基于項目式教學(xué)的數(shù)控技術(shù)課程改革與實踐

徐偉 萬軼 沙鑫美

摘要：隨著我國制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，機(jī)械工程專業(yè)應(yīng)用型人才的需求量增大。本文針對目前數(shù)控技術(shù)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在的教學(xué)內(nèi)容較少、教學(xué)手段陳舊等問題，提出了一種基于項目驅(qū)動的“閉環(huán)式”實踐教學(xué)改革思路，該思路以項目為主線、學(xué)生為主體，鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，并通過實時反饋來反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過教學(xué)改革的實施，學(xué)生的綜合能力得到了提升，改革取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：項目式教學(xué);數(shù)控技術(shù);實踐教學(xué);教學(xué)改革

0 ?引言

自2010年起，我國就已經(jīng)成為全球制造業(yè)第一大國，但其競爭優(yōu)勢聚集在低端領(lǐng)域，在高端制造業(yè)領(lǐng)域方面競爭力明顯不足。面對世界范圍內(nèi)新一輪的產(chǎn)業(yè)革命，我國先后出臺了“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列重大國家戰(zhàn)略，并明確以開發(fā)一批精密、高速、高效、柔性數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備及集成制造系統(tǒng)為重要戰(zhàn)略任務(wù)，以此來提高自身的制造實力，從而能夠在全球化的競爭中拔得頭籌。目前，我國絕大多數(shù)工科院校均開設(shè)了機(jī)械工程專業(yè)，數(shù)控技術(shù)作為培養(yǎng)機(jī)械工程技術(shù)人才的一門專業(yè)課程，可使學(xué)生獲得豐富的機(jī)械、控制、檢測、編程、數(shù)控加工工藝等方面的基礎(chǔ)知識和綜合技能;但不少高校的數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)當(dāng)中，實踐環(huán)節(jié)相對薄弱，存在教學(xué)內(nèi)容較少、學(xué)時較短、教學(xué)手段陳舊等問題，使得學(xué)生的動手實踐應(yīng)用能力得不到很好的鍛煉。本文分析了數(shù)控技術(shù)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中所存在的不足，提出了一種基于項目驅(qū)動的“閉環(huán)式”實踐教學(xué)改革思路，該思路以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，使學(xué)生能夠系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)相關(guān)操作技能，并通過實時反饋來反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，達(dá)到提升學(xué)生動手實踐等綜合能力的目的。

1 ?數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)中存在的問題

數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)的目的是通過該實踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握編制數(shù)控加工程序的方法，具備根據(jù)加工圖紙要求編制數(shù)控加工程序并進(jìn)行數(shù)控機(jī)床實操加工的能力，但實踐教學(xué)的情況卻不盡如人意。首先，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)多為驗證性實驗，往往是為了讓學(xué)生能夠更加直觀的去感受和了解課堂當(dāng)中的知識點，并不能很好的起到鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用能力的作用。其次，驗證性的實驗缺乏一個統(tǒng)一的主線將其穿起來，學(xué)生學(xué)完以后不知道如何學(xué)以致用。最后，數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實驗設(shè)備主要為數(shù)控機(jī)床，因其購置費以及使用維護(hù)費較高，民辦高校難以拿出大量資金來購置實驗設(shè)備，若按照傳統(tǒng)的現(xiàn)場實踐教學(xué)方法，則會因設(shè)備臺套數(shù)的不夠?qū)е聼o法滿足每一個同學(xué)實踐操作的需求，從而影響實踐教學(xué)的效果。

2 ?數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)改革思路

針對數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)中出現(xiàn)的問題，本文擬從以下角度來進(jìn)行實踐教學(xué)改革，以期提升實踐教學(xué)效果。

2.1 引入計算機(jī)仿真軟件

目前數(shù)控加工編程軟件很多，主要包括Unigraphics UX、MasterCAM、Powermill、Cimatron等。為了滿足制造人才從設(shè)計到制造的培養(yǎng)連貫性的要求，我們需要引入一種集三維造型與自動編程于一體的軟件。Unigraphics UX是目前使用度最廣泛的編程軟件之一，交互式CAD/CAM系統(tǒng)可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)，廣泛應(yīng)用于加工中心編程操作中，可以實現(xiàn)學(xué)生從三維設(shè)計造型到數(shù)控自動編程最后至模擬加工仿真的全過程培訓(xùn)。針對現(xiàn)場實操時設(shè)備臺套數(shù)不夠的問題，可以通過采用虛擬現(xiàn)實的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)來解決。宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將實際的機(jī)床搬到了電腦中，學(xué)生通過仿真系統(tǒng)在電腦界面上完成原本需要在實際機(jī)床上才能進(jìn)行的操作，降低了教學(xué)成本，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.2 引入項目式教學(xué)方法

