基于“荊楚卓越人才”的數(shù)控類課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

包顯龍 夏會(huì)芳 孫文文 齊洪方 蘇秀芝

（武漢華夏理工學(xué)院 智能制造學(xué)院，武漢 430223）

實(shí)施“荊楚卓越人才”協(xié)同育人計(jì)劃（以下簡稱“卓越計(jì)劃”），是湖北省區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)先進(jìn)制造高層次人才的迫切需求，為加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才，要求各高校持續(xù)深化工程教育改革[1]。民辦高校作為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)基地，擔(dān)負(fù)著為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重任[2]。武漢華夏理工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（以下簡稱機(jī)自專業(yè)）是湖北省獨(dú)立學(xué)院重點(diǎn)培育本科專業(yè)，并已獲批湖北省普通高校“荊楚卓越工程師協(xié)同育人計(jì)劃”。為適應(yīng)卓越工程師培養(yǎng)的要求，學(xué)院機(jī)自專業(yè)設(shè)立了“卓越工程師班”，擬加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，特別是數(shù)控方向的人才，其中專業(yè)綜合能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)尤為重要。但是，目前數(shù)控類課程體系中各相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容依然陳舊，沒有緩解實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱的現(xiàn)狀，對(duì)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的支撐不夠，學(xué)生的專業(yè)綜合實(shí)踐能力不足，不能滿足“卓越工程師”所要求的“解決工程技術(shù)問題的初步技能”等人才培養(yǎng)要求。因此，對(duì)應(yīng)用型本科高校數(shù)控類課程的改革研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與市場(chǎng)價(jià)值。

1 現(xiàn)有數(shù)控類課程在人才培養(yǎng)過程中存在的主要問題

現(xiàn)有數(shù)控類課程主要包括專業(yè)基礎(chǔ)課“數(shù)控技術(shù)”、專業(yè)方向課“數(shù)控加工編程與仿真”“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修”“CAM 應(yīng)用技術(shù)”、綜合應(yīng)用實(shí)踐“現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”。

主要存在如下問題：

（1）教育教學(xué)理念沒有即時(shí)更新，影響學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體目標(biāo)的達(dá)成；

（2）教學(xué)內(nèi)容中沒有將育人因素和專業(yè)知識(shí)傳授相融合，部分教學(xué)內(nèi)容與“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)目標(biāo)及行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，反映學(xué)科前沿和緊跟社會(huì)需求新變化不夠；

（3）教學(xué)過程中部分教學(xué)環(huán)節(jié)順序設(shè)計(jì)不合理，學(xué)時(shí)分配的主、次目標(biāo)性不夠；

（4）教學(xué)方法不夠豐富，沒有綜合運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段和數(shù)字資源，沒有注重思政元素在教學(xué)中的滲透。

針對(duì)以上問題，本項(xiàng)目將對(duì)現(xiàn)有數(shù)控類課程“數(shù)控技術(shù)”“數(shù)控加工編程與仿真”“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修”“CAM 應(yīng)用技術(shù)”“現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”進(jìn)行教學(xué)改革研究。

2 教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容與過程的改革研究

2.1 教學(xué)理念的改革

改革前沒有明確學(xué)生中心的教學(xué)理念，較多關(guān)注“教了多少，上得如何”；改革后明確樹立了立德樹人的培養(yǎng)理念和“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教育教學(xué)理念，明確達(dá)到知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體的目標(biāo)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與過程的改革

2.2.1 “數(shù)控技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容改革

“數(shù)控技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容改革前：教學(xué)內(nèi)容存在偏重?cái)?shù)控原理和理論而輕數(shù)控編程的情況，且很多理論與“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)目標(biāo)及行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)；數(shù)控編程僅為精加工編程，沒有粗加工，即沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；沒有數(shù)控加工工藝內(nèi)容，直接影響所編數(shù)控編程的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)融合不夠，例題僅為簡單的軌跡驗(yàn)證，沒有實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值；整個(gè)教學(xué)過程中的學(xué)時(shí)分配和內(nèi)容順序不夠合理。

