工程認(rèn)證背景下數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

張鎖榮，劉凱磊，康紹鵬，陳國(guó)炎

（江蘇理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常州 213001）

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。目前，針對(duì)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的國(guó)際協(xié)議中，權(quán)威度最高、體系最完整、參加國(guó)家最多的是《華盛頓協(xié)議》，《華盛頓協(xié)議》于1989 年由來(lái)自美國(guó)、英國(guó)、加拿大、愛(ài)爾蘭、澳大利亞和新西蘭6 個(gè)國(guó)家的民間工程專(zhuān)業(yè)團(tuán)體發(fā)起和簽署[2]。2016 年，中國(guó)正式成為《華盛頓協(xié)議》的成員，標(biāo)志著我國(guó)高等教育對(duì)外開(kāi)放向前邁出了一大步，我國(guó)工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際實(shí)質(zhì)等效，同時(shí)，對(duì)我國(guó)的工程教育工作也提出了更好的要求[3]。

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心（Student Centering）、成果導(dǎo)向（Outcome-based Education）、持續(xù)改進(jìn)（Continuous Quality Improvement），簡(jiǎn)稱(chēng)為“OBE 理念”。OBE 理念強(qiáng)調(diào)在人才培養(yǎng)過(guò)程中學(xué)生作為主體，成果作為導(dǎo)向，最終對(duì)所有的培養(yǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)[4]。近年來(lái)，通過(guò)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的實(shí)施，我國(guó)許多高校在人才培養(yǎng)、師資隊(duì)伍建設(shè)、課程建設(shè)、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等多個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革，取得了豐碩的成果[5-8]。

近年來(lái)，江蘇理工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)根據(jù)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念，積極進(jìn)行了課程改革與探索，以專(zhuān)業(yè)核心課數(shù)控技術(shù)為例，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程達(dá)成情況評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)控技術(shù)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行機(jī)械裝備設(shè)計(jì)的能力，從而為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)和今后從事本專(zhuān)業(yè)工作打下一定的基礎(chǔ)。

一、課程簡(jiǎn)介

數(shù)控技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的核心課程之一，在機(jī)械工程領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。本課程的任務(wù)是使學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、操作和故障診斷過(guò)程的基本方法，熟悉數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)，掌握數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)的組成和數(shù)控工作原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)控技術(shù)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行機(jī)械裝備設(shè)計(jì)的能力，從而為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程和今后從事本專(zhuān)業(yè)工作打下基礎(chǔ)。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心課程，支撐12 條畢業(yè)要求中的3 個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，分別為畢業(yè)要求1（工程知識(shí)）的指標(biāo)點(diǎn)1-4、畢業(yè)要求2（問(wèn)題分析）的指標(biāo)點(diǎn)2-4 和畢業(yè)要求4（研究）中的指標(biāo)點(diǎn)4-3。

二、課程目標(biāo)

根據(jù)數(shù)控技術(shù)所支撐的畢業(yè)要求3 個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，采用“一一對(duì)應(yīng)”原則，確定了3 個(gè)課程目標(biāo)，課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表1。

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

課程目標(biāo)1：熟悉數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)，掌握數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)的組成、數(shù)控工作原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)，能結(jié)合機(jī)床、工藝等專(zhuān)業(yè)知識(shí)構(gòu)建典型伺服系統(tǒng)等，用于裝備的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

課程目標(biāo)2：掌握數(shù)控單元的基本組成，了解數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、常用數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和選用要求，能認(rèn)識(shí)到數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)組成存在多種方案可供選擇，并能通過(guò)查找文獻(xiàn)得到解決問(wèn)題的有效結(jié)論。

課程目標(biāo)3：掌握交流電機(jī)變頻調(diào)速控制和交流伺服電機(jī)進(jìn)給控制的原理和方法，了解數(shù)控系統(tǒng)故障診斷過(guò)程的基本過(guò)程，對(duì)典型伺服系統(tǒng)搭建實(shí)驗(yàn)，并對(duì)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析和解釋?zhuān)C合得到合理有效的結(jié)論。

三、教學(xué)內(nèi)容

基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念，圍繞著本課程的3 個(gè)課程目標(biāo)，設(shè)計(jì)了9 部分理論教學(xué)內(nèi)容和2 部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表2。

表2 教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

課程目標(biāo)1 主要是培養(yǎng)學(xué)生掌握工程知識(shí)能力，因此，有內(nèi)容1、2、3 和4；課程目標(biāo)2 是培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題分析的能力，內(nèi)容4、5、6、7 和9 可以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題分析能力的培養(yǎng)；課程目標(biāo)3 是培養(yǎng)學(xué)生研究能力，通過(guò)內(nèi)容6、內(nèi)容8，以及實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2 可以實(shí)現(xiàn)。

