新工科背景下數(shù)控編程及加工課程項(xiàng)目化教學(xué)模式探索

劉明明　孫居彥　賈孝偉　李曰陽(yáng)　高春花

摘 要：基于新工科建設(shè)背景下對(duì)數(shù)控人才培養(yǎng)的新要求，針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控編程及加工課程教學(xué)模式存在現(xiàn)狀及問(wèn)題，提出在教學(xué)過(guò)程中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，解決課程教學(xué)過(guò)程中課程專(zhuān)業(yè)性及實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)生興趣不足、積極性不高、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題能力不足等問(wèn)題。本文以馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸作為課程中的項(xiàng)目教學(xué)案例，從項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、課程評(píng)價(jià)體系等方面展開(kāi)詳細(xì)論述。通過(guò)積極探索數(shù)控編程及加工課程項(xiàng)目化教學(xué)模式，為培養(yǎng)滿(mǎn)足新工科背景下的數(shù)控工程技術(shù)人才提供一定參考。

關(guān)鍵詞：新工科 項(xiàng)目化 數(shù)控編程及加工 教學(xué)模式

Exploration on Project-based Teaching Mode of NC Programming and Machining Course under the Background of New Engineering

Liu Mingming Sun Juyan Jia Xiaowei Li Yueyang Gao Chunhua

Abstract：Based on the new requirements for the training of numerical control talents under the background of the construction of new engineering courses， and in view of the current situation and problems of the traditional teaching mode of numerical control programming and processing courses， this paper puts forward the introduction of project driven teaching mode in the teaching process to solve the problems of strong curriculum professionalism and practicality， insufficient students' interest， low enthusiasm， insufficient ability to solve problems by using the learned knowledge， etc. This paper takes the screw shaft of potato seedling killing machine as a project teaching case in the course， and discusses in detail from the aspects of project design， project implementation， course evaluation system and so on. By actively exploring the project-based teaching mode of NC programming and processing courses， it provides a certain reference for training NC engineering and technical talents who meet the new engineering background.

Key words：new engineering， project-based， NC programming and processing， teaching mode

基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求﹑國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”，旨在探索培養(yǎng)面向新形勢(shì)﹑新環(huán)境﹑新需求的工程人才所應(yīng)具備的新素養(yǎng)[1-2]。面對(duì)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，國(guó)務(wù)院根據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略新形勢(shì)頒布了“中國(guó)制造2025”等一系列文件，文件中指出在新形勢(shì)下機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)面臨著新的變革和挑戰(zhàn)[3]?！皵?shù)控編程及加工”課程作為智能制造課程體系中重要的課程之一，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控編程與加工能力起到非常關(guān)鍵地作用。但是，目前部分高校仍然存在著教師課上講理論知識(shí)，實(shí)踐課上操作示范，學(xué)生模仿學(xué)習(xí)傳統(tǒng)教學(xué)模式。因此，亟需積極探索適應(yīng)新形勢(shì)、新工科背景下數(shù)控編程及加工教學(xué)課程的改革，使其適應(yīng)新時(shí)代的需要，人才培養(yǎng)的要求。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)控編程及加工是機(jī)械類(lèi)及近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生必須掌握的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，該課程具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和實(shí)踐性，主要包括工程制圖、數(shù)控加工工藝、數(shù)控程序編寫(xiě)、制造裝備選型、虛擬仿真模擬、機(jī)床零件實(shí)際加工、工件質(zhì)量檢測(cè)等內(nèi)容。目前，部分高校在數(shù)控編程及加工課程教學(xué)過(guò)程中存在理論知識(shí)與實(shí)際加工相脫節(jié)，通常教師在講授過(guò)程中理論部分以課堂教學(xué)為主，學(xué)生實(shí)踐課上常常以觀看教師操作為主，缺乏實(shí)際動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)控加工缺少整體感性認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)知識(shí)碎片化，不能融會(huì)貫通具體解決實(shí)際問(wèn)題，造成學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不夠明確，方向感不強(qiáng)，知識(shí)獲得感不足，學(xué)習(xí)效果不佳。針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控編程及加工課程教學(xué)模式存在現(xiàn)狀及問(wèn)題，提出在教學(xué)過(guò)程中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，來(lái)解決課程教學(xué)過(guò)程中學(xué)生興趣不足、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題能力不足等問(wèn)題。

