基于项目式教学的数控技术课程改革与实践

徐伟 万轶 沙鑫美

摘要：随着我国制造产业结构的优化升级，机械工程专业应用型人才的需求量增大。本文针对目前数控技术课程实践教学环节存在的教学内容较少、教学手段陈旧等问题，提出了一种基于项目驱动的“闭环式”实践教学改革思路，该思路以项目为主线、学生为主体，锻炼了学生发现问题与解决问题的能力，并通过实时反馈来反映学生的学习效果。通过教学改革的实施，学生的综合能力得到了提升，改革取得了一定的效果。

关键词：项目式教学;数控技术;实践教学;教学改革

0  引言

自2010年起，我国就已经成為全球制造业第一大国，但其竞争优势聚集在低端领域，在高端制造业领域方面竞争力明显不足。面对世界范围内新一轮的产业革命，我国先后出台了“中国制造2025”、“互联网+”等一系列重大国家战略，并明确以开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备及集成制造系统为重要战略任务，以此来提高自身的制造实力，从而能够在全球化的竞争中拔得头筹。目前，我国绝大多数工科院校均开设了机械工程专业，数控技术作为培养机械工程技术人才的一门专业课程，可使学生获得丰富的机械、控制、检测、编程、数控加工工艺等方面的基础知识和综合技能;但不少高校的数控技术课程教学当中，实践环节相对薄弱，存在教学内容较少、学时较短、教学手段陈旧等问题，使得学生的动手实践应用能力得不到很好的锻炼。本文分析了数控技术课程实践教学环节中所存在的不足，提出了一种基于项目驱动的“闭环式”实践教学改革思路，该思路以项目为主线、教师为主导、学生为主体，使学生能够系统性的学习数控技术相关操作技能，并通过实时反馈来反映学生的学习效果，达到提升学生动手实践等综合能力的目的。

1  数控技术实践教学中存在的问题

数控技术实践教学的目的是通过该实践环节的学习，使学生掌握编制数控加工程序的方法，具备根据加工图纸要求编制数控加工程序并进行数控机床实操加工的能力，但实践教学的情况却不尽如人意。首先，实践教学环节多为验证性实验，往往是为了让学生能够更加直观的去感受和了解课堂当中的知识点，并不能很好的起到锻炼学生综合应用能力的作用。其次，验证性的实验缺乏一个统一的主线将其穿起来，学生学完以后不知道如何学以致用。最后，数控技术实践教学环节的实验设备主要为数控机床，因其购置费以及使用维护费较高，民办高校难以拿出大量资金来购置实验设备，若按照传统的现场实践教学方法，则会因设备台套数的不够导致无法满足每一个同学实践操作的需求，从而影响实践教学的效果。

2  数控技术实践教学改革思路

针对数控技术实践教学中出现的问题，本文拟从以下角度来进行实践教学改革，以期提升实践教学效果。

2.1 引入计算机仿真软件

目前数控加工编程软件很多，主要包括Unigraphics UX、MasterCAM、Powermill、Cimatron等。为了满足制造人才从设计到制造的培养连贯性的要求，我们需要引入一种集三维造型与自动编程于一体的软件。Unigraphics UX是目前使用度最广泛的编程软件之一，交互式CAD/CAM系统可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，广泛应用于加工中心编程操作中，可以实现学生从三维设计造型到数控自动编程最后至模拟加工仿真的全过程培训。针对现场实操时设备台套数不够的问题，可以通过采用虚拟现实的数控加工仿真系统来解决。宇龙数控加工仿真系统利用虚拟现实技术，将实际的机床搬到了电脑中，学生通过仿真系统在电脑界面上完成原本需要在实际机床上才能进行的操作，降低了教学成本，并提高学生的学习效果。

2.2 引入项目式教学方法

数控技术实践教学是一个连续性的系统工程，包括了从零件图纸分析→确定加工方案→工艺处理→编制程序清单→程序校验→数控机床加工整个生产流程的教学。项目式教学突出的是以项目为主线、教师为主导、学生为主体，强调的是让学生从系统性的角度来自主地分析问题、解决问题。教学步骤一般分为以下几步：

①项目内容的确定和分配：遵循“实用性、可行性和综合性”的原则。实用性原则指的是项目的选择必须贴近实际生产实践，让学生切实体会到所学的知识确实能够学以致用;可行性原则指的是项目难度适中，能够让学生在经过一定努力的情况下完成;综合性原则指的是项目应包含与数控技术有关的所有知识点，通过一个项目能使得学生对所有的知识点进行一次梳理实践。

②项目计划的制定和实施：学生接到任务后，首先自由分组，然后按照教师的要求指定工作计划，将任务分解成图纸设计、数控程序编制、软件仿真加工、数控机床实操加工等阶段，规定各阶段的时间安排，具体任务分工等，形成详细的项目实施计划，并上交教师。在上交项目计划并得到教师认可后，学生即可根据计划安排开展项目。教师要注意自身的引导作用，比如在项目初期，利用案例教学法，对学生UG软件或宇龙数控仿真软件者进行必要知识和技能的培训，或者向学生推荐相关的参考资料等。

③项目结果的考核和评价：项目结果的考核和评价分为过程考核和总结考核两个部分。过程考核指的是学生在图纸设计阶段需要讲解零件的设计思路以及图纸的表达方案;数控程序编制阶段需要对零件的数控加工工艺进行阐述;软件仿真加工阶段需要进行程序的输入和现场演示等。教师在每次过程考核结束，需对学生小组的成果进行总结考核并打分。在项目结束后，学生还必须以小组为单位，上交项目完成总结报告，指导教师根据总结报告打总结分，最后将过程考核分和总结考核分综合，得到学生的综合分数。

2.3 引入闭环思想构建实践教学体系

在项目式教学实施过程中，为确保学生的学习效果，引入了闭环思想，构建了全新的实践教学体系如图1所示。从项目下达开始，经过了工艺分析、数控编程、模拟加工、实际加工等一系列的环节，下一个环节能否继续进行完全取决与上一环节结果的正确与否，比如没有合理的工艺分析就不能进行合理的编程，继而不能实现合理的模拟加工，最终会影响最终零件的实际加工，这样就形成了项目流程的闭环。

3  结论

为满足制造业的发展所带来的对应用型人才需求的改变，现有的数控技术实践教学模式已经不能适应。本文在研究了目前数控技术实践教学不足的基础上，提出了一种基于项目教学的闭环式实践教学改革思路（如图1），通过引入项目教学法这一主线，将数控技术实践教学的各个环节串联起来，并通过闭环的形式实时反馈学生的学习效果。经过实践，学生的实践能力得到了很大的提升，表明改革效果良好。

参考文献：

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基金项目：三江学院教学建设与改革项目（J18069），江苏高校哲学社会科学研究基金项目（2018SJA0502）。

作者简介：徐伟（1982-），男，江苏盐城人，高级实验师，主要从事机械专业应用型本科教育研究。