新工科背景下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革探索

汪文凌 朱民

[摘? ? ? ? ? ?要]? 結(jié)合新工科建設(shè)的內(nèi)涵和要求，針對數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，提高學(xué)生的實(shí)訓(xùn)興趣及取得較好的實(shí)訓(xùn)效果。為工程訓(xùn)練數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法做一個(gè)嘗試。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 新工科;工程訓(xùn)練;數(shù)控加工;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);非機(jī)械類專業(yè)

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）24-0190-02

一、前言

新工科教育是我國高等學(xué)校為迎接以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模態(tài)為特征的新經(jīng)濟(jì)而在教育理念、教育實(shí)踐過程中重大的改革舉措。教育部先后就此組織并召開了相關(guān)會議開展討論。2017年2月18日綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會形成“復(fù)旦共識”，2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會上提出的“天大行動(dòng)”，以及2017年6月9日教育部在北京召開新工科研究與實(shí)踐專家組成立暨第一次工作會議，全面啟動(dòng)、系統(tǒng)部署新工科建設(shè)，稱為“北京指南”。

教育部在有關(guān)文件中將新工科的主要研究內(nèi)容歸納為“五個(gè)新”，即工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系，基本包含了新工科的內(nèi)涵。[1]新工科建設(shè)已成為當(dāng)前高等工程教育改革的熱點(diǎn)。

工程實(shí)踐教育作為工程教育的重要一環(huán)，在新工科建設(shè)改革中占有非常重要的地位。構(gòu)建工程實(shí)踐教育新平臺是新工科賦予的重要任務(wù)。在新工科背景下，高校工程實(shí)踐教育首先要以適應(yīng)新技術(shù)、新工藝應(yīng)用為新的工程實(shí)踐教育內(nèi)容，以工程實(shí)踐教育設(shè)備的更新、師資隊(duì)伍教育能力的提升、工程實(shí)踐教育方法和體系的改革來適應(yīng)新的形勢。另外，需要尋找工程實(shí)踐教育改革的切入點(diǎn)，探索一條適應(yīng)新形勢下工程實(shí)踐教育的方法和體系，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才，適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略發(fā)揮更好的作用。

在新工科教育理念指導(dǎo)下，學(xué)校不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)工程教育實(shí)踐培養(yǎng)。在全校開設(shè)工程訓(xùn)練課程，覆蓋全校各專業(yè)學(xué)生，包括文科生;培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程能力。

數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)作為工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)中最重要的實(shí)踐課程之一，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力發(fā)揮著重要的作用。但是，目前國內(nèi)高校的數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)大多沿用傳統(tǒng)的課上講解及操作示范相結(jié)合的方法。如何在新形勢、新工科背景下探索一種全新的數(shù)控技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式很有必要，也很有意義。

二、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法是指在教學(xué)過程中，以項(xiàng)目為主線，把相關(guān)知識點(diǎn)融入項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，層層推進(jìn)教學(xué)。通過對問題的深化或功能擴(kuò)充，來拓寬知識的廣度和深度，直至得到一個(gè)完整的項(xiàng)目的解決方案，從而達(dá)到學(xué)習(xí)知識、培養(yǎng)能力的目的。在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式中，教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)的關(guān)鍵，項(xiàng)目的好壞直接影響到教學(xué)效果。由于工程訓(xùn)練課程覆蓋全校所有專業(yè)學(xué)生，這樣一來，參加工程訓(xùn)練的學(xué)生，除“機(jī)類”和“近機(jī)類”專業(yè)的學(xué)生，還有管理類和藝術(shù)類及文科類的學(xué)生。由于參加工程實(shí)訓(xùn)的學(xué)生來自不同的專業(yè)，基礎(chǔ)不一樣，實(shí)訓(xùn)的要求和實(shí)訓(xùn)的時(shí)間也不一樣，這就要求實(shí)訓(xùn)科目要有針對性，也就是實(shí)訓(xùn)科目的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要有針對性。

根據(jù)學(xué)校的學(xué)生文理科情況、各專業(yè)層次水平、工程訓(xùn)練課程時(shí)間長短，大致可以將數(shù)控加工工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容分為3個(gè)層次：（1）非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生（文、法、藝術(shù)類）。他們主要以了解數(shù)控加工技術(shù)為主，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。（2）近機(jī)械類的學(xué)生（經(jīng)、管類）。他們要基本了解數(shù)控加工的基本原理、數(shù)控編程指令的應(yīng)用等內(nèi)容。著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)。（3）機(jī)械類的學(xué)生（工科、理科類），也就是通常意義上說的工科生。他們需要通過工程訓(xùn)練了解典型零件的加工工藝分析、加工參數(shù)的選擇、編程方法、工件的裝夾、刀具的選擇等，掌握基本的數(shù)控編程指令，能夠編寫簡單二維圖形的程序，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程能力。

（一）項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)工程訓(xùn)練教學(xué)大綱、課程訓(xùn)練時(shí)間長短來決定，并遵循切實(shí)可行的原則，也就是說項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要針對來自不同基礎(chǔ)、不同專業(yè)的學(xué)生，包含的知識點(diǎn)是不同的。設(shè)計(jì)出來的項(xiàng)目既包含所需的核心知識點(diǎn)，同時(shí)又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到一定的教學(xué)效果。