2 項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目化教學(xué)模式

數(shù)控編程及加工項(xiàng)目教學(xué)模式是以企業(yè)實(shí)際加工零件為知識(shí)載體，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，在教學(xué)過(guò)程中以項(xiàng)目為主線，把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融人項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中去。學(xué)生以完成具體零件的數(shù)控編程及加工任務(wù)為目標(biāo)，通過(guò)分工協(xié)作、自主學(xué)習(xí)、小組討論、查閱資料、工藝路線設(shè)計(jì)、切削用量選擇、數(shù)控加工程序編寫(xiě)、加工路線模擬、數(shù)控機(jī)床加工、加工零件質(zhì)量檢驗(yàn)與分析等各環(huán)節(jié)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力﹐強(qiáng)化學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析和解決能力。

2.2 項(xiàng)目化設(shè)計(jì)

開(kāi)展項(xiàng)目化教學(xué)過(guò)程中，非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是項(xiàng)目的確定，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的是否合理直接影響教學(xué)的效果和質(zhì)量。在進(jìn)行項(xiàng)目化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素有：（1）項(xiàng)目的可行性。項(xiàng)目設(shè)置應(yīng)該充分考慮同學(xué)沒(méi)有經(jīng)過(guò)企業(yè)工作鍛煉，項(xiàng)目選擇難度過(guò)大，學(xué)生信心會(huì)收到打擊，產(chǎn)生挫敗感，難度太小，沒(méi)有挑戰(zhàn)性；（2）項(xiàng)目的實(shí)際性。設(shè)計(jì)的項(xiàng)目源于工廠實(shí)際零件加工圖紙，便于在教學(xué)過(guò)程中，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境；（3）項(xiàng)目的綜合性。設(shè)計(jì)的項(xiàng)目作為知識(shí)的載體，應(yīng)把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)，體現(xiàn)出知識(shí)的連續(xù)性、系統(tǒng)性和綜合性。

本文以馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸項(xiàng)目作為項(xiàng)目教學(xué)案例，開(kāi)展項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)，圖1為馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸實(shí)物圖，圖2馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸工程圖。選取該項(xiàng)目考慮的因素有：（1）馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸為某農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的馬鈴薯殺秧機(jī)上應(yīng)用的零件，該公司作為學(xué)校實(shí)習(xí)實(shí)踐單位，在前期進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)，同學(xué)了解熟悉馬鈴薯殺秧機(jī)的整體結(jié)構(gòu)及工作原理，同時(shí)對(duì)馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸有實(shí)物直觀認(rèn)識(shí)。（2）馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸項(xiàng)目，難易程度適中，涵蓋知識(shí)點(diǎn)比較綜合，包括外圓的粗車(chē)、精車(chē)循環(huán)加工，退刀槽加工，螺紋加工等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

2.3 項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施準(zhǔn)備階段。為保證項(xiàng)目教學(xué)順利實(shí)施，根據(jù)選取項(xiàng)目及課程內(nèi)容需求，結(jié)合學(xué)校數(shù)控實(shí)訓(xùn)車(chē)間實(shí)際情況，準(zhǔn)備相關(guān)資料和設(shè)備如下：CAD軟件，數(shù)控仿真軟件、U盤(pán)、魯南機(jī)床廠CK6132數(shù)控車(chē)床（FANUC系統(tǒng)）、φ60mm尼龍棒料、刀具、夾具、量具、表面粗糙度儀等。

項(xiàng)目的實(shí)施階段。項(xiàng)目以4～6人為一小組，每組推選一名小組長(zhǎng)，學(xué)生以解決具體項(xiàng)目任務(wù)為目標(biāo)，進(jìn)行組內(nèi)任務(wù)分工，合作完成項(xiàng)目任務(wù)。項(xiàng)目實(shí)施具體流程：

（1）項(xiàng)目任務(wù)分析。根據(jù)項(xiàng)目確定加工零件的類(lèi)型及加工特征、加工尺寸要求、表面粗糙度、定位基準(zhǔn)、工藝安排、數(shù)控編程、制造裝備選型、機(jī)床操作等任務(wù)。根據(jù)分析項(xiàng)目任務(wù)工作量及難易程度，小組成員內(nèi)部合理分工，成員之間可以互相幫助，互相可以調(diào)換任務(wù)，盡量發(fā)揮各位成員的優(yōu)勢(shì)，共同協(xié)作完成項(xiàng)目。

