎng)學(xué)生調(diào)試加工程序的能力以及操作機床的實踐能力。

1.2 國內(nèi)外教學(xué)調(diào)研

新加坡非常重視數(shù)控技術(shù)教育的發(fā)展。課題組成員赴新加坡游學(xué)，了解中外教學(xué)理念，結(jié)合數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革，在調(diào)研新加坡人才培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，重點關(guān)注新加坡數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)工作，其顯著特點為對研究生、大學(xué)生和其他層次的學(xué)生均非常重視學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。

與新加坡相比，我國的數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)工作則極為薄弱，為滿足中國制造業(yè)對數(shù)控技術(shù)應(yīng)用型人才的迫切需求，培養(yǎng)大批既懂?dāng)?shù)控加工工藝又懂?dāng)?shù)控機床編程與操作的高素質(zhì)應(yīng)用型人才是目前數(shù)控技術(shù)的教學(xué)方向。

本文根據(jù)青島工學(xué)院(以下簡稱本校)人才培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)生特點，借鑒新加坡人才培養(yǎng)模式，調(diào)整“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)模式，以“數(shù)控加工技術(shù)”實踐教學(xué)改革為主線、數(shù)控加工模塊課程群建設(shè)為突破口，進一步探索提升數(shù)控技術(shù)人才綜合素質(zhì)的教學(xué)模式，使教學(xué)過程更貼近社會需求、貼近生產(chǎn)，幫助學(xué)生建立先進加工制造技術(shù)的完整設(shè)計制造理念，使學(xué)生較系統(tǒng)地掌握數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用。

2 深化數(shù)控加工技術(shù)課程教學(xué)改革

2.1 修訂專業(yè)人才培養(yǎng)方案

本校“數(shù)控加工技術(shù)”是一門3學(xué)分48學(xué)時的課程，針對課題研究反饋情況，調(diào)整數(shù)控課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，突出實踐性，仿真學(xué)時由原8學(xué)時(占數(shù)控課程總學(xué)時的1/6)，增加到12學(xué)時(占數(shù)控課程總學(xué)時的1/4)。課程考核方式改為平日成績+技能考核成績+末考成績?nèi)糠帧?/p>

總結(jié)“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)改革實踐情況，以及本校目前擁有的數(shù)控機床條件，在新版專業(yè)人才培養(yǎng)方案中專業(yè)課程實踐部分增設(shè)0.5學(xué)分(12學(xué)時)的“數(shù)控加工與編程實驗”課程，進一步驗證仿真加工結(jié)果，實現(xiàn)理論與實踐一體化，真正做到“學(xué)用結(jié)合”，為實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研一體化教學(xué)打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 采取“項目驅(qū)動”教學(xué)方法

課程采取“項目驅(qū)動”的方式授課，能有效促使學(xué)生在做中學(xué)，在程序仿真調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)控加工的手工編程能力、仿真操作能力和自動編程能力。

為了達到“項目驅(qū)動”授課的效果，教師一題多用，對比講解，并且配有針對授課內(nèi)容自制的大量對應(yīng)實例仿真加工視頻，創(chuàng)設(shè)情境，授課過程形象直觀。為了進一步解決學(xué)生對疑難點的困惑，教師把往屆學(xué)生做的數(shù)控加工仿真項目作為課堂演示案例，有正面案例也有反面案例，讓學(xué)生來分析各個案例的優(yōu)缺點，通過深入淺出的講解，使疑難點變得通俗易懂[1]。

2.3 構(gòu)建新型教學(xué)模式

本文針對應(yīng)用型本科院校學(xué)生的特點，在“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)改革的道路上，探索構(gòu)建新型教學(xué)模式。

2015年7月，課題組在2012級機械專業(yè)學(xué)生中成立數(shù)控技術(shù)興趣小組，針對小組成員個人能力，組織學(xué)生學(xué)習(xí)生產(chǎn)中較難加工典型案例的數(shù)控加工程序的編制(如葉輪葉片案例的數(shù)控加工、宏指令的應(yīng)用等)，師生之間定期見面交流反饋，并通過微信群、QQ群等方式在線解答，有效解決學(xué)生遇到的疑難問題。

2016年3月，從2013級機械專業(yè)各個班級中選取對數(shù)控加工感興趣的學(xué)生組建30人數(shù)控項目班。相比“數(shù)控加工技術(shù)”課程普通班，項目班的教學(xué)改革具有如下特色：

