面向新工科的数控技术课程建设探讨

丁顺良 高建设 贾志刚 侯伯杰

（郑州大学机械与动力工程学院 河南郑州 450001）

在我国经济转型升级的背景下，为了主动应对新一轮科技革命和产业革命，贯彻落实国家“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，促进新技术、新产业、新业态和新模式的国家一系列重大战略深入实施，提升国家硬实力和国际竞争力，高等教育也积极引入了先进的教学理念和全新的教学模式，新工科理念随之诞生。这一理念的提出为我国高等学校工程教育提供了新的发展方向，其目的在于引导高等工程教育的改革，更好地适应国家经济社会发展的需求。新工科背景下的高等学校教育是以立德树人为引领，以适应经济社会发展为建设理念，以创新与融合为主要途径，来培养创新型、复合型、多元化工程人才的系统工程［1］。在国家重大战略需求下，工程教育急需进行内部改革和创新，重视人才培养质量而非数量，使学生在接受高等教育的过程中，除了掌握基本的专业知识之外，还应形成核心竞争力，成为实现国家战略发展目标、强化国际竞争力的重要驱动力量。数控技术是工程教育的重要组成部分，面对新时代科技和工业的发展，数控技术专业也应不断改革与创新，积极探索新工科理念下的新课程体系、新教学方法、新教学内容等，培养出更多满足社会实际需求的创新型专业人才，促进社会经济稳步提升。

1 新工科的特点与要求

全球范围内，新一轮科技革命与产业变革的进程不断加快，为了增强国家科技竞争力，有关部门进行了创新驱动发展、“互联网+”等重要措施的深入实施。目前，以新技术、新业态、新产业等为主要特点的新经济进入了蓬勃发展阶段，大数据、人工智能等高科技技术得到了广泛应用。当今社会对于人才有了更高要求，当代大学生必须要有适应现代社会发展的能力，还应具备较强的创新能力和较高的专业技能水平。新经济的不断发展给新工科人才提供了更多展现自我价值的机会，新工科专业强调学科的交叉，更注重传统工业技术与新兴工业技术的融合，新工科人才应成为具有创新创业能力、跨界整合能力、领导能力和实践能力的各类交叉复合型卓越工程科技人才。随着新工科研究与实践项目的启动实施，新工科成为当前高等工程教育的前沿领域，而推动工程教育改革的基础和核心在于学科体系中实践教学的改革。因此，在新工科背景下，作为人才培养工作的一项重要内容，只有对课程建设不断改革和创新，才能适应工程教育对于人才培养的要求，才能在应对新一轮科技革命和产业变革中占领先机。

在新工科理念下，随着现代信息技术的不断发展，制造业广泛应用了大数据、人工智能等新兴技术，逐渐向着信息化、智能化转型，这给传统课程教学模式带来了挑战。高校作为高素质专业人才培养的主要阵地，满足新工科的发展需求，培养出更多符合社会需要的创新型人才，是众多高校共同面临的难题［2］，高校应对当前工科背景下课程教育进行改革，积极寻求科学高效的创新型工程人才培养模式，以达到新工科对于专业特色建设和人才培养的更高要求。

制造工业基础是国家综合国力与实力的重要体现，而制造业发展离不开数控技术，数控技术是机械工程专业的核心课程，是机械行业的核心技术，对我国制造业整体发展有着重要作用，机械产品、大国重器的制造都与数控机床有着密切联系。高端数控加工技术是“中国制造2025”规划的重要发展领域之一，而数控技术作为机械工程专业的核心专业课程，是一门理论与实践并重的课程，强调工程应用背景及解决实际工程问题的能力，对于培养机械行业创新型人才起到非常重要的作用。因此，在新工科背景下，构建与工程应用相衔接的经典理论教学内容、积极开展教学模式创新、培养学生学习的积极性和主动性、处理好教与学的关系，成为数控技术课程改革的首要任务。