四、教學(xué)方法

根據(jù)課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，采用課堂講授、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)答辯等多種教學(xué)方式相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)，從而提高教學(xué)效果。課堂講授：針對(duì)課堂講授的知識(shí)內(nèi)容將理論知識(shí)與工程實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，突出工程應(yīng)用的重要性；小組討論：在課堂講授、翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目教學(xué)等過(guò)程中，均可穿插小組討論，以2～3 人為一組進(jìn)行討論，通過(guò)小組討論激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情；翻轉(zhuǎn)課堂：針對(duì)具體章節(jié)內(nèi)容，要求學(xué)生在課后時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)講座、慕課視頻、電子課件和教材等自主學(xué)習(xí)，在課堂上通過(guò)學(xué)生講解、課上交流和實(shí)踐活動(dòng)等完成相關(guān)章節(jié)的學(xué)習(xí)；項(xiàng)目教學(xué)：針對(duì)具體的工程項(xiàng)目，把學(xué)生分為3～5 人一組，每組負(fù)責(zé)完成一個(gè)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)類(lèi)題目，設(shè)置組長(zhǎng)1 名，組員若干名，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)分配任務(wù)、協(xié)調(diào)組織、總體設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)等工作，組員負(fù)責(zé)完成具體工作；現(xiàn)場(chǎng)答辯：采用PPT 匯報(bào)的方式對(duì)項(xiàng)目教學(xué)的成果進(jìn)行驗(yàn)收，每組選派1 名同學(xué)進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)，包括項(xiàng)目背景、技術(shù)要求、總體設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)等，2～3 名講課教師組成答辯小組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)答辯，并給出現(xiàn)場(chǎng)答辯成績(jī)。

課程目標(biāo)1 所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容1、2、3 和4 是數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，所以采用課堂教授為主、小組討論為輔的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)；課程目標(biāo)2 所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容4、5、6、7和9 涉及到了數(shù)控裝置、控制原理、伺服系統(tǒng)和加工自動(dòng)化等復(fù)雜的數(shù)控原理，具有一定的深度和難度，因此，采用課堂講授為主，在課堂中穿插小組討論，內(nèi)容5 和7 采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式進(jìn)行教學(xué)；課程目標(biāo)3 所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容6、內(nèi)容8、實(shí)驗(yàn)1 和實(shí)驗(yàn)2，屬于課程內(nèi)容的系統(tǒng)性的知識(shí)，涉及到了伺服系統(tǒng)、故障診斷和數(shù)控編程等，通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)答辯的方式讓學(xué)生完成一個(gè)具體的工程實(shí)踐項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

五、課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)

（一）定量評(píng)價(jià)

本課程共有3 個(gè)課程目標(biāo)，根據(jù)課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等，設(shè)計(jì)了課程考核環(huán)節(jié)，課程目標(biāo)與課程考核環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表3。

表3 課程目標(biāo)與課程考核環(huán)節(jié)關(guān)系 （%）

本課程分別采用過(guò)程考核、項(xiàng)目考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末考試進(jìn)行考核，成績(jī)占比分別為15%、30%、15%和40%。其中，過(guò)程考核分為平時(shí)作業(yè)和隨堂練習(xí)，比例分別為10%和5%；項(xiàng)目考核分為報(bào)告圖紙和現(xiàn)場(chǎng)答辯，比例分別為15%和15%。

課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)主要是指課程目標(biāo)1、2 和3 的達(dá)成度計(jì)算，具體計(jì)算方法如下

根據(jù)數(shù)控技術(shù)最近一次考核成績(jī)（2019 級(jí)），將課程目標(biāo)達(dá)成情況信息進(jìn)行匯總后計(jì)算。

課程目標(biāo)1 的考核環(huán)節(jié)由平時(shí)作業(yè)和期末考試兩部分組成，平時(shí)作業(yè)（作業(yè)1、2）平均得分為3.25，期末考試的平均得分為16.31，根據(jù)上述計(jì)算方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得

根據(jù)同樣的計(jì)算方法可得，課程目標(biāo)2 的考核環(huán)節(jié)由平時(shí)作業(yè)、隨堂聯(lián)系、報(bào)告圖紙和期末考試組成，經(jīng)計(jì)算后達(dá)成度為0.733；課程目標(biāo)3 的考核環(huán)節(jié)由報(bào)告圖紙、現(xiàn)場(chǎng)考核和實(shí)驗(yàn)組成，經(jīng)計(jì)算后達(dá)成度為0.822。

