基于OBE理念的“數(shù)控技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

楊瑞青，呂俊燕，孟凡召

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著智能制造業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)逐漸趨于自動化，這要歸功于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?！吨袊圃?025》中提到，要重點發(fā)展數(shù)控機(jī)床及機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)[1]，為了適應(yīng)市場的人才需求，很多高校機(jī)械類專業(yè)開設(shè)了數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程，該課程針對其工作崗位要求，主要培養(yǎng)學(xué)生對常用零件進(jìn)行數(shù)控加工程序編寫的能力；以及對數(shù)控程序操作及調(diào)試的能力；運用所學(xué)數(shù)控機(jī)床的相關(guān)知識進(jìn)行簡單的數(shù)控設(shè)備的維護(hù)、維修，為以后從事數(shù)控領(lǐng)域相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)[2]。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 課程特點分析

本門課程主要包括數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床原理以及數(shù)控編程等內(nèi)容。本課程使學(xué)生對數(shù)控技術(shù)有一個基本的認(rèn)識，理解數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)及檢測裝置，掌握數(shù)控加工編程方法、數(shù)控系統(tǒng)原理及數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，具有數(shù)控設(shè)備功能部件和元件的設(shè)計和合理選型及基本的數(shù)控機(jī)床編程與操作的能力，培養(yǎng)學(xué)生愛崗敬業(yè)、協(xié)作共進(jìn)、精益求精的素質(zhì)。此課程開設(shè)于三年級，在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過“機(jī)械制圖”和“電氣控制與PLC”等課程，并且為“多軸加工技術(shù)”“數(shù)控機(jī)床加工實訓(xùn)”等后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀分析

以往“數(shù)控技術(shù)”課程教學(xué)中，采用的是以課堂講授為主。隨著教學(xué)方法不斷創(chuàng)新、教學(xué)手段不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了很多新的教學(xué)方法，比較適用于“數(shù)控技術(shù)”課程的教學(xué)方法有“一體化”教學(xué)和“項目式”教學(xué)。但是數(shù)控設(shè)備價格都比較昂貴、品種比較多、維修費用等較高，所以本文將“一體化”教學(xué)和“項目式”教學(xué)與虛擬軟件結(jié)合形成“理虛實一體化”的教學(xué)方法[3]，既能幫助學(xué)生直觀掌握教師所授內(nèi)容，又能節(jié)約成本，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。學(xué)院建有數(shù)控機(jī)床維修仿真實訓(xùn)室，可以進(jìn)行數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)拆裝與電氣控制仿真、加工仿真等實驗項目。仿真軟件既能使學(xué)生達(dá)到實物操作的目的，又能大大減少昂貴的設(shè)備投入費用。

隨著信息化時代的到來，以及應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新要求，基于OBE理念的教學(xué)模式越來越受到重視，已成為高等院校教學(xué)改革的主流模式。以學(xué)生為主的教學(xué)理念，立足于未來，由單純的知識傳授向培養(yǎng)學(xué)生能力進(jìn)行轉(zhuǎn)變，重點在于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、分析問題解決問題的能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力等。

1.3 學(xué)情分析

山東華宇工學(xué)院的學(xué)生學(xué)習(xí)主動性及自主學(xué)習(xí)能力稍差，但思維活躍，喜歡接受新鮮的事物，動手能力較強(qiáng)。這樣通過教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容的改革激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，強(qiáng)化學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力和實踐創(chuàng)新能力，提高學(xué)習(xí)效率。

2 課程的教學(xué)目標(biāo)

我校為應(yīng)用型本科高校，十分重視學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，結(jié)合我校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中具備在機(jī)械工程實踐中正確選擇、使用與調(diào)試現(xiàn)代專業(yè)設(shè)備與技術(shù)的能力要求，確定本課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

知識目標(biāo)：描述數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理，應(yīng)用數(shù)控機(jī)床編程的基礎(chǔ)知識，掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，分析數(shù)控機(jī)床的刀具交換裝置，闡明數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理及測量反饋裝置。

能力目標(biāo)：具備編寫復(fù)雜零件數(shù)控加工程序的能力，具備數(shù)控機(jī)床基本操作和程序調(diào)試的能力，能夠識別典型數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)等子系統(tǒng)的關(guān)鍵問題及參數(shù)，初步具備數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、伺服系統(tǒng)等的設(shè)計與分析能力。