然而，目前数控技术课程存在人才培养目标与国家战略和区域发展需求脱节、学生的创新创业潜能未得到充分开发等问题，不能满足“新工科”背景下工程教育的要求；课程教学内容理论性和综合性较强，而能帮助学生理解知识点的实际工程案例较少，并且课程内容与专业前沿研究以及工程应用脱节，难以让学生体会到课程的重要性；教学手段与教学形式单一，新方法、新技术、新理念、新模式未能较好地融入课程当中，严重阻碍了学生对“机械工程”内涵的系统了解和专业认知；教学过程中过分强调专业知识，而忽略了对学生服务国家服务社会情怀的培养，也忽略了对学生保护国家技术安全的教育。因此，以培养国家需求的创新型工程人才为目标，改进教学目标、教学内容和教学手段，在“新工科”背景下进行满足工程教育标准的数控技术课程建设具有非常重要的意义。

2 数控技术课程的主要特点

2.1 教学内容涉及范围广

在数控技术教学过程中，其教学内容涉及很多学科的知识，知识点较为碎片化，各知识点之间的关系并不密切［3］。例如，在数控加工工艺知识中，涉及制造工艺设计、刀具选择以及夹具设计等机械制造专业的知识，还涉及数控编程方面的内容，需要学生掌握CAD软件的使用技巧等。而在伺服系统中，学生则需要对电工电子、传感器以及控制等方面的知识有所了解，这些知识点与制造工艺知识的关联性并不强。

2.2 知识更新速度快

数控加工中心、新型编程与仿真软件、复合机床等新技术新工艺纷纷涌现，使得数控技术知识的更新速度很快，学生必须要具备较强的思考能力和创新能力，才能适应这些新技术的发展。但教材的更新速度较慢，导致教学难度增加。

2.3 实践性强

随着数控机床自动化程度的不断提高，根据不同的加工零件进行分析、编程、选择刀具等具有很强的实践性。在进行数控机床操作过程中，要根据具体的机床与零件进行分析，并精心设计合理的加工工艺、路线，这就要求学生要具备较强的实操能力。

2.4 综合性强

数控技术涉及多学科知识，这就要求学生具有较强的知识综合应用能力。数控机床也是典型的机电一体化产品，在设计、加工时不仅要考虑到技术问题，还要考虑到经济、生产组织以及管理等问题［4］，这样才能充分发挥多学科的优势互补。

3 数控技术课程的教学现状

目前，数控技术课程教学主要包括了理论和实践两部分。理论部分主要以课堂教师授课为主，而实践课程教学内容较少。在数控技术教学过程中，很多教师都是按照教学大纲来为学生讲授相关的理论知识和编程指令等，学生对于数控技术的整体概念缺少认识，对专业知识的学习较为迷茫，并且学习过程较为枯燥乏味，很难对这些理论知识产生学习兴趣，这导致学生在课堂教学过程中逐渐丧失了主体地位。除此之外，数控技术课程主要通过理论考试的方式来考核学生的学习情况，很容易降低学生学习的积极性，影响了学生分析问题、解决问题能力的培养，达不到预期教学效果。另外，由于实践课程中机床和课时都较少，学生通常都是观看教师操作，并不能亲身体验动手操作的过程，这限制了学生实践操作能力的培养。

4 面向新工科的数控技术课程建设策略

4.1 及时更新教学理念和培养目标

新工科理念的提出旨在培养更多创新型、多元化的工科人才，以帮助学生适应新形势，促进我国经济发展［5］。目前，传统的教学理念已经不能满足学生需求，高校应对教学理念进行更新，树立新的人才培养目标。根据新工科提出的新要求，高校应将学生作为教学主体，将创新型工程人才培养作为新的育人目标，将学生培养成满足产业发展需求和国家发展战略的创新型人才。高校在教学过程中应将理论和实践相结合，让学生在教学过程中掌握扎实的理论知识和实践技能，更好地适应新时代工科人才的发展形势。