“數(shù)控技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容改革后：對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整取舍和更新，將教學(xué)主要內(nèi)容的順序調(diào)整為“數(shù)控加工工藝（數(shù)控編程基礎(chǔ)）→數(shù)控車床編程→數(shù)控銑床編程→計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)→數(shù)控裝置的軌跡控制原理→數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)”；數(shù)控原理與系統(tǒng)板塊的重點(diǎn)放在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)和數(shù)控裝置的軌跡控制原理；在數(shù)控編程板塊增加數(shù)控加工工藝的內(nèi)容，重點(diǎn)放在數(shù)控加工工藝、加工程序編制方面，數(shù)控編程突出實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，將零件的粗、精加工在一個(gè)程序中完成，強(qiáng)調(diào)實(shí)際、實(shí)用，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的素質(zhì)與能力。

2.2.2 “數(shù)控加工編程與仿真”教學(xué)內(nèi)容改革

改革前“數(shù)控加工編程與仿真”教學(xué)內(nèi)容與“數(shù)控技術(shù)”的編程板塊重復(fù)內(nèi)容較多，沒有結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用從拓展深度和廣度方面來設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。此外，仿真教學(xué)中沒有完全按照數(shù)控機(jī)床的操作規(guī)程進(jìn)行機(jī)床操作。教學(xué)過程中，理論教學(xué)和仿真操作教學(xué)分別在教室和機(jī)房進(jìn)行，也影響了理論與實(shí)踐的緊密融合。

改革后重新修訂編寫“數(shù)控加工編程與仿真”的課程教材，內(nèi)容結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，例題取自企業(yè)的實(shí)際數(shù)控加工零件，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的對(duì)接。在數(shù)控編程的教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)一步加深與提高，繼續(xù)學(xué)習(xí)一些高級(jí)編程指令及加工應(yīng)用技巧，完全結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。同時(shí)，將全部教學(xué)過程放到機(jī)房進(jìn)行，把枯燥的理論變?yōu)橹庇^形象的展示。仿真是把數(shù)控機(jī)床搬到電腦上進(jìn)行虛擬的“真實(shí)加工”，能使抽象的編程知識(shí)內(nèi)容形象直觀，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具有較好的教學(xué)效果。

2.2.3 “數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修”教學(xué)內(nèi)容改革

改革前部分教學(xué)內(nèi)容陳舊，沒有反映學(xué)科前沿和社會(huì)需求新變化。教學(xué)過程中牽扯的數(shù)控系統(tǒng)太雜，導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)較為零散學(xué)生不容易掌握，且理論不能有效指導(dǎo)實(shí)踐環(huán)節(jié)。課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來自試驗(yàn)臺(tái)，沒有結(jié)合對(duì)實(shí)際機(jī)床的維修運(yùn)用，很難達(dá)到對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行調(diào)試、維護(hù)、維修的目標(biāo)，不能適應(yīng)卓越工程師對(duì)人才培養(yǎng)的行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求及企業(yè)對(duì)數(shù)控人才的要求。

改革后增加了數(shù)控機(jī)床維護(hù)與保養(yǎng)的內(nèi)容，并融于機(jī)床安全操作、機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)等技能，弘揚(yáng)“勞動(dòng)精神”養(yǎng)成良好的機(jī)械工程師素質(zhì)。此外，增加了數(shù)控機(jī)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試內(nèi)容，為數(shù)控機(jī)床的調(diào)試維修實(shí)驗(yàn)做好了知識(shí)儲(chǔ)備。實(shí)驗(yàn)全部選用學(xué)校和企業(yè)數(shù)控機(jī)床故障維修的實(shí)際典型案例，實(shí)踐教學(xué)緊扣理論知識(shí)點(diǎn)使理論與實(shí)踐深度融合，讓學(xué)生課堂上難以理解的問題在實(shí)踐中融會(huì)貫通。

2.2.4 “CAM 應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容改革

改革前這門課程采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，圍繞教材偏重于理論教學(xué)，例題取自教材提供的模型，學(xué)生無法體會(huì)建模，難以體現(xiàn)Mastercam 的優(yōu)越點(diǎn)，使得學(xué)生缺乏實(shí)際應(yīng)用能力。教學(xué)過程中沒有將自動(dòng)編程與手工編程兩種編程方法相融合，導(dǎo)致學(xué)生不會(huì)進(jìn)行程序修改，影響程序的實(shí)際應(yīng)用效果。

