基于成果导向的数控车削加工教学设计与实践

杨根　张立昌　陈博

摘要：数控车削加工实训是工程教育的重要组成部分，其理论性、专业性、实践性要求较高，是先进的制造技术与创新教育有机结合。以工程教育认证为契机，在数控加工实训环节开展基于成果导向（OBE）工程教育模式，以葫芦数控加工为教学案例，引入国际象棋数控加工项目，制定了详细的教学目标、教学内容、教学方法及考核评价体系，以培养学生的创新能力、实践能力为重点。实践结果表明，基于成果导向教学方法可以让学生了解新工艺、新技术、新设备在企业生产中的应用，在掌握知识和技能的同时，体验创新的乐趣，提高教学质量，提高学生的综合能力。

Abstract： Numerical control turning training is an important part of engineering education， which has higher theoretical， professional and practical requirements. It is an organic combination of advanced manufacturing technology and innovative education. In engineering education accreditation as an opportunity， the Outcome Based Education（OBE） engineering education mode is carried out in the practical training link of NC machining. Taking calabash numerical control machining as the teaching case， the training content is introduced into the numerical control machining project of international chess， and the detailed teaching objectives， teaching contents， teaching methods and assessment system are formulated to cultivate students' innovation ability and practical ability. The practical results show that the OBE teaching method can enable students to understand the application of new technology， new technology and new equipment in the production of enterprises， so that students can experience the fun of innovation， improve the quality of teaching and improve the comprehensive ability of students while mastering knowledge and skills.

關键词：数控车削;工程实践;成果导向;创新能力

Key words： NC turning;engineering practice;OBE;innovation capacity

0  引言

自“中国制造2025”、“互联网+”等重大国家战略的实施，我国正从制造大国向制造强国迈进，对工程技术人员提出更高的要求，对高等工程教育提出了新要求、新思路，迫切需要加快工程教育改革创新[1-2]。工程教育专业认证是我国与国际工程师教育衔接、互认的重要举措，以学生为中心、成果为导向、持续改进是当前工程教育的先进理念。

成果导向教育（Outcome Based Education，简称OBE）是一种以学生自主学习成果为导向的教育理念，以一个项目生命周期为载体，让学生从零件的研发到制造，以工作过程为导向的项目驱动教学[3]。OBE教育模式改变过去陈旧、单一的工程教育人才培养观念，树立以项目为导向的工程价值观，将工程师应具备的核心素质教育作为工程教育的主线。因此，将OBE工程教育模式应用在数控加工实训在课程教学中，强调以学生为中心，教师应该善用示范、诊断、评价、反馈以及建设性介入等策略，引导、协助学生达成预期成果，提高大学生工程实践能力，培养大学生工程意识、创新意识和团队合作精神，提高综合素质，促进创新型人才培养[4-5]。

1  工程教育背景下数控加工存在的问题

1.1 数控加工教学内容过于单一、缺乏综合性

数控加工技术是未来装备制造行发展的必然趋势，数控加工是高等院校工程训练的重要组成部分，但是数控加工在教学内容过于单一，能够体现创新创业能力的教学内容不多，缺少综合性和个性化的内容，无法满足工程教育培养大学生的要求，难以实现“工程认知，创新实践”的初衷[6]。

1.2 教学方法、模式落后，缺乏主动性

在数控加工教学过程中大部分仍采用以教师为中心，老师讲学生听，学生被动接受的方式，观念上还没有全面从“以学生发展为本的专家导向”转型到“以需求为导向”。教学方法单一，在实训环节中常常是单纯的“一讲一做”的模式，学生重复老师的动作，例如数控设备的操作，编程代码的输入，造成学生不动脑思考，单一的复制，从而导致教学过程枯燥无味、内容单一、单薄，不能充分调动学生的主动性和创造性，学生的“构思”和“设计”能力得不到有效锻炼和提升。