根據(jù)孫康寧教授提出的“基于課程核心知識點(diǎn)和能力要求點(diǎn)設(shè)計(jì)知識、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新（KAPI）一體化訓(xùn)練項(xiàng)目（產(chǎn)品），將知識點(diǎn)、能力要求、實(shí)踐和創(chuàng)新訓(xùn)練要求整體嵌入一體化訓(xùn)練項(xiàng)目”。[2]首先，需要對數(shù)控加工工程訓(xùn)練的知識點(diǎn)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行歸納分類，哪些是核心知識點(diǎn)，哪些是一般知識點(diǎn)。

數(shù)控加工工程訓(xùn)練的知識點(diǎn)主要包括兩部分：一部分是數(shù)控加工工藝方面的知識點(diǎn)，另一部分是數(shù)控編程指令方面的知識點(diǎn)。數(shù)控加工工藝方面包括：（1）切削原理（運(yùn)動(dòng)組成）;（2）工件裝夾;（3）切削刀具;（4）刀具路徑;（5）切削運(yùn)行參數(shù)等。數(shù)控編程指令方面包括：（1）準(zhǔn)備功能指令（G指令）;（2）輔助功能指令（M指令）;（3）單字母指令（O、S、T、F、X、Y、Z）等。其中這些又可以衍生更多的知識點(diǎn)，這么多知識點(diǎn)需要有針對性地選擇，才能適應(yīng)不同專業(yè)的學(xué)生。

項(xiàng)目一

項(xiàng)目一對應(yīng)于非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生（文、法、藝術(shù)類）。知識點(diǎn)包括：數(shù)控加工切削原理（運(yùn)動(dòng)組成）、切削刀具、刀具路徑等的簡單介紹;數(shù)控編程指令方面包括：O、S、T、F、X、Y、Z、G00、G01、M03、M30等組成程序的基本指令及程序結(jié)構(gòu)介紹。為此，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單零件圖作為項(xiàng)目（如圖1），讓學(xué)生參照例題、指導(dǎo)書來學(xué)習(xí)編程，并把所編程序輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證。以此來考查學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，并在面對機(jī)床操作的時(shí)候培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。

項(xiàng)目二

項(xiàng)目二對應(yīng)于近機(jī)械類的學(xué)生（經(jīng)、管類）。知識點(diǎn)包括：數(shù)控加工切削原理（運(yùn)動(dòng)組成）、工件裝夾、切削刀具、刀具路徑、切削運(yùn)行參數(shù)等的介紹;數(shù)控編程指令方面包括：O、S、T、F、X、Y、Z、G00、G01、G02、G03、M03、M30等組成程序的基本指令及編程介紹。為此，我們同樣設(shè)計(jì)了一個(gè)零件圖作為編程項(xiàng)目，不過，零件的加工工藝和要求比上一個(gè)難度大一些（如圖2）。同樣，讓學(xué)生參照例題、指導(dǎo)書來編程，并把所編程序輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證。程序驗(yàn)證正確之后，分組加工出來，這樣來促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，并在面對機(jī)床操作的時(shí)候培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)、工程能力。

（二）項(xiàng)目的實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方法的核心，該階段主要引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)，學(xué)生在項(xiàng)目的完成過程中，掌握所要求的知識點(diǎn)，達(dá)到實(shí)訓(xùn)的目的。

大部分文科學(xué)生的工科類基礎(chǔ)知識薄弱，對工科課程的內(nèi)容一般較難理解和接受。針對這類學(xué)生的特點(diǎn)，首先，引導(dǎo)學(xué)生來到實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場，面對數(shù)控機(jī)床實(shí)物介紹機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控加工切削原理（運(yùn)動(dòng)組成）、切削刀具、刀具路徑等;這樣，學(xué)生就對數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工有了一個(gè)具體的印象，為后續(xù)的項(xiàng)目推進(jìn)打下了良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過上述介紹之后，應(yīng)用多媒體教學(xué)軟件播放實(shí)際的數(shù)控加工過程，通過與前面的數(shù)控機(jī)床實(shí)物介紹結(jié)合起來，加深學(xué)生對數(shù)控加工的理解，再加上后續(xù)數(shù)控加工指令介紹及例題講解，形成一個(gè)完整的教學(xué)過程。在課堂教學(xué)中，可輔以一些視頻和三維動(dòng)畫來幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容。

三、結(jié)語

由上所述，針對文理科生來自不同基礎(chǔ)、不同專業(yè)的學(xué)生，磷選出不同需要的核心知識點(diǎn);采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，在工程訓(xùn)練教育實(shí)施中是一種非常不錯(cuò)的嘗試，也取得了很好的效果。這種方法，可大大調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性，變被動(dòng)訓(xùn)練為主動(dòng)訓(xùn)練，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]李華，胡娜，游振.新工科：形態(tài)、內(nèi)涵與方向[J].高等教育研究，2017（4）.

[2]孫康寧，于化東，梁延德.基于新工科的知識、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新一體化培養(yǎng)教學(xué)模式探討[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019（3）.

編輯 張 慧