改革后，在教學(xué)過程中先讓學(xué)生掌握Mastercam的繪圖，然后將所建模型和自動(dòng)編程聯(lián)系，通過簡單的線框模型生成數(shù)控加工程序，從而讓學(xué)生體會(huì)Mastercam 相比其他軟件的優(yōu)勢(shì)，通過加工零件的需要修改線框模型得到所需程序，最后應(yīng)用手工編程的知識(shí)對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷囊垣@得實(shí)際需要的最優(yōu)化程序。例題引用實(shí)際生產(chǎn)案例，工藝參數(shù)的設(shè)置必須與實(shí)際生產(chǎn)相一致，所編數(shù)控加工程序必須進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用最優(yōu)化，大大提高了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，滿足卓越人才的培養(yǎng)要求。

2.2.5 “現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”教學(xué)內(nèi)容改革

改革前采用數(shù)控加工的項(xiàng)目模式給每個(gè)小組（4～5 人）的任務(wù)是一張數(shù)控加工綜合零件圖，難度達(dá)到數(shù)控中級(jí)以上水平。各小組根據(jù)零件圖編制數(shù)控加工工藝過程卡→編制數(shù)控加工程序→程序仿真校驗(yàn)→輸入小型數(shù)控銑床進(jìn)行程序校驗(yàn)→合格后進(jìn)行切削加工→完成零件加工后檢查是否合格（利用蠟塊做毛坯）。隨著時(shí)代的發(fā)展，這種“綜合實(shí)訓(xùn)”還是顯得略微單一。

改革后以綜合應(yīng)用為核心，給每個(gè)小組的任務(wù)再不是一張數(shù)控加工綜合零件圖，而是一套小型機(jī)械裝置的裝配圖。要求完成的任務(wù)為“完成裝配圖上每個(gè)零件的三維建?！瓿裳b配圖的三維建模→選出幾個(gè)零件或者全部零件進(jìn)行3D 打印出實(shí)物→選出1～2個(gè)零件進(jìn)行數(shù)控加工→按照之前的步驟完成（利用塑料塊做毛坯）”。這樣進(jìn)一步強(qiáng)化培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、查閱資料能力、數(shù)據(jù)處理能力及認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，為今后走上工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，進(jìn)一步貼近卓越人才的培養(yǎng)要求。

3 基于“荊楚卓越人才”的數(shù)控類課程教學(xué)方法改革

3.1 采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)與在線學(xué)習(xí)相結(jié)合的混合式教學(xué)方法

改革前教學(xué)方法單一，主要是通過教師講授來教學(xué)，不能適應(yīng)“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)目標(biāo)要求的。改革后對(duì)現(xiàn)有數(shù)控類課程采取傳統(tǒng)課堂與在線學(xué)習(xí)方式相結(jié)合的混合式教學(xué)方法。教學(xué)實(shí)施過程中利用雨課堂、學(xué)習(xí)通等線上教學(xué)平臺(tái)，將傳統(tǒng)教育教學(xué)方法與智慧教學(xué)平臺(tái)相融合，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)貫穿于傳統(tǒng)教學(xué)全過程，利用“雨課堂”智慧教學(xué)平臺(tái)將手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閹椭鷮W(xué)生學(xué)習(xí)的工具，使每一位學(xué)生參與到課堂學(xué)習(xí)中。這樣既發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，又實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果[3]。

3.2 課堂教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操相結(jié)合提升學(xué)生應(yīng)用、創(chuàng)新能力

改革前實(shí)驗(yàn)教學(xué)放在課程結(jié)束后，學(xué)生上課時(shí)學(xué)習(xí)的是抽象的理論知識(shí)，等到實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)才用來分析和解決實(shí)際問題，即理論與實(shí)踐沒有有效對(duì)接。改革后將實(shí)驗(yàn)教學(xué)分別緊扣課堂教學(xué)的核心理論知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)重要知識(shí)點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)緊密有效對(duì)接，使學(xué)生在課堂上難以理解的抽象的重要理論知識(shí)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)過程中融會(huì)貫通，并能運(yùn)用于實(shí)際工作，有效提升了學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力[4]。

4 結(jié)語

基于“卓越計(jì)劃”，對(duì)現(xiàn)有數(shù)控類課程“數(shù)控技術(shù)”“數(shù)控加工編程與仿真”“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修””“CAM 應(yīng)用技術(shù)”“現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力，滿足了“卓越工程師”要求的“解決工程技術(shù)問題的初步技能”等人才培養(yǎng)要求。