1.3 教学方法考核、评价方式有待进一步优化，缺少对学生创新思维能力考核

在数控加工项目实训教学中，学生个体需完成实训任务和实训报告，虽然理论考试成绩只占30%，平时成绩（包括学生的加工质量、动手能力、安全文明、组织纪律等方面）占到70%，但缺少对高素质工程人才应具有的思考、决策、分析、团队合作及创新等方面能力的评价。

2  数控车削加工教学设计与实践

2.1 设计项目教学的重要意义

针对目前的现状，高校需加强对数控车削加工在工程训练的教学探索，对数控加工课程进行教学改革、明确教学目标、完善教学内容，优化教学方法、制定考核体系。项目教学是一种适合于实践教学的教学方法，是由师生共同实施一个完整的项目工作而展开的教学活动。

数控车削实际生产中主要完成回转体一类零件的加工，如轴类、盘类零件，加工的零件需满足尺寸公差及形位公差要求。传统的数控车削教学内容单一、固定，无法激发学生求知兴趣，为了提高学生的学习兴趣及积极性，数控车实训内容以葫芦、国际象棋等具有代表性的作品项目作为载体。通过体验葫芦的加工过程，在工程认知与工程实践过程中，教师对学生提出的问题进行答疑、指导、引导学生自主设计，并发挥创新意识;而学生在已掌握的专业知识基础上，让学生自主设计一副象棋，将CAD/CAM软件、工艺设计、数控机床操作等知识贯穿其中，在学生兴趣的基础之上激发学习的主动性和积极性，改变原本枯燥的实训环节，激发学生学习主动性，增强了实训环节趣味性与专业性。通过一组项目产品的制造加工，将真实工作过程中的人员、设备、产品、检验及管理要素融入到教学过程，把理论知识与实践操作有机结合起来，培养学生具备一定工程实践能力和创新能力。

2.2 教学项目实施过程

为保证教学项目的顺利实施，将教学环节分为项目引入、教学演示、任务实施、任务评价等四个阶段，如表1所示[7]。根据项目内容，结合现有数控设备情况，合理安排项目，加工设备采用广州机床G-CNC6135A数控车床，刀具为93°精车外圆刀和3mm宽的切槽刀，加工材料：？准20、？准30铝棒（YL12），测量工具（游标卡尺）及其他附具。采用93°精车刀具加工铝棒，易加工、成本低、外观漂亮满足学生实际制作、创意设计的要求。

考虑数控车削加工的特点、工序安排、加工时间等因素，安排学生2-3人自由组合完成实施任务，指派实践能力强的学生担任组长，组长领取任务后，由组长负责组织小组成员研究、分析项目任务，通过合理安排，可以有效保证教学计划的顺利开展。

2.3 教学项目引入

如图1所示为葫芦的零件图，以葫芦项目为载体开展教学，学生自主完成设计、制作及拓展项目，整个教学紧紧围绕项目的解决而展开。项目的开展是以学生为主体，通过教师提出问题，讲解葫芦零件的结构特点、设计及加工工艺过程，引导学生查找相关资料，掌握项目涉及的专业知识，掌握葫芦项目加工所需要编程指令和数控车床操作[7]。

学生通过对葫芦项目的初步掌握之后，在此基础之上进行拓展其他项目，利用CAD/CAM软件自主设计一套“国际象棋”、“三潭印月”、“9层塔”等项目，提高学生的创新能力[8]。整个过程由学生自主安排生产加工工程，指定工艺流程，编写零件数控加工程序，在数控车床上完成零件的加工，并按照图纸要求进行零件的检验与分析。

2.4 教学项目实施

教学项目内容的关键在于项目实施过程，教师将项目引入后，给学生下达工作任务，学生根据任务书要求，明确任务要求，收集、学习国际象棋加工的相关资料，教师引导学生对象棋零件进行工艺分析、制定工艺路线、讲解加工难点与重点，任务实施节点，提出零件加工质量要求;学生通过查阅资料、小组讨论、师生交流的方式对任务实施进行合理安排，教师应以学生为主导积极参与到学生分组讨论中，激发学生自主学习的主动性、创新性，从而达到良好的教学效果。

