新工科背景下計算機輔助制造技術(shù)教學(xué)改革與實踐

王元剛 呂鵬翔 李曉鵬 吳蒙華 賈衛(wèi)平

摘要：在調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、引入先進教學(xué)理念基礎(chǔ)上，初步建立與工程應(yīng)用相適應(yīng)、以基于項目和問題的分組教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的復(fù)合教學(xué)模式，討論復(fù)合教學(xué)模式對學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題能力的影響規(guī)律，對同類型課程的教學(xué)改革具有啟發(fā)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：分組教學(xué)；基于問題和項目學(xué)習(xí)方法；翻轉(zhuǎn)課堂；計算機輔助制造技術(shù)；復(fù)合教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0260-02

一、引言

我國于2016年成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式成員并啟動新工科建設(shè)。其核心理念是以學(xué)生為中心，能給學(xué)生以有力的引導(dǎo)，這就需要將學(xué)生的要求及其培養(yǎng)目標放在重要的位置。實踐表明PPBL[1]和翻轉(zhuǎn)課堂[2]教學(xué)改革對學(xué)生綜合知識應(yīng)用能力、就業(yè)適應(yīng)能力的培養(yǎng)和提升具有重要作用。經(jīng)過8年的建設(shè)，大連大學(xué)機械工程專業(yè)計算機輔助制造技術(shù)課程實現(xiàn)了由基于概念和理論知識的教學(xué)模式到以解決實際問題能力培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)化。該課程是為適應(yīng)工程教育、卓越工程師培養(yǎng)等社會需求，利用數(shù)控加工技術(shù)和數(shù)控加工編程軟件解決各類零件尤其是復(fù)雜模具零件加工問題的綜合應(yīng)用類課程[3]，通過課程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握復(fù)雜零件數(shù)控加工工藝設(shè)計、自動化編程和基本機床操作能力。本課程在教學(xué)模式與教材內(nèi)容的組織上，以項目驅(qū)動和成果考核為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為主線，以解決復(fù)雜工程問題為目標，研究該課程的培養(yǎng)內(nèi)涵和教學(xué)實踐，以滿足該課程的教學(xué)需要，適應(yīng)工程技術(shù)發(fā)展和進步的要求。

二、課程教學(xué)設(shè)計

本課程以工程實際為基礎(chǔ)，經(jīng)過提煉和加工，通過從簡單到復(fù)雜、由單一到綜合的方式，設(shè)計出與加工過程相對應(yīng)的項目載體。每個項目在從三維模型到最后成品的整個過程中，分解成零件分析與模型簡化、加工工藝方案與夾具、加工模式與切削參數(shù)、加工優(yōu)化與刀軌確認、后置處理與加工文件生成等5個核心問題，部分項目還涉及采用特種加工需要的電極設(shè)計與編程環(huán)節(jié)。課程采用基于多媒體機房的分組教學(xué)模式授課。每組六人，其中一組員承擔組長職責，負責整體協(xié)調(diào)、匯報工作，其余組員完成項目問題。教學(xué)流程由布置本次課主要任務(wù)，完成對應(yīng)工作任務(wù)，每組整體賦分，匯報和互評，教師講解等環(huán)節(jié)組成。課程采用限時完成模式，每個組限時在30分鐘內(nèi)由本組各個成員按照先后次序依次完成所承擔工作內(nèi)容。

三、課程改革效果與分析

考試方法采用實戰(zhàn)模式，在規(guī)定時限內(nèi)根據(jù)指定模型完成卷面和上機操作。通過選取2013、2015和2017年考試成績數(shù)據(jù)做分析，與之對應(yīng)的是句號課堂、問號課堂、問號+翻轉(zhuǎn)課堂模式。結(jié)果表明復(fù)合課堂模式的學(xué)生平均成績最好（圖1），所考察的知識點中在模型分析與完善和加工工藝環(huán)節(jié)上得分率較低（圖2），體現(xiàn)了學(xué)生三維建模功底和根據(jù)模型分析結(jié)果選擇合適的加工模式實現(xiàn)加工意圖能力。上述結(jié)果表明了學(xué)生對知識掌握能力和熟練程度得到加強，這正是本課程教學(xué)改革的初衷之一。教學(xué)模式對學(xué)生學(xué)習(xí)效果有重要影響，以教師為主的句號教學(xué)模式明顯制約學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性[4]；PPBL模式一方面可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面增加了同學(xué)之間、師生之間的良性互動；與社會需求同步的項目教學(xué)則強化了學(xué)生解決問題的能力；嚴謹?shù)钠綍r成績評定方法使得小組內(nèi)部必須團結(jié)協(xié)作、取長補短，有助于形成良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣和團隊協(xié)作氛圍；翻轉(zhuǎn)課堂則為學(xué)生課余時間學(xué)習(xí)提供了幫手，既能做到課前的有的放矢，又能通過課后的不斷學(xué)習(xí)提高知識技能的掌握程度。

此外，工藝問題反映出機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程所強調(diào)的“嚴謹規(guī)范”和數(shù)控加工所體現(xiàn)的“相對松散”之間顯著沖突，這體現(xiàn)出包括數(shù)控加工在內(nèi)的智能制造技術(shù)在高精度、高速度、高柔性化、高自動化等方面的優(yōu)越性[5]。與國外高等教育相比[6]，國內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)知識習(xí)慣于采用“先入為主”、跟老師走的方式，因此任課教師的教學(xué)理念、教學(xué)思路、先修課程對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)影響很大。

四、結(jié)論

計算機輔助制造技術(shù)課程強調(diào)把學(xué)習(xí)置于工程項目的實際情景，由學(xué)生合作來解決真正的問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。結(jié)論總結(jié)如下。

第一，培養(yǎng)方案要結(jié)合社會需求并通盤考慮課程間的銜接和知識點的適用性，有助于建立“學(xué)以致用、以用促學(xué)”的良性循環(huán)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，有助于促進工程教育的發(fā)展和應(yīng)用型高技能人才的培養(yǎng)。

第二，基于項目和問題的分組教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生工程意識、綜合運用知識的能力、團隊精神與合作能力；翻轉(zhuǎn)教學(xué)則促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識與能力的提升。

第三，優(yōu)秀教學(xué)模式需要建立與之配套的技術(shù)手段和措施，才能充分發(fā)揮該教學(xué)模式的最大效能。

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