數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)是一個連續(xù)性的系統(tǒng)工程，包括了從零件圖紙分析→確定加工方案→工藝處理→編制程序清單→程序校驗→數(shù)控機(jī)床加工整個生產(chǎn)流程的教學(xué)。項目式教學(xué)突出的是以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)的是讓學(xué)生從系統(tǒng)性的角度來自主地分析問題、解決問題。教學(xué)步驟一般分為以下幾步：

①項目內(nèi)容的確定和分配：遵循“實用性、可行性和綜合性”的原則。實用性原則指的是項目的選擇必須貼近實際生產(chǎn)實踐，讓學(xué)生切實體會到所學(xué)的知識確實能夠?qū)W以致用;可行性原則指的是項目難度適中，能夠讓學(xué)生在經(jīng)過一定努力的情況下完成;綜合性原則指的是項目應(yīng)包含與數(shù)控技術(shù)有關(guān)的所有知識點，通過一個項目能使得學(xué)生對所有的知識點進(jìn)行一次梳理實踐。

②項目計劃的制定和實施：學(xué)生接到任務(wù)后，首先自由分組，然后按照教師的要求指定工作計劃，將任務(wù)分解成圖紙設(shè)計、數(shù)控程序編制、軟件仿真加工、數(shù)控機(jī)床實操加工等階段，規(guī)定各階段的時間安排，具體任務(wù)分工等，形成詳細(xì)的項目實施計劃，并上交教師。在上交項目計劃并得到教師認(rèn)可后，學(xué)生即可根據(jù)計劃安排開展項目。教師要注意自身的引導(dǎo)作用，比如在項目初期，利用案例教學(xué)法，對學(xué)生UG軟件或宇龍數(shù)控仿真軟件者進(jìn)行必要知識和技能的培訓(xùn)，或者向?qū)W生推薦相關(guān)的參考資料等。

③項目結(jié)果的考核和評價：項目結(jié)果的考核和評價分為過程考核和總結(jié)考核兩個部分。過程考核指的是學(xué)生在圖紙設(shè)計階段需要講解零件的設(shè)計思路以及圖紙的表達(dá)方案;數(shù)控程序編制階段需要對零件的數(shù)控加工工藝進(jìn)行闡述;軟件仿真加工階段需要進(jìn)行程序的輸入和現(xiàn)場演示等。教師在每次過程考核結(jié)束，需對學(xué)生小組的成果進(jìn)行總結(jié)考核并打分。在項目結(jié)束后，學(xué)生還必須以小組為單位，上交項目完成總結(jié)報告，指導(dǎo)教師根據(jù)總結(jié)報告打總結(jié)分，最后將過程考核分和總結(jié)考核分綜合，得到學(xué)生的綜合分?jǐn)?shù)。

2.3 引入閉環(huán)思想構(gòu)建實踐教學(xué)體系

在項目式教學(xué)實施過程中，為確保學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，引入了閉環(huán)思想，構(gòu)建了全新的實踐教學(xué)體系如圖1所示。從項目下達(dá)開始，經(jīng)過了工藝分析、數(shù)控編程、模擬加工、實際加工等一系列的環(huán)節(jié)，下一個環(huán)節(jié)能否繼續(xù)進(jìn)行完全取決與上一環(huán)節(jié)結(jié)果的正確與否，比如沒有合理的工藝分析就不能進(jìn)行合理的編程，繼而不能實現(xiàn)合理的模擬加工，最終會影響最終零件的實際加工，這樣就形成了項目流程的閉環(huán)。

3 ?結(jié)論

為滿足制造業(yè)的發(fā)展所帶來的對應(yīng)用型人才需求的改變，現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)。本文在研究了目前數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)不足的基礎(chǔ)上，提出了一種基于項目教學(xué)的閉環(huán)式實踐教學(xué)改革思路（如圖1），通過引入項目教學(xué)法這一主線，將數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，并通過閉環(huán)的形式實時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。經(jīng)過實踐，學(xué)生的實踐能力得到了很大的提升，表明改革效果良好。

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基金項目：三江學(xué)院教學(xué)建設(shè)與改革項目（J18069），江蘇高校哲學(xué)社會科學(xué)研究基金項目（2018SJA0502）。

作者簡介：徐偉（1982-），男，江蘇鹽城人，高級實驗師，主要從事機(jī)械專業(yè)應(yīng)用型本科教育研究。