（2）相關(guān)任務(wù)知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)習(xí)。根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)，自行查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)解決項(xiàng)目任務(wù)的相關(guān)知識(shí)。本項(xiàng)目實(shí)施前，教師會(huì)提前基于學(xué)習(xí)通構(gòu)建課程項(xiàng)目微課自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，并在平臺(tái)上發(fā)布項(xiàng)目學(xué)習(xí)資料，例如本項(xiàng)目發(fā)布的資料主要涉及外圓粗車(chē)及精車(chē)循環(huán)加工指令，螺紋循環(huán)加工指令，機(jī)械加工工藝手冊(cè)，工藝卡片模板，刀具手冊(cè)，機(jī)床操作手冊(cè)等。

（3）任務(wù)實(shí)施。工藝設(shè)計(jì)組成員需要完成數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)，并填寫(xiě)表1馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸數(shù)控加工工藝卡片。

程序編寫(xiě)組成員根據(jù)數(shù)控加工工藝卡片流程，結(jié)合學(xué)習(xí)的外圓循環(huán)切削，螺紋加工指令等內(nèi)容，編寫(xiě)數(shù)控程序，同時(shí)將編寫(xiě)的程序輸入數(shù)控仿真軟件，通過(guò)仿真軟件，驗(yàn)證程序正確性；機(jī)床操作加工組成員負(fù)責(zé)操作機(jī)床，完成工件裝夾、機(jī)床對(duì)刀，程序輸入，零件加工，質(zhì)量檢驗(yàn)等任務(wù)。圖3為學(xué)生利用虛擬仿真加工的零件圖，圖4為學(xué)生利用數(shù)控車(chē)床加工的實(shí)物零件圖。

（4）項(xiàng)目任務(wù)討論。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師應(yīng)全程跟蹤學(xué)生進(jìn)展情況并及時(shí)解答學(xué)生疑問(wèn)。為加深對(duì)關(guān)鍵知識(shí)的理解和掌握，在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中進(jìn)行項(xiàng)目專(zhuān)題討論，討論主題有：外圓車(chē)削循環(huán)加工路線選擇原則；工件加工定位基準(zhǔn)的選擇；螺紋加工指令G32、G92、G76使用方法及異同；機(jī)床多把刀具對(duì)刀的方法；加工零件尺寸不合格問(wèn)題原因；分析影響加工質(zhì)量的因素；提高工件精度措施；零件加工精度與制造成本之間的關(guān)系；安全生產(chǎn)注意的事項(xiàng)；企業(yè)6S管理要求的必要性；加工精度存在0.01mm這種微小尺寸誤差是否影響零件的使用等專(zhuān)題討論，通過(guò)討論促進(jìn)同學(xué)理解掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，保證項(xiàng)目任務(wù)順利實(shí)施，使同學(xué)們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到數(shù)控工程技術(shù)人才所需的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的工匠精神。

2.4 課程評(píng)價(jià)及教學(xué)效果

課程評(píng)價(jià)體系應(yīng)圍繞項(xiàng)目各環(huán)節(jié)來(lái)設(shè)置，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析和解決能力，團(tuán)隊(duì)合作能力等方面多元多維度考核。課程項(xiàng)目成績(jī)由自主學(xué)習(xí)（10%）、課堂表現(xiàn)（10%）、程序編寫(xiě)（40%）、零件加工操作（40%）四部分構(gòu)成，見(jiàn)表2馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸項(xiàng)目成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表。

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，以企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和興趣得到極大提高，能夠更加積極參與項(xiàng)目中，學(xué)生體會(huì)到學(xué)以致用的知識(shí)獲得感，學(xué)習(xí)成績(jī)明顯改善，教學(xué)效果良好。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合新工科建設(shè)的內(nèi)涵和要求，本文積極探索新工科背景下數(shù)控編程及加工課程項(xiàng)目化教學(xué)模式，提出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，文中以馬鈴薯殺秧機(jī)螺紋軸作為項(xiàng)目教學(xué)案例，從項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施具體流程、課程評(píng)價(jià)體系等方面展開(kāi)論述。教學(xué)實(shí)踐表明：基于項(xiàng)目化的數(shù)控編程及加工教學(xué)，能夠有效提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐能力﹑創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為培養(yǎng)滿(mǎn)足新工科背景下的數(shù)控工程技術(shù)人才提供一定參考。

項(xiàng)目基金：山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院校級(jí)教改課題：“名課程建設(shè)-機(jī)械制造技術(shù)（山工院發(fā)〔2020〕109號(hào)）”。

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