基于項目式教學的數控技術課程改革與實踐

徐偉 萬軼 沙鑫美

摘要：隨著我國制造產業結構的優化升級，機械工程專業應用型人才的需求量增大。本文針對目前數控技術課程實踐教學環節存在的教學內容較少、教學手段陳舊等問題，提出了一種基于項目驅動的“閉環式”實踐教學改革思路，該思路以項目為主線、學生為主體，鍛煉了學生發現問題與解決問題的能力，并通過實時反饋來反映學生的學習效果。通過教學改革的實施，學生的綜合能力得到了提升，改革取得了一定的效果。

關鍵詞：項目式教學;數控技術;實踐教學;教學改革

0 ?引言

自2010年起，我國就已經成為全球制造業第一大國，但其競爭優勢聚集在低端領域，在高端制造業領域方面競爭力明顯不足。面對世界范圍內新一輪的產業革命，我國先后出臺了“中國制造2025”、“互聯網+”等一系列重大國家戰略，并明確以開發一批精密、高速、高效、柔性數控機床與基礎制造裝備及集成制造系統為重要戰略任務，以此來提高自身的制造實力，從而能夠在全球化的競爭中拔得頭籌。目前，我國絕大多數工科院校均開設了機械工程專業，數控技術作為培養機械工程技術人才的一門專業課程，可使學生獲得豐富的機械、控制、檢測、編程、數控加工工藝等方面的基礎知識和綜合技能;但不少高校的數控技術課程教學當中，實踐環節相對薄弱，存在教學內容較少、學時較短、教學手段陳舊等問題，使得學生的動手實踐應用能力得不到很好的鍛煉。本文分析了數控技術課程實踐教學環節中所存在的不足，提出了一種基于項目驅動的“閉環式”實踐教學改革思路，該思路以項目為主線、教師為主導、學生為主體，使學生能夠系統性的學習數控技術相關操作技能，并通過實時反饋來反映學生的學習效果，達到提升學生動手實踐等綜合能力的目的。

1 ?數控技術實踐教學中存在的問題

數控技術實踐教學的目的是通過該實踐環節的學習，使學生掌握編制數控加工程序的方法，具備根據加工圖紙要求編制數控加工程序并進行數控機床實操加工的能力，但實踐教學的情況卻不盡如人意。首先，實踐教學環節多為驗證性實驗，往往是為了讓學生能夠更加直觀的去感受和了解課堂當中的知識點，并不能很好的起到鍛煉學生綜合應用能力的作用。其次，驗證性的實驗缺乏一個統一的主線將其穿起來，學生學完以后不知道如何學以致用。最后，數控技術實踐教學環節的實驗設備主要為數控機床，因其購置費以及使用維護費較高，民辦高校難以拿出大量資金來購置實驗設備，若按照傳統的現場實踐教學方法，則會因設備臺套數的不夠導致無法滿足每一個同學實踐操作的需求，從而影響實踐教學的效果。

2 ?數控技術實踐教學改革思路

針對數控技術實踐教學中出現的問題，本文擬從以下角度來進行實踐教學改革，以期提升實踐教學效果。

2.1 引入計算機仿真軟件

目前數控加工編程軟件很多，主要包括Unigraphics UX、MasterCAM、Powermill、Cimatron等。為了滿足制造人才從設計到制造的培養連貫性的要求，我們需要引入一種集三維造型與自動編程于一體的軟件。Unigraphics UX是目前使用度最廣泛的編程軟件之一，交互式CAD/CAM系統可以輕松實現各種復雜實體及造型的建構，廣泛應用于加工中心編程操作中，可以實現學生從三維設計造型到數控自動編程最后至模擬加工仿真的全過程培訓。針對現場實操時設備臺套數不夠的問題，可以通過采用虛擬現實的數控加工仿真系統來解決。宇龍數控加工仿真系統利用虛擬現實技術，將實際的機床搬到了電腦中，學生通過仿真系統在電腦界面上完成原本需要在實際機床上才能進行的操作，降低了教學成本，并提高學生的學習效果。

2.2 引入項目式教學方法

數控技術實踐教學是一個連續性的系統工程，包括了從零件圖紙分析→確定加工方案→工藝處理→編制程序清單→程序校驗→數控機床加工整個生產流程的教學。項目式教學突出的是以項目為主線、教師為主導、學生為主體，強調的是讓學生從系統性的角度來自主地分析問題、解決問題。教學步驟一般分為以下幾步：

①項目內容的確定和分配：遵循“實用性、可行性和綜合性”的原則。實用性原則指的是項目的選擇必須貼近實際生產實踐，讓學生切實體會到所學的知識確實能夠學以致用;可行性原則指的是項目難度適中，能夠讓學生在經過一定努力的情況下完成;綜合性原則指的是項目應包含與數控技術有關的所有知識點，通過一個項目能使得學生對所有的知識點進行一次梳理實踐。

②項目計劃的制定和實施：學生接到任務后，首先自由分組，然后按照教師的要求指定工作計劃，將任務分解成圖紙設計、數控程序編制、軟件仿真加工、數控機床實操加工等階段，規定各階段的時間安排，具體任務分工等，形成詳細的項目實施計劃，并上交教師。在上交項目計劃并得到教師認可后，學生即可根據計劃安排開展項目。教師要注意自身的引導作用，比如在項目初期，利用案例教學法，對學生UG軟件或宇龍數控仿真軟件者進行必要知識和技能的培訓，或者向學生推薦相關的參考資料等。

③項目結果的考核和評價：項目結果的考核和評價分為過程考核和總結考核兩個部分。過程考核指的是學生在圖紙設計階段需要講解零件的設計思路以及圖紙的表達方案;數控程序編制階段需要對零件的數控加工工藝進行闡述;軟件仿真加工階段需要進行程序的輸入和現場演示等。教師在每次過程考核結束，需對學生小組的成果進行總結考核并打分。在項目結束后，學生還必須以小組為單位，上交項目完成總結報告，指導教師根據總結報告打總結分，最后將過程考核分和總結考核分綜合，得到學生的綜合分數。

2.3 引入閉環思想構建實踐教學體系

在項目式教學實施過程中，為確保學生的學習效果，引入了閉環思想，構建了全新的實踐教學體系如圖1所示。從項目下達開始，經過了工藝分析、數控編程、模擬加工、實際加工等一系列的環節，下一個環節能否繼續進行完全取決與上一環節結果的正確與否，比如沒有合理的工藝分析就不能進行合理的編程，繼而不能實現合理的模擬加工，最終會影響最終零件的實際加工，這樣就形成了項目流程的閉環。

3 ?結論

為滿足制造業的發展所帶來的對應用型人才需求的改變，現有的數控技術實踐教學模式已經不能適應。本文在研究了目前數控技術實踐教學不足的基礎上，提出了一種基于項目教學的閉環式實踐教學改革思路（如圖1），通過引入項目教學法這一主線，將數控技術實踐教學的各個環節串聯起來，并通過閉環的形式實時反饋學生的學習效果。經過實踐，學生的實踐能力得到了很大的提升，表明改革效果良好。

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基金項目：三江學院教學建設與改革項目（J18069），江蘇高校哲學社會科學研究基金項目（2018SJA0502）。

作者簡介：徐偉（1982-），男，江蘇鹽城人，高級實驗師，主要從事機械專業應用型本科教育研究。