在任务实施阶段，每一个零件的加工程序需要学生自主完成，为了提高数控加工实践教学的效果，学生可在PC机上通过斯沃数控仿真软件进行仿真，模拟数控车床实际操作训练，减少大量数控设备的投入，在短时间内学生可以掌握各种数控系统，练习手动编写程序和数控程序的导入。此外，该软件可以仿真走刀路线，模拟程序的正确性，避免错误程序在实际加工过程导致的安全事故。

在操作数控车床设备实践环节，学生按照分组情况开展实际操作，每组学生需掌握机床的开关机、将数控程序录入数控系统，完成刀具的对刀等实践操作环节，加工材料为？准30铝棒（YL12），易加工、成本低、外观漂亮满足学生实际制作、创意设计的要求。此外，学生设计的作品加工时间基本在20分钟以内，可以保证每组都能完成加工任务，从而提高学生的工程实践能力，在加工之前和加工期间教师需引导学生该如何准确、及时处理紧急情况，以确保学生安全和设备安全，防止事故发生。

2.5 教学任务评价

考核评价体系是工程实践教学必不可少的环节，也是教学内容的延续，缺少严格、有效的考核评价体系，很难实现预期的学习成果。“以成果为导向”是OBE工程教育模式的核心目标，因此针对预期产出评价体系进行构造是贯彻教学改革的重要环节，在评价体系中除了针对零件造型、零件编程及数控设备操作情况进行考核外，还应该对学生加工的零件進行测量检测，对不合格产品进行质量分析，找到问题提出修改方案。此外，应针对学生以团队方式完成学习过程中所生成的阶段性成果，如方案设计、项目实施计划、技术难点提出及其问题解决过程资料、团队合作情况、小组自评、教师评价等多方面的能力进行考核评价[9]。

3  数控加工实训成果

通过国际象棋数控车削加工实训，每个班级可以完成一副国际象棋作品，如图2所示为我校学生数控加工完成的“国际象棋”作品，图3为学生自主设计数控加工工艺作品。

4  结论

在工程认证的大背景下，基于成果导向的数控车削加工教学设计，以学生为中心，成果为导向，通过具体的项目展开数控教学，让学生发挥主动性和积极性，由学生自主完成零件的设计、加工任务，培养学生的数控编程能力和数控加工能力。教师引导每组学生达到预期的实践成果，学生通过任务的完成，获得一定的成就感，在此过程中培养学生的实践能力、创新能力及团队合作能力。

参考文献：

[1]郑大锋，陈砺，王秀军.OBE工程教育理念与化工专业实践教学体系研究[J].实验技术与管理，2017，34（5）：154-157，160.

[2]陆勇.浅谈工程教育专业认证与地方本科高校工程教育改革[J].高等工程教育研究，2015（6）：157-161.

[3]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34，70.

[4]韩同样，刘志明，胡燕士，等.开放式工程训练与OBE教学模式探索[J].实验技术与管理，2016，33（5）：174-177.

[5]曾珍，易国华，吴云霞.《数控车削编程与加工》课程“贯穿+拓展项目化”教学法的探讨[J].南方农机，2017（12）：28-29.

[6]傅学强，张立昌.汉字雕刻数控加工教学的设计与实践[J].实验技术与管理，2019，36（9）：184-186.

[7]陈雪.基于OBE数控加工工艺课程单元教学设计的研究与实践[J].装备制造技术，2019（5）：177-179.

[8]杨书婕.成果导向行动学习的教学单元设计与实践[J].科技风，2017，36（9）：179-181.

[9]章静敏.成果导向（OBE）下高等学校专业课考核评价体系研究[J].考试研究，2018（05）：74-78.

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作者简介：杨根（1985-），男，硕士，工程师，主要从事CAD/CAM软件、数控工艺与编程研究。