基于学生综合能力培养的数控铣床实训教学改革与研究

孙建华 王亮 孟兆生

摘要：工程实训是工科院校培养学生工程实践能力的重要平台，文章通过对我国数控铣床实训教学模式现状的研究，发现实训教学存在的诸多问题，针对问题创新改革教学模式，引入自主设计教学内容，初步解决了“不能以学生为中心、一台设备多名学生操作、学生掌握知识过于单一”等实践教学问题，有效达成工程教育专业认证中对于机械类专业人才的培养目标，使学生综合能力得到培养。

关键词：数控铣床实训;教学改革;综合能力;非技术能力

2016年6月，随着中国成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员，全国各大高校大力开展专业建设，力求尽早通过工程教育专业认证，实现与国际工程教育接轨。工程教育专业认证中对培养学生12项能力提出具体要求，分别为工程知识、问题分析、设计，开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理以及终身学习能力。由此可以看出，学生的技术能力与非技术能力得到充分培养已成为工程教育的发展趋势。工程实训是工科院校不可或缺的实践教学课程，是培养学生工程实践能力的重要平台，要想提高学生的综合素质，就要从每一项实训课程入手。文章以数控铣床实训课程为例，打破传统教学思想，创新实训教学模式，真正达到通过工程训练培养学生综合能力的教学目的。

一、我国数控铣床实训教学模式现状

通过与国内各大兄弟院校的工程训练中心的交流学习，我们了解到绝大多数数控铣床实训教学模式总体相差不多，主要分以下几类：

（一）针对机械类学生的教学模式

机械类学生需掌握安全知识、程序编制、机床操作（包括刀具、夹具、量具的选择和使用）等，所以对于这类学生的数控铣床实训教学时间要相对较长，且绝大部分时间为教师给出固定零件图，学生自主编程并进行机械加工。

（二）针对近机类学生的教学模式

对于这类学生的数控铣床实训教学时间适中，学生一般只需掌握安全知识和机床操作即可，程序编制只作为了解，教师只需给出具体零件图纸、加工工艺和程序，由学生进行机械加工。

（三）针对非机类学生的教学模式

对于这类学生的数控铣床实训教学时间最短，主要以认知工程文化、了解工训安全和工程制造为主。由于此专业学生的专业特殊性，教师在上课时主要以讲解操作为主，一般不会让学生上机操作，以免发生安全事故。

二、目前数控铣床实训课程存在的问题

由于教学方法、教学模式和教学内容设置存在缺陷，导致数控铣床工程实训教学效果不理想，存在问题主要有以下几类：

（一）受教学方法影响，教学过程不能做到以学生为中心

整个数控铣床实训课程主要以教师讲解为主，学生一般被动地接受知识，这与工程教育专业认证中“以学生为中心，以教师为辅助”的理论相违背，学生的学习兴趣和学习积极性也很难被调动。

（二）受教学模式影响，频繁出现一台教学设备多名学生同时操作现象

由于数控铣床实训学生所学内容基本相同，按规定完成加工的作业件都是相同的，所以学习进度几乎一致，这就造成在实训最后阶段，所有学生都集中到同一时间段进行上机操作，经常出现一台设备多名学生操作的现象，这样影响实训效率，而且存在严重的安全隐患。

（三）受教学内容影响，学生掌握知识过于单一

受所学内容都相同的影响，学生在完成作业的过程中，难免会出现互相借鉴，甚至是互相抄袭的情况，这样就造成如果换一个零件，其加工工艺设计以及程序编制等过程就很难完成，使学生掌握知识过于单一。

三、基于培养学生综合能力的数控铣床实训教学改革与研究

针对以上数控铣床实训教学中存在的问题，以及工程教育专业认证中对培养学生能力提出的具体要求，实训教学创新改革已经势在必行，笔者以机械类专业为试点班，通过对数控铣床实训课程进行创新改革，在培养学生技术能力的同时，使学生的团队协作能力、自主学习能力和创新能力也得到锻炼和培养，从而提高学生综合能力。

（一）根据机械类专业培养目标制定数控铣床教学目标

工程教育专业认证标准中对机械类专业共提出4项培养要求，其中第2和第3项要求又都细分为3小项，这其中有3项培养要求可以通过工程实训课程来达成，根据机械类人才培养目标制定5项数控铣床教学目标：第一，通过同组同学共同设计作业件，锻炼和培养学生制图能力、计算能力、团队协作能力、创新能力和自主学习能力;第二，通过绘制CAD图纸和编制程序，锻炼和培养学生使用计算机软件能力;第三，通过作业件加工工艺设计，锻炼和培养学生基本工艺操作等基本技能;第四，通过对作业件的机械加工，锻炼和培养学生初步掌握并使用各种机床设备和现代化工程工具的能力;第五，通过数控铣床实训教学课程，培养学生的安全意识和终身学习的好习惯。

（二）数控铣床实训教学改革

为了使学生的技术能力和非技术能力协同发展，从而提高学生综合素质。数控铣床实训课程打破传统教学思想，创新实训教学模式，重新设置教学过程，如表1所示。

在教学过程中，将学生分成多个组，每组由两名学生共同完成作业件的设计及加工，由表1授课内容6可以看出，创新改革后的数控铣床实训教学内容主要增加了自主设计作业件，不再是教师提供单一零件图的形式，这使整个教学模式都发生了变化，教师从主导教学变为辅助指导，学生从被动接受知识变为自主创新设计，大大提升了学生学习的积极性和兴趣，真正做到“以学生为中心，以教师为辅助”，教学理论与专业认证理念相契合。由于每組学生设计工件难易程度不同，并且还加入模拟仿真步骤，学生可以通过仿真加工来查错纠错，上机操作时间得以错开，极大缓解了机床设备不足产生的教学压力。对于设计难度较大的作业件，教师鼓励学生自主学习Pro/Engineer、Unigraphics NX、Mastercam等自动编程软件，教师在设计过程中给予指导，培养了学生的复杂零件加工能力、自主学习能力和终身学习的好习惯。

（三）教学作品展示

学生对自主设计作业件教学内容兴趣浓厚，学习积极性和学习兴趣显著增强，并产生了很多优秀的教学作品。

图1和图2是在党的十九大召开之际，由学生自主设计并独立加工完成的作业件，图3和图4是在学生自主学习自动编程软件后，由教师指导完成的作业件，在教学过程中，教师只负责对学生提出的工艺设计、编程以及刀具选择等问题中遇到的困难给予解答。

四、结语

通过创新改革数控铣床实训教学模式，初步解决了“不能以学生为中心，一台设备多名学生操作，学生掌握知识过于单一”等实践教学问题。完成了数控铣床实训教学目标，达成工程教育专业认证中对于机械类专业人才的培养目标，充分调动学生学习积极性，学生技术能力和非技术能力均得到很好的锻炼，实训教学质量有所提升，学生综合能力得到培养。