4.2 将相关课程融入数控技术课程

面对新工科建设，高校应将现有数控技术课程与其他相关学科知识相互结合，促进新兴工科的良好发展。数控技术课程是综合了计算机、自动化、电气、检测、机械、材料等多学科而形成的一门交叉学科课程，学生只有充分掌握了这些相关课程的知识，才能对数控技术的内涵有更加全面、整体的理解。因此，高校应在数控技术课程教学中科学、合理地融入其他相关学科内容，不仅能让学生对理论知识有更加深刻的认识，还能引导学生发散思维，增强学生的知识运用能力和创新能力，这也与我国大力支持交叉学科发展的理念一致［6］。与此同时，高校教师还可以根据教学主题组织课程教学活动，帮助学生将有关的理论知识和工程实践联系起来，提高学生对工程问题的整体认知水平。例如，数控技术与材料的成型与加工关系密切，高校应将材料学科相关知识合理融入数控技术课程教学中，材料的性能对数控加工有着直接的影响，使用不同的材料其加工技术也会有所不同，数控加工应充分考虑到材质问题，从而寻找最佳加工工艺和方法；另外，数控加工的设备较为复杂，怎样通过机电控制系统有效控制数控加工工程，提高加工质量，这不仅有助于数控技术的良好发展，还能促进机电系统新技术的应用；数控技术中的插补原理与算法关系密切，好的插补算法能大大提高数控加工过程的效率和精度，有效降低数控加工成本，新开发的数控插补算法也能有效提高计算机技术水平。因此，促进数控技术与其他学科知识相融合，不仅能开阔数控技术人才的视野，还能进一步强化数控技术人才的综合实力。

4.3 创新数控技术教学模式

传统的教学模式中，教师一味地给学生讲授教学知识，学生被动接受知识，教师对知识点的讲授范围也局限于教学大纲，并未进行知识的延伸与拓展，虽然部分教师也积极采用了多媒体设备开展教学活动，但学生对知识的掌握还是来源于课堂。随着科技的快速发展和互联网技术的普及，这种墨守成规传统的教学模式已不能适应当前教育发展的实际需求，“互联网+教育”逐渐受到重视，高校也在运用互联网技术对传统课堂进行了教学改革，出现了远程教学、线上线下混合式教学、微课等形式多样的网络教学模式，使每个学生都能接触到大量优质的教学资源，不受某个特定教师或时间、空间的限制，随时随地都能学习知识。目前，网络共享课程和线上公开课程众多，学生除了在课堂上学习知识外，也可利用互联网上众多的学习资源掌握知识与技能，这为数控技术多元化、多样化发展提供了保障［7］。因此，高等教育应充分利用互联网平台，创新新工科教学模式，强化新工科人才培养过程，数控技术教师也应将学生作为课堂主体，跟随时代发展的脚步，充分利用现代信息技术，创新教学模式，通过云课堂、微课等教学形式充分发挥出教师的主导作用，从而增强学生对专业知识的学习兴趣。在实践课程中，由于各个高校的实践资源不同，部分高校并不能完全满足学生的实践需求，教师就需要积极探索多样化的实践教学模式，让学生在实践教学中更好地掌握与消化教学内容。高校还可以开发虚拟实践课程，构建网上实践资源共享平台，让学生在网络中学习实践知识，也可将手机、电脑、平板等移动终端与专业知识的学习结合起来，充分、高效利用零散时间。另外，数控技术考核评价方式也应进行创新，教师可以结合数控技术课程的主要特点，全面考查学生的平时表现、实验、实操和期末成绩，为了提高学生的实践操作水平，教师还应重点考查学生平时的表现和实验表现，考核方式要灵活多样，充分体现出学生对知识的灵活运用水平，构成比例大致可分为：理论考试成绩60%+平时成绩10%+5人小组为单位的数控实际产品创新设计30%，从而着重考查学生解决复杂数控产品问题的能力。

