新工科背景下项目驱动数控加工实训教学改革探索

汪文凌 朱民

[摘           要]  结合新工科建设的内涵和要求，针对数控加工实训教学应用项目驱动的教学方法，提高学生的实训兴趣及取得较好的实训效果。为工程训练数控加工实训教学中应用项目驱动的教学方法做一个尝试。

[关    键   词]  新工科;工程训练;数控加工;项目驱动;非机械类专业

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）24-0190-02

一、前言

新工科教育是我国高等学校为迎接以新技术、新产业、新模态为特征的新经济而在教育理念、教育实践过程中重大的改革举措。教育部先后就此组织并召开了相关会议开展讨论。2017年2月18日综合性高校工程教育发展战略研讨会形成“复旦共识”，2017年4月8日，教育部在天津大学召开新工科建设研讨会上提出的“天大行动”，以及2017年6月9日教育部在北京召开新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议，全面启动、系统部署新工科建设，称为“北京指南”。

教育部在有关文件中将新工科的主要研究内容归纳为“五个新”，即工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系，基本包含了新工科的内涵。[1]新工科建设已成为当前高等工程教育改革的热点。

工程实践教育作为工程教育的重要一环，在新工科建设改革中占有非常重要的地位。构建工程实践教育新平台是新工科赋予的重要任务。在新工科背景下，高校工程实践教育首先要以适应新技术、新工艺应用为新的工程实践教育内容，以工程实践教育设备的更新、师资队伍教育能力的提升、工程实践教育方法和体系的改革来适应新的形势。另外，需要寻找工程实践教育改革的切入点，探索一条适应新形势下工程实践教育的方法和体系，为培养创新型、创业型人才，适应新经济发展和国家创新驱动战略发挥更好的作用。

在新工科教育理念指导下，学校不断优化人才培养方案，强调加强工程教育实践培养。在全校开设工程训练课程，覆盖全校各专业学生，包括文科生;培养学生的工程意识、工程素质和工程能力。

数控加工实训作为工程训练实训中最重要的实践课程之一，对培养学生的综合应用能力发挥着重要的作用。但是，目前国内高校的数控加工实训大多沿用传统的课上讲解及操作示范相结合的方法。如何在新形势、新工科背景下探索一种全新的数控技术实训教学模式很有必要，也很有意义。

二、项目驱动的教学方法

项目驱动的教学方法是指在教学过程中，以项目为主线，把相关知识点融入项目的各个环节中去，层层推进教学。通过对问题的深化或功能扩充，来拓宽知识的广度和深度，直至得到一个完整的项目的解决方案，从而达到学习知识、培养能力的目的。在项目驱动教学模式中，教学项目的设计是整个教学的关键，项目的好坏直接影响到教学效果。由于工程训练课程覆盖全校所有专业学生，这样一来，参加工程训练的学生，除“机类”和“近机类”专业的学生，还有管理类和艺术类及文科类的学生。由于参加工程实训的学生来自不同的专业，基础不一样，实训的要求和实训的时间也不一样，这就要求实训科目要有针对性，也就是实训科目的教学项目设计要有针对性。

根据学校的学生文理科情况、各专业层次水平、工程训练课程时间长短，大致可以将数控加工工程训练教学内容分为3个层次：（1）非機械类专业的学生（文、法、艺术类）。他们主要以了解数控加工技术为主，着重培养学生的工程意识。（2）近机械类的学生（经、管类）。他们要基本了解数控加工的基本原理、数控编程指令的应用等内容。着重培养学生的工程意识、工程素质。（3）机械类的学生（工科、理科类），也就是通常意义上说的工科生。他们需要通过工程训练了解典型零件的加工工艺分析、加工参数的选择、编程方法、工件的装夹、刀具的选择等，掌握基本的数控编程指令，能够编写简单二维图形的程序，着重培养学生的工程意识、工程素质和工程能力。

