新工科背景下数控加工技术课程教学改革研究与实践

赖曲芳，付鹏，杨红飞，胡淑芬

（江西农业大学工学院，江西南昌330045）

为应对新一轮科技革命和产业变革，提升综合国力，国家实施了创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+”等重大战略。我国经济迎来了快速发展时期，呈现出新业态、新技术以及新产业三大特征，人工智能、大数据被广泛应用在生产生活中。2017年，教育部提出了新工科的概念。而数控技术作为高校一门交叉性学科，其融合了计算机、电子、电气传动、机械制造以及自动化控制等科学内容，该技术是推动制造业朝着自动化、柔性化、智能化、集成化方面发展的重要保障，也是现代制造业技术的重要组成部分，是自动化专业与机械制造专业的一大核心课程，该课程不但注重理论教学，更注重实践教学[1-3]。在新工科背景下，对高校而言，应该积极培育出符合现代制造业需求的实践型人才。但是，传统的数控加工技术课程的教学内容与教学方式已不适应新形势下对工科人才培养的目标，这便需要相关工作者积极探寻改革数控技术实践教学的新路径。

1 数控技术课程教学的现状

就当前高校开设的数控技术课程分析，主要包含两大部分，分别是理论部分与实践部分，前者则是以课堂教学为主，而后者所占比重较低。因此在该门课程的教学过程中，绝大部分教师则是按照教学大纲对数控技术的相关理论知识与编程指令等予以讲授。由于学生缺乏对数控技术相关知识的感性认识，学习目标不够明确，方向感不强，学生普遍反映学习起来比较枯燥乏味，学习兴趣不佳。长此以往，导致在课堂教学中，学生丧失了主体地位，并且该课程主要是通过考试的方式判定学生学习是否合格，如此降低了学生学习的积极性与主动性，分析问题和解决问题的能力不足，所以教学效果不太理想。在实践教学过程中，由于课时较少，导致学生实际动手的机会较少，常常以观看教师操作为主，不能真正动手实践，达不到新工科本科的基本要求。

针对目前传统的数控加工技术课程教学存在的局限性，我们教学团队提出了以“学生为中心”的教学理念，以培养创新型卓越工程人才为目标的培养目标，引入项目驱动教学法，培养学生的工程实践能力，同时开展混合式教学，优化教学模式，结合数控仿真软件，提高教学水平。在教学过程中，让学生成为教学中的主体，教师为引导者，提高学生的自主能动性，强化学生对问题的分析和解决能力，帮助他们今后更好地胜任岗位工作。

2 新工科背景下数控技术教学改革内容和方法

2.1 以培养创新型卓越工程人才为目标，改革教学理念与培养目标

随着新产业、新技术、“互联网+”等新经济迅猛发展，教育部提出了新工科概念来应对新形势的快速发展。我国提出并实施新工科的最终目标是培养创新型、多元化的新型人才，从而为未来工业发展提供人才保障。因此，传统的教学理念已不适用新时代的发展，需改革其教学理念和培养目标。根据新工科的建设要求，该团队提出以“学生为中心”，以培养创新型卓越工程人才为目标，培养学生成为服务国家战略、满足产业发展需求、引领产业发展方向、适应未来科技发展所需的工科人才。将理论教学与实践教学有机结合起来，使学生的工程理论知识扎实，而工程实践能力强，以便更好地满足未来对创新型卓越工程人才的需求。

2.2 引入项目驱动教学法，培养学生的工程实践能力

相比于其他科学而言，数控技术兼具应用性与实践性的特征，如此一来，在教学中除了需要学生掌握理论知识，更重要的是掌握基本的数控操作与编程的技能，其中实践教学的内容包含了数控加工工艺、数控编程、数控机床操作等[4]。简而言之，数控技术的实践是由实现数控加工零件——图纸——实物的全过程，该过程具有连续性和系统性。而传统的实践教学手段不能帮助学生形成工程化、系统化的理念，因此要想解决上述问题，首先需要形成一条能够将各个实践单元结合起来的教学主线，而项目驱动教学便具备该作用。

项目驱动教学提倡在教学过程中将项目作为主线，凸显学生的主体地位，而教师主要发挥指导作用。在刚开始教学时，教师只需将一个比较完整的项目任务布置给学生，然后由学生自行调查研究项目任务，设计项目方案，根据该项目实施，并将产品进行展示，进行自我评价。在整个教学中，教师发挥的是监督者与引导者的角色，学生在教学活动中担任主体，教师对理论知识进行讲解后，由学生自行对问题进行分析和解决，整个项目完成，具体实施过程中见图1。

2.2.1 项目的确定

在开展项目驱动教学时，最关键的一环便是确定项目，而项目设置是否合理直接决定着教学的效果。因此在设置项目时应当遵循以下原则：第一，实用性原则。即设置的项目尽量与生产实际相贴近，条件许可可以选择工厂实际加工的项目。第二，可行性原则。即在设定项目时注意难易度，不可过难，也不可过于简单，如果难度过大，学生会失去对项目实施的兴趣，产生挫败感。第三，综合性原则，项目设计不能过于单一，需要通过多种知识和操作技能才能够完成项目。