素質(zhì)目標(biāo)：正確認(rèn)識我國制造業(yè)與世界發(fā)達(dá)國家的差距，增強(qiáng)學(xué)生的國際競爭意識；培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神，養(yǎng)成踏實、嚴(yán)謹(jǐn)、進(jìn)取的品質(zhì)；鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力、交流及表達(dá)能力；培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和解決實際問題的工作能力。

3 改革理念與思路

根據(jù)“新工科”和“工程認(rèn)證”的目標(biāo)要求，本課程確立以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)理念。以職業(yè)崗位要求為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)，將目標(biāo)細(xì)化，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，如圖1所示。在課程教學(xué)內(nèi)容組織及設(shè)置上，注重培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控機(jī)床編程操作、裝調(diào)維修綜合能力，提升課程的高階性；在教學(xué)組織及方式方法上，以學(xué)生為中心，將思政教育融入課程教學(xué)，體現(xiàn)先進(jìn)性與互動性，突出課程的創(chuàng)新性；對課程的考核方式進(jìn)行改革，在保證學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加教學(xué)難度，讓學(xué)生體驗“跳一跳才能夠得著”的學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)度。課程改革堅持以應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的人才培養(yǎng)方案，理論與實踐相結(jié)合，以掌握基本原理，增強(qiáng)實踐能力為教學(xué)重點，加強(qiáng)自學(xué)能力、實踐創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

圖1 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計思路

4 改革方案

4.1 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

通過走訪調(diào)研，對數(shù)控技術(shù)的崗位需求進(jìn)行分析，針對數(shù)控技術(shù)開發(fā)人員、技術(shù)維修人員、編程員以及工藝員、數(shù)控操作員等確定授課內(nèi)容：數(shù)控原理、硬、軟件結(jié)構(gòu)、數(shù)控設(shè)備應(yīng)用；數(shù)控編程、數(shù)控加工工藝、數(shù)控車削、數(shù)控銑削、加工中心加工等。課程內(nèi)容應(yīng)該適應(yīng)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢，既要包含經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床，又要涉及全功能數(shù)控機(jī)床；既要包含二軸、三軸的數(shù)控機(jī)床，要涉及五軸的數(shù)控機(jī)床；既要包含單臺數(shù)控設(shè)備，要涉及DNC、FMS、CIMS等系統(tǒng)，并隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展不斷更新[4，5]。

突出以成果為導(dǎo)向的教學(xué)理念，堅持以“應(yīng)用性和先進(jìn)性”為原則，立足數(shù)控從業(yè)者需要具備的能力出發(fā)，將課程內(nèi)容分為6大模塊，共17個學(xué)習(xí)任務(wù)，見表1。形成可展示的成果，學(xué)習(xí)任務(wù)遵循由易到難、層層深入的原則，理論與實踐相結(jié)合。

4.2 課程思政元素的融入

根據(jù)“數(shù)控技術(shù)”課程隸屬機(jī)械類的學(xué)科背景[6]，課程組經(jīng)過討論決定將先進(jìn)加工方法與理念、智能制造發(fā)展趨勢和工匠精神等作為思政元素融入到授課過程中。結(jié)合有效的教學(xué)實施方式，深挖課程思政元素，努力做到立德樹人、寓教于學(xué)、潤物無聲。

“數(shù)控技術(shù)”是制造業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，國際上推行的工業(yè)4.0就是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)智能化，而“數(shù)控技術(shù)”則是信息化和智能化的核心。所以適合將“德國工業(yè)4.0”“中國制造2025”“工匠精神”等內(nèi)容融入教學(xué)過程中，既能使學(xué)生了解制造業(yè)的重要作用，又能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的民族自尊心和自信心，形成振興民族工業(yè)的使命感與責(zé)任感。將知識、素質(zhì)、能力與思想教育相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷和精益求精的工匠精神，在知識傳授的過程中做到立德樹人。表2為各教學(xué)模塊融入的課程思政元素的方案。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容