1)實施理論與實踐一體化教學(xué)，將理論教學(xué)由教室改到實訓(xùn)室，實行理論教學(xué)與仿真教學(xué)相結(jié)合方式，充分發(fā)揮仿真軟件在實踐教學(xué)初期的指導(dǎo)作用，完成從理論知識到數(shù)控仿真加工全過程的講授[2]。

2)每次課兩學(xué)時，一學(xué)時老師授課，一學(xué)時實施“混合課堂式”教學(xué)模式，增加老師與學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的時間，包括答疑解惑、知識的運用等問題的探討。通過“混合課堂式”教學(xué)模式獲取學(xué)生對專業(yè)知識的關(guān)注方向，捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣點，為進一步做好課堂管理、課堂互動等工作搜集大量素材。

3)依據(jù)學(xué)生課堂對加工案例的程序編寫質(zhì)量、程序調(diào)試時間長短、對刀操作準(zhǔn)確程度、加工質(zhì)量高低等情況打分，作為技能考核成績評分的重要參考依據(jù)[3]。

4)為了進一步拓展學(xué)生數(shù)控知識的學(xué)習(xí)，在課余時間適當(dāng)留一些有利于學(xué)生能力提升、發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性的作業(yè)，并鼓勵學(xué)生自由組建不同形式的學(xué)習(xí)小組，教師適時指導(dǎo)，充分滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求[4]。根據(jù)提交作業(yè)的質(zhì)量情況，平日成績酌情給予加分獎勵，加強過程學(xué)習(xí)考核的合理性。

2.4 優(yōu)化考核及教學(xué)效果分析

現(xiàn)行的學(xué)習(xí)考核方式采取期末考試一票制，有許多弊病，不能較準(zhǔn)確地反映學(xué)生對知識的掌握情況。在2015～2016學(xué)年第二學(xué)期，“數(shù)控加工技術(shù)”項目班考核方式采取平日成績(40%)+技能考核成績(30%)+末考成績(30%)三部分評定的方法；普通班考核方式采取平日成績(40%)+末考成績(60%)兩部分評定的方法。項目班與普通班考核成績對比見表1。項目班、普通班1班和2班成績分布如圖1、圖2、圖3所示。

表1 項目班與普通班考核成績對比

分析表1及圖1、圖2、圖3中的數(shù)據(jù)信息可知，項目班卷面成績標(biāo)準(zhǔn)差σ=9.35，綜合成績標(biāo)準(zhǔn)差σ=4.78；其他兩個普通班卷面成績標(biāo)準(zhǔn)差分別為10.87，15.83，綜合成績標(biāo)準(zhǔn)差分別為6.89，11.02。圖表中數(shù)據(jù)表明，項目班考慮了技能成績的考核，增加了課程的趣味性，促進了學(xué)生自覺主動學(xué)習(xí)，學(xué)生的綜合平均成績?yōu)?8.23分，并且學(xué)生之間的分數(shù)差距相對于普通班學(xué)生之間的分數(shù)差距小，說明學(xué)生學(xué)習(xí)積極性都很高，教學(xué)改革的措施有效果。但是，卷面平均成績與普通班級差異不夠顯著，需針對該結(jié)果做進一步分析；再者，項目班人數(shù)相比普通班級要少，是普通班級人數(shù)的1/2，研究數(shù)據(jù)有一定的局限性。但從各考核數(shù)據(jù)分析可知，以實踐實訓(xùn)促進理論學(xué)習(xí)的教學(xué)方法行之有效。因此，教學(xué)改革的實施方案需要進一步完善，“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)改革需要長期進行。

圖1 項目班成績分布

圖2 普通班1班成績分布

圖3 普通班2班成績分布

2.5 營造和諧課堂

課題組成員赴新加坡游學(xué)參觀，認識到在“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)改革中，課堂管理同樣是一門授課藝術(shù)，營造和諧課堂非常重要。

對工科課程的授課，要營造“學(xué)生喜歡”的和諧課堂，教師需結(jié)合實踐及時發(fā)現(xiàn)新知識，注重知識的更新，不能僅停留在知識點理論的講解上，應(yīng)緊跟技術(shù)革新的步伐。對教師而言，要積極關(guān)注最新文獻資料，把握行業(yè)最新發(fā)展動態(tài)，不斷提升自身專業(yè)水平。