项目的实践教学选用了一套结构较为简单的塑料盖注塑模具加工，4～5人为一小组，每一个小组负责自身注塑模具板块的加工，项目设置情况见表1。表1中根据实际数控加工生产常见的工种分别设置了两大模块，均需要应用数控工艺的相关知识与机场操作实践予以加工。

表1 项目设置

2.2.2 实施方案工艺制定

项目任务确定后，根据模具各板块的零件图，在指导教师的指导下，制定模具各板块的加工工艺。

2.2.3 项目实施

图1 项目教学的过程

在实践教学中，最重要的阶段便是项目实施，需要学生按照实施方案的具体工艺，对相关文献和资料进行查阅，小组合作认识与理解项目任务，在此基础上确定工作思路，分工进行。在此过程中，教师应全程跟踪学生的进展情况并及时解答学生的疑问。项目以4～5人为一小组，每组推选一名小组长，安排小组成员学习、讨论、分析并制定工艺。借助网络通信，构建师生的学习交流群，以便教师随时掌握学生项目的开展情况，及时回答学生提出的问题，保证项目加工顺利开展。最后，各组按照装配图纸的要求，将所加工的零部件统一组装起来。

2.2.4 项目的考核与评价

学生完成项目作品后，首先各小组之间进行相互检查，互评打分；指导教师根据学生制定的工艺合理性、零件加工精确度、装配完成情况等对学生的项目作品进行综合评定，最后完成项目验收。

2.3 开展线上线下混合式教学，优化教学模式

随着现代化信息技术的飞速发展，互联网逐渐融入社会各领域，“互联网+教育”的教学改革在各大高校如火如荼地进行，随之微课、翻转课堂、混合式教学、远程教学等各种教学模式应运而生，有效的优化和补充了传统的粉笔+PPT教学模式。

中国大学MOOC、智慧树、超星泛雅等教学平台具有数控技术课程，其中南京航空航天大学游有鹏教学团队和西安交通大学梅雪松教学团队在“爱课程”中开展了数控技术精品课程，该课程在宏程序、插补算法、伺服驱动控制等方面进行了详细的讲解，要求学生对复杂零件进行工艺的制定和数控加工。该课程在智慧树“知到—教师版”APP中开展了翻转课堂，每节课后安排了相应的作业，并在线上进行答疑。通过线上线下混合式教学，优化了教学模式，提高了学生的培养质量。

2.4 充分利用数控仿真软件，提高教学水平

通过数控仿真软件的应用，学生提前熟悉数控系统的操作界面，可以直观地检查出程序编写以及加工过程中存在的问题。仿真加工检查没有问题了，再到数控机床上加工，从而避免意想不到的错误，减少安全事故的发生。

该校建立了由1台教师机和20台学生机组成的数控仿真模拟实验室，配备了数控仿真模拟系统，具备多种数控系统机床操作全过程和加工运行环境仿真的功能，优化数控技术的教学手段，有效的弥补了数控机床的不足，大大减少了设备、工件材料和能源的消耗，降低了实践成本，而且也不存在安全问题，学生可以独立、大胆地进行学习和练习，有效保证了数控加工实践的效果和安全。

2.5 科学合理制定考核方式

数控技术的课程考核方式一般有两部分组成：期末成绩（80%）+平时成绩（20%），其中平时成绩包含学生考勤、作业、实验这几部分内容。数控技术是理论与实践相结合的课程，学生除了需要具备扎实的理论知识基础，还需要掌握数控编程与操作的专业技能，如此便需要对考核方式进行优化，提高实践成绩比例，将课程成绩调整为：期末成绩（60%）+平时成绩（20%）+实验成绩（20%），从而提高学生的动手实践能力。

2.6 完善师资队伍建设，提高指导能力

习近平总书记在北京大学同师生座谈时说：“教育兴则国家兴，教育强则国家强。高等教育是一个国家发展水平和发展活力的重要标志。……人才培养，关键在教师。教师队伍素质直接决定着大学办学能力和水平。”[5]首先要培养教师良好的师德师风。数控技术是一门实践性较强的课程，许多教师不具有工程背景，所以教师需提高自身的工程意识、工程实践能力与工程创新精神[6]。学校每年可安排若干个青年教师到企业挂职锻炼，直接参与企业的工程项目设计、开发和研究，参与企业的生产实践，提高操作技能及解决工程实际问题的能力[7-8]。

3 结语

在新工科背景下，面对新形势，新任务，各大高校都在不断地探索课程新的教学方法。该文提出了以“学生为中心”的教学理念，以培养创新型卓越工程人才为目标的培养目标，引入项目驱动教学法，培养学生的工程实践能力，同时开展混合式教学，优化教学模式。结合数控仿真软件，提高教学水平。提出了更加合理的考核方式，提高学生动手实践的能力。不断加强和完善师资队伍建设，提高教师的指导能力。通过数控技术的教学改革，让学生成为教学中的主体，教师为引导者，调动了学生学习的主动性与积极性，提升其分析与解决问题的能力，以便更好地符合未来社会对新工科人才的要求。