4.4 创造良好的实训实习机会

在新工科背景下，高校应加强学生数控技术实践技能的培养，注重开展数控技术实训课程，教学模式应力求直观、多样，并在教学方式上进行探索和创新，以提升课堂教学效率和质量作为主要目标，不能仅停留在理论教学层面，而是要让学生在实践中感悟知识的应用。根据数控技术的特点，将原有的数控加工实验室设备及时进行更新升级，加强校内实训设施建设，给学生提供良好的实训条件。教师还可带领学生前往数控实训基地进行参观，让学生对自己的专业和以后工作方向有更深入的了解，另可结合VR 虚拟仿真等手段，满足创新型人才培养目标和社会对人才的实际需求。高校应加大对实训课程的资金投入，积极引入先进的实训设备，满足数控技术专业人才培养的实践要求，增强学生实践操作水平。对数控技术专业来说，企业往往具有最先进的加工设备和制造工艺，也有着较为丰富的实践经验，能最大程度地满足学生实训的需求。因此，高校可以与当地企业建立良好的合作关系，给学生提供到企业实习的机会，让学生在真实、完整的场地学习实践经验，接触到最先进的加工设备，了解到最先进的生产工艺，从而提高学生的职业能力和实践创新能力，还能开拓学生的视野，实现高校教育与行业人才需求的无缝连接。

4.5 加强师资力量建设

数控技术课程具有较强的综合性，数控技术教师必须要具备较强的理论知识和实践操作能力。数控技术教师应对机械结构、机械加工、电气控制、编程、检测技术、计算机技术等各方面知识有较为全面的了解。高校应不断加强数控技术师资力量建设，确保每一位教师都能具备扎实的理论基础和专业技能［8］。高校可以从相关企业、科研院所积极引入一些具有较强理论知识和实践操作能力的高素质专业人才，增强数控技术课程教师团队的综合能力，提高教学水平。高校还应根据实际情况，制定有针对性的培训课程，加强对现有数控技术教师的培训工作，让数控技术教师参与到科研活动与实践生产中，丰富教师理论知识储备，增强实践操作能力，让数控教师理论和实践全面发展，从而提升教师综合素质，培养出更多双师型数控技术教师，达到提高数控技术课程教学质量的目的。

4.6 加强学生爱国主义教育

数控技术是现代制造的核心技术，是一个国家制造工业的基础，是国家核心战略技术。新时代数控技术人才培养不仅要注重专业技术教育，还要注重爱国主义教育，将学生培养成德才兼备的人才。在开展数控技术课程讲授时，应巧妙融入爱国主义教育，教师可向学生科普我国古代、近代以及现代的制造水平，以此作为切入点。古代制造从旧石器时代到新石时代再到青铜器时代，进而到四大发明时期，这部分重点引导学生关注我国文明历史，增强民族自豪感。近代制造部分引导学生回顾鸦片战争以来的百年中国近代史，了解一部分中国人是如何通过制造来救国图强的，增强学生学习的使命感。随后，在现代制造部分，介绍数控技术在我国的发展历史以及革命前辈的付出与努力，让学生感受到当前技术发展和突破的不易，树立向辛勤工作者看齐的良好品质，并在学习和生活中严格要求自己，做到精益求精。现代制造部分还可结合大国重器开展思政教育，如空间站、高铁、航母、飞机等，我国在这些设备制造过程中有一大批为国奉献的科学家和工程师在努力奋斗，他们突破西方封锁，自主图强的奋斗过程，能让学生认识到国家强大必须有强大的制造业做支柱，必须有核心技术做支柱，能极大增强学生投身国家制造的责任感和紧迫感。在讲解数控编程这一章节内容时，教师应奠定课程的基调，告知学生编程中的任何程序指令和数据都不能出错，否则就会引起机床故障，带来严重损失，使学生树立精益求精的工作态度。

5 结语

在新工科背景下，数控技术课程建设和人才培养有了新的要求，为了培养出更多适应社会发展的创新型人才，高校应根据自身实际情况和数控技术课程的发展需求，进行数控技术课程改革，创新教学模式，将理论知识与实践操作相结合，在数控技术课程中合理融入其他学科的相关知识，加强校内实训设施建设，并与相关企业建立良好的合作关系，为学生创造更多实训、实习的机会，增强学生数控技术理论知识和实践操作能力，为学生将来学习与工作打下良好的基础，为社会培养出更多创新型专业人才。