（一）项目的设计

项目的设计应该根据工程训练教学大纲、课程训练时间长短来决定，并遵循切实可行的原则，也就是说项目的设计需要针对来自不同基础、不同专业的学生，包含的知识点是不同的。设计出来的项目既包含所需的核心知识点，同时又能激发学生的学习兴趣，达到一定的教学效果。

根据孙康宁教授提出的“基于课程核心知识点和能力要求点设计知识、能力、实践、创新（KAPI）一体化训练项目（产品），将知识点、能力要求、实践和创新训练要求整体嵌入一体化训练项目”。[2]首先，需要对数控加工工程训练的知识点进行分析、设计。然后进行归纳分类，哪些是核心知识点，哪些是一般知识点。

数控加工工程训练的知识点主要包括两部分：一部分是数控加工工艺方面的知识点，另一部分是数控编程指令方面的知识点。数控加工工艺方面包括：（1）切削原理（运动组成）;（2）工件装夹;（3）切削刀具;（4）刀具路径;（5）切削运行参数等。数控编程指令方面包括：（1）准备功能指令（G指令）;（2）辅助功能指令（M指令）;（3）单字母指令（O、S、T、F、X、Y、Z）等。其中这些又可以衍生更多的知识点，这么多知识点需要有针对性地选择，才能适应不同专业的学生。

项目一

项目一对应于非机械类专业的学生（文、法、艺术类）。知识点包括：数控加工切削原理（运动组成）、切削刀具、刀具路径等的简单介绍;数控编程指令方面包括：O、S、T、F、X、Y、Z、G00、G01、M03、M30等组成程序的基本指令及程序结构介绍。为此，我们设计了一个简单零件图作为项目（如图1），让学生参照例题、指导书来学习编程，并把所编程序输入数控机床进行验证。以此来考查学生对知识点的掌握，并在面对机床操作的时候培养学生的工程意识。

项目二

项目二对应于近机械类的学生（经、管类）。知识点包括：数控加工切削原理（运动组成）、工件装夹、切削刀具、刀具路径、切削运行参数等的介绍;数控编程指令方面包括：O、S、T、F、X、Y、Z、G00、G01、G02、G03、M03、M30等组成程序的基本指令及编程介绍。为此，我们同样设计了一个零件图作为编程项目，不过，零件的加工工艺和要求比上一个难度大一些（如图2）。同样，让学生参照例题、指导书来编程，并把所编程序输入数控机床进行验证。程序验证正确之后，分组加工出来，这样来促进学生对知识点的掌握，并在面对机床操作的时候培养学生的工程意识、工程素质、工程能力。

（二）项目的实施

项目实施是项目驱动方法的核心，该阶段主要引导学生在学中做、做中学，学生在项目的完成过程中，掌握所要求的知识点，达到实训的目的。

大部分文科学生的工科类基础知识薄弱，对工科课程的内容一般较难理解和接受。针对这类学生的特点，首先，引导学生来到实训现场，面对数控机床实物介绍机床结构、数控加工切削原理（运动组成）、切削刀具、刀具路径等;这样，学生就对数控机床、数控加工有了一个具体的印象，为后续的项目推进打下了良好的基础。经过上述介绍之后，应用多媒体教学软件播放实际的数控加工过程，通过与前面的数控机床实物介绍结合起来，加深学生对数控加工的理解，再加上后续数控加工指令介绍及例题讲解，形成一个完整的教学过程。在课堂教学中，可辅以一些视频和三维动画来帮助学生理解所学内容。

三、结语

由上所述，针对文理科生来自不同基础、不同专业的学生，磷选出不同需要的核心知识点;采用项目驱动的教学方法，在工程训练教育实施中是一种非常不错的尝试，也取得了很好的效果。这种方法，可大大调动学生的自主性，变被动训练为主动训练，达到培养学生的工程意识、工程素质的目的。

参考文献：

[1]李华，胡娜，游振.新工科：形态、内涵与方向[J].高等教育研究，2017（4）.

[2]孙康宁，于化东，梁延德.基于新工科的知识、能力、实践、创新一体化培养教学模式探讨[J].中国大学教学，2019（3）.

编辑 张 慧