與此同時，通過開展“學(xué)生成績預(yù)警登記”的管理制度，督促學(xué)生保證課堂出勤率和聽課效果。對課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)不佳的學(xué)生開展定期約談，并跟蹤改進效果，使學(xué)生摒棄浮躁，豐富自身知識，為未來良好發(fā)展做好知識儲備。

3 培養(yǎng)專業(yè)教師團隊

教師團隊的優(yōu)化組合是課程建設(shè)的必要前提，為進一步提高教師團隊理論與實踐一體化教學(xué)水平，加強課程教師團隊的科研能力，教師團隊的組建需要滿足可持續(xù)發(fā)展，形成梯隊。既有教師系列的教授、副教授、講師、助教，又有工程、技工系列的工程師、技師等，吸納不同系列和層次的人才，優(yōu)勢互補，分工明確。

目前課題組有教授1名、高級技師1名、技師1名、講師2名、助教1名，實驗教師隊伍有待加強。

4 加強實踐教學(xué)的探索與實踐

近3年來，課題組老師在開展教研活動的同時積極開展應(yīng)用技術(shù)研究，取得了豐碩的研究成果[5]:

1)依據(jù)“數(shù)控加工技術(shù)”課程教學(xué)大綱的實踐性、先進性，針對以往數(shù)控技術(shù)教學(xué)欠缺實踐可行性驗證環(huán)節(jié)，課題組成員主持編寫了“數(shù)控加工技術(shù)”教材，教材實用性強，使學(xué)生對數(shù)控加工技術(shù)手工編程、仿真操作、自動編程有了更系統(tǒng)、更全面的認識，并制作了與教材配套的課件，已上傳至電子工業(yè)出版社華信教育資源網(wǎng)，供大家下載使用。

2)考慮切削加工的發(fā)展現(xiàn)狀，在“金屬工藝學(xué)”課程注重講授傳統(tǒng)機床及其加工工藝特點的基礎(chǔ)上，完善數(shù)控機床及數(shù)控加工工藝內(nèi)容的講授。目前，在原教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上已完成數(shù)控相關(guān)知識內(nèi)容的補充工作，新版教材已在高等教育出版社出版。

3)針對“UG CAD/CAM”課程的教學(xué)大綱內(nèi)容，課題組教師參與UG軟件教材的撰寫工作，教材已在清華大學(xué)出版社出版，解決了因講解CAD和CAM兩部分教學(xué)內(nèi)容，“UG CAD/CAM”課程選擇教材困難的問題。

4)為了加強學(xué)生數(shù)控自動編程加工中三維建模知識的學(xué)習(xí)，課題組教師組織學(xué)生參加了青島市大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，學(xué)生熟練運用UG等三維軟件，獲得二等獎2項、三等獎1項。同時組織學(xué)生考取三維CAD工程師職業(yè)證書。

5)教改期間，針對研究成果已發(fā)表6篇核心論文，第一作者均為課題組教師。

5 結(jié)束語

本文以學(xué)生為主體，以應(yīng)用為導(dǎo)向，采取“項目驅(qū)動”教學(xué)方法，實施“混合課堂式”教學(xué)模式，注重教師資源和課程資源建設(shè)，在理論與實踐一體化教學(xué)改革中，圍繞社會需求開展教學(xué)，使學(xué)生在提升專業(yè)能力的同時，實現(xiàn)全方面素質(zhì)的培養(yǎng)。但在校企協(xié)同育人方面，有待持續(xù)改革創(chuàng)新，進一步實現(xiàn)高素質(zhì)應(yīng)用型數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 王秋紅，張濤.《數(shù)控編程與加工》課程教學(xué)改革與實踐探討[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016(3)：107-110.

[2] 牛吉梅.應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)專業(yè)課程體系及教學(xué)內(nèi)容改革探索[J].裝備制造技術(shù)，2016(4)：250-253.

[3] 陶波，范成杰，徐巍.以數(shù)控技術(shù)為主線的實踐課程改革探索[J].實驗室研究與探索，2014(4)：224-227.

[4] 姬瑞海，李存霞，潘榮江.“教、學(xué)、做、賽融合”，培養(yǎng)數(shù)控高端技能型人才[J].高等工程教育研究，2014(1)：140-144.

[5] 高斌.數(shù)控加工(技師)專業(yè)課程體系和教學(xué)模式改革探索[J].中國制造業(yè)信息化，2010,39(12)：72-75，78.