表2 “數(shù)控技術(shù)”課程思政方案

例如：“錐軸零件的編程與加工”課題的教學(xué)以任務(wù)驅(qū)動法為主，學(xué)生可以小組討論完成零件的編程與仿真加工任務(wù)。課題導(dǎo)入時，播放2018年“大國工匠年度人物”陳行行的視頻。他在數(shù)控機(jī)床上用比頭發(fā)絲還細(xì)的0.02 mm的刀頭在直徑不到2 cm的圓盤上打出36個小孔，這比用繡花針給老鼠種睫毛還難。別人做不到的事情，陳行行卻做到了。大國工匠與年齡、出身沒有必然的聯(lián)系，當(dāng)時年僅29歲的農(nóng)家孩子一樣可以成為大國工匠，關(guān)鍵看你的追求、精神與拼勁！增強(qiáng)學(xué)生精益求精的工作意識，促進(jìn)他們機(jī)械操作技能水平的提升。從教學(xué)效果和學(xué)生的反饋可知，課程思政內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容契合度較好，學(xué)生的接受度較高，獲得較好的效果。

4.3 教學(xué)方法與教學(xué)手段

教學(xué)內(nèi)容模塊化，不同模塊采用不同的教學(xué)方法。

（1）以任務(wù)驅(qū)動的形式，學(xué)生在學(xué)中做，在做中學(xué)

數(shù)控機(jī)床的程序編制與仿真加工部分依據(jù)線上學(xué)習(xí)具體知識點，以任務(wù)驅(qū)動法為主，學(xué)生可以小組討論完成零件的編程與仿真加工任務(wù)。教師為主導(dǎo)，在任務(wù)完成過程中，及時指導(dǎo)并反饋學(xué)生出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力及學(xué)生的團(tuán)隊合作能力。

（2）以學(xué)生為中心，線上與線上相結(jié)合

數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)知識、計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動與位置控制部分知識點比較分散以線上學(xué)習(xí)和線下教學(xué)結(jié)合。這種方式釋放了課堂教學(xué)時間，解決了學(xué)時少與內(nèi)容之間的矛盾。

（3）有針對性地改變課堂講授方式

改變傳統(tǒng)的以知識傳授為主的課堂教學(xué)，上課的時候圍繞這次課的內(nèi)容最終要達(dá)到什么目的，可以解決什么實際問題，怎樣評價學(xué)生是否達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)等方面進(jìn)行授課。采用啟發(fā)式、講練結(jié)合、討論等方式，借助學(xué)習(xí)通的“選人”“搶答”等信息化手段實現(xiàn)雙向互動，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。既提高課堂效率，又能提升課堂活躍氣氛，解決“沉默課堂”的問題。

（4）采用翻轉(zhuǎn)課堂，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)部分通過線上學(xué)習(xí)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，通過讓學(xué)生課前提前觀看線上視頻、完成線上的小測試，在課堂上通過仿真軟件進(jìn)行主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、自動換刀系統(tǒng)拆裝，基于小組學(xué)習(xí)討論與實際拆裝過程中的相關(guān)問題，讓學(xué)生講解相關(guān)知識，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法單一的現(xiàn)狀。

4.4 課程評價

加強(qiáng)課程的過程性考核，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行科學(xué)的考察、督促和評價，從而改善學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。

課程總成績中平時成績占30%，期末考試成績占70%，平時成績=平時作業(yè)（30%）+學(xué)習(xí)筆記（20%）+階段性測試（20%）+實驗操作（30%）。

平時作業(yè)融入數(shù)控前沿新技術(shù)的綜述、零件的編程與仿真加工、PMC程序編寫與識讀、插補(bǔ)軌跡動畫制作、數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)裝配圖繪制等綜合性作業(yè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，考查學(xué)生解決實際問題的能力。通過學(xué)習(xí)筆記，引導(dǎo)學(xué)生將課余時間很好地利用起來，記錄課前、課堂、課后的學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，并進(jìn)行定期檢查和評比。期末考試試卷提高分析題、計算題、編程題等主觀題的比例，注重學(xué)生能力考核。

5 結(jié)論

課程建設(shè)在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)堅持將知識、能力、素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控機(jī)床編程操作、裝調(diào)維修能力和創(chuàng)新思維，體現(xiàn)課程的高階性；及時將數(shù)控技術(shù)科技發(fā)展前沿成果引入課程，并推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，以學(xué)生為中心，將思政教育融入課程教學(xué)，更新教學(xué)形式，體現(xiàn)課程的創(chuàng)新性；嚴(yán)格課程考核考試評價，根據(jù)學(xué)情有針對性的科學(xué)“增負(fù)”，增強(qiáng)學(xué)生經(jīng)過刻苦學(xué)習(xí)收獲能力和素質(zhì)提高的成就感。