為了與上一輪課程目標(biāo)達(dá)成情況進(jìn)行對(duì)比，提取2018 級(jí)課程目標(biāo)1、2 和3 的達(dá)成度，繪制柱狀圖，如圖1 所示。

圖1 本課程2019 級(jí)與2018 級(jí)課程目標(biāo)達(dá)成度對(duì)比

（二）定性評(píng)價(jià)

為了更好地了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)學(xué)習(xí)的自我評(píng)價(jià)情況，設(shè)計(jì)了“課程目標(biāo)達(dá)成情況調(diào)查問(wèn)卷”，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“無(wú)記名”問(wèn)卷調(diào)查，然后，圍繞3 個(gè)課程目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

具體計(jì)算方法

發(fā)出“調(diào)查問(wèn)卷”84 份，收回82 份，具體的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)表4 所述數(shù)據(jù)，通過(guò)上述計(jì)算方法，可得

表4 課程目標(biāo)達(dá)成情況問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果

課程目標(biāo)2、3 的達(dá)成度分別為0.817、0.890。

（三）達(dá)成情況分析與持續(xù)改進(jìn)

分別采用了“定量評(píng)價(jià)”和“定性評(píng)價(jià)”兩種方法，計(jì)算了課程目標(biāo)1、2 和3 的達(dá)成度，分析如下。

課程目標(biāo)1 的定量分析結(jié)果為0.782，說(shuō)明學(xué)生對(duì)數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)的組成、數(shù)控工作原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握情況較好，但是，達(dá)成度仍然低于0.8，主要原因是考試成績(jī)較低，有一部分同學(xué)未能更好地掌握基礎(chǔ)知識(shí)；定性分析結(jié)果為0.854，高于定量分析結(jié)果，表明學(xué)生的自我評(píng)價(jià)高于定量分析結(jié)果，與定量分析結(jié)果有差距的主要原因是學(xué)生自我認(rèn)知有所不足；從圖1 中可以看出，上一輪課程目標(biāo)達(dá)成度為0.743，本輪課程目標(biāo)達(dá)成度有所提高，說(shuō)明本輪的持續(xù)改進(jìn)有一定效果。

同理，可知課程目標(biāo)2 和3 的定量分析結(jié)果為分別為0.733 和0.822，說(shuō)明學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分析能力較弱，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)；定性分析結(jié)果分別為0.817和0.890，同樣可以看出學(xué)生的自我評(píng)價(jià)高于定量分析結(jié)果，學(xué)生自我認(rèn)為這兩方面的能力有所增強(qiáng)，高于定量分析結(jié)果；從圖1 中可以看出，上一輪課程目標(biāo)達(dá)成度分別為0.738 和0.809，課程目標(biāo)2 基本持平，課程目標(biāo)3 有所提高，說(shuō)明針對(duì)課程目標(biāo)2 所做出的持續(xù)改進(jìn)未能起到效果，而針對(duì)課程目標(biāo)3 所做出的持續(xù)改進(jìn)具有一定效果。

因此，以“定量評(píng)價(jià)”為主，“定性評(píng)價(jià)”為輔，在下一輪教學(xué)改革中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，對(duì)于課程目標(biāo)1 知識(shí)掌握程度不足、課程目標(biāo)2 分析能力較弱等問(wèn)題，針對(duì)這兩方面學(xué)習(xí)能力較弱的同學(xué)，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展針對(duì)性的指導(dǎo)，從而提高教學(xué)效果。

六、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的核心課程之一，根據(jù)該課程所支撐的12 條畢業(yè)要求中的3 個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，采用“一一對(duì)應(yīng)”原則，確定了3 個(gè)課程目標(biāo)，基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念，圍繞著本課程的3 個(gè)課程目標(biāo)，設(shè)計(jì)了9 部分理論教學(xué)內(nèi)容和2 部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，據(jù)課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，采用課堂講授、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)答辯等多種教學(xué)方式相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)，最后，采用過(guò)程考核、項(xiàng)目考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末考試進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，并采用“問(wèn)卷調(diào)查”的形式進(jìn)行了定性評(píng)價(jià)，兩種評(píng)價(jià)結(jié)果表明學(xué)生知識(shí)掌握程度有所不足，且分析能力較弱，因此，課程目標(biāo)達(dá)成情況較好地反映了實(shí)際教學(xué)效果，可以在下一輪教學(xué)中有針對(duì)性地進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。