基于“荆楚卓越人才”的数控类课程教学改革研究与实践

2021-04-03包显龙夏会芳孙文文齐洪方苏秀芝

现代制造技术与装备 2021年10期

包显龙夏会芳孙文文齐洪方苏秀芝

（武汉华夏理工学院智能制造学院，武汉 430223）

实施“荆楚卓越人才”协同育人计划（以下简称“卓越计划”），是湖北省区域经济和社会发展对先进制造高层次人才的迫切需求，为加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才，要求各高校持续深化工程教育改革[1]。民办高校作为应用型人才的培养基地，担负着为社会培养高素质应用型人才的重任[2]。武汉华夏理工学院机械设计制造及其自动化专业（以下简称机自专业）是湖北省独立学院重点培育本科专业，并已获批湖北省普通高校“荆楚卓越工程师协同育人计划”。为适应卓越工程师培养的要求，学院机自专业设立了“卓越工程师班”，拟加强学生综合能力的培养，特别是数控方向的人才，其中专业综合能力和工程实践能力的培养尤为重要。但是，目前数控类课程体系中各相关课程的教学内容依然陈旧，没有缓解实验实训教学环节相对薄弱的现状，对学生工程能力和创新能力培养的支撑不够，学生的专业综合实践能力不足，不能满足“卓越工程师”所要求的“解决工程技术问题的初步技能”等人才培养要求。因此，对应用型本科高校数控类课程的改革研究具有重要的现实意义与市场价值。

1 现有数控类课程在人才培养过程中存在的主要问题

现有数控类课程主要包括专业基础课“数控技术”、专业方向课“数控加工编程与仿真”“数控机床故障诊断与维修”“CAM 应用技术”、综合应用实践“现代制造技术综合实训”。

主要存在如下问题：

（1）教育教学理念没有即时更新，影响学生知识、能力、素质三位一体目标的达成；

（2）教学内容中没有将育人因素和专业知识传授相融合，部分教学内容与“卓越计划”培养目标及行业专业标准的关联性不强，反映学科前沿和紧跟社会需求新变化不够；

（3）教学过程中部分教学环节顺序设计不合理，学时分配的主、次目标性不够；

（4）教学方法不够丰富，没有综合运用现代信息技术手段和数字资源，没有注重思政元素在教学中的渗透。

针对以上问题，本项目将对现有数控类课程“数控技术”“数控加工编程与仿真”“数控机床故障诊断与维修”“CAM 应用技术”“现代制造技术综合实训”进行教学改革研究。

2 教学理念、教学内容与过程的改革研究

2.1 教学理念的改革

改革前没有明确学生中心的教学理念，较多关注“教了多少，上得如何”；改革后明确树立了立德树人的培养理念和“学生中心、产出导向、持续改进”的教育教学理念，明确达到知识、能力、素质三位一体的目标。

2.2 教学内容与过程的改革

2.2.1 “数控技术”教学内容改革

“数控技术”教学内容改革前：教学内容存在偏重数控原理和理论而轻数控编程的情况，且很多理论与“卓越计划”培养目标及行业专业标准的关联性不强；数控编程仅为精加工编程，没有粗加工，即没有实际应用价值；没有数控加工工艺内容，直接影响所编数控编程的实际生产应用；实验内容与理论教学融合不够，例题仅为简单的轨迹验证，没有实际生产应用价值；整个教学过程中的学时分配和内容顺序不够合理。

“数控技术”教学内容改革后：对课程的教学内容进行必要的调整取舍和更新，将教学主要内容的顺序调整为“数控加工工艺（数控编程基础）→数控车床编程→数控铣床编程→计算机数控（CNC）系统→数控装置的轨迹控制原理→数控机床伺服系统和机械结构”；数控原理与系统板块的重点放在计算机数控（CNC）系统和数控装置的轨迹控制原理；在数控编程板块增加数控加工工艺的内容，重点放在数控加工工艺、加工程序编制方面，数控编程突出实际应用价值，将零件的粗、精加工在一个程序中完成，强调实际、实用，培养学生理论联系实际的素质与能力。

2.2.2 “数控加工编程与仿真”教学内容改革

改革前“数控加工编程与仿真”教学内容与“数控技术”的编程板块重复内容较多，没有结合生产实际应用从拓展深度和广度方面来设计教学内容。此外，仿真教学中没有完全按照数控机床的操作规程进行机床操作。教学过程中，理论教学和仿真操作教学分别在教室和机房进行，也影响了理论与实践的紧密融合。

改革后重新修订编写“数控加工编程与仿真”的课程教材，内容结合实际生产应用，例题取自企业的实际数控加工零件，实现了教学内容与企业生产产品的对接。在数控编程的教学内容上进一步加深与提高，继续学习一些高级编程指令及加工应用技巧，完全结合实际生产应用。同时，将全部教学过程放到机房进行，把枯燥的理论变为直观形象的展示。仿真是把数控机床搬到电脑上进行虚拟的“真实加工”，能使抽象的编程知识内容形象直观，有效提高了学生的学习兴趣，具有较好的教学效果。

2.2.3 “数控机床故障诊断与维修”教学内容改革

改革前部分教学内容陈旧，没有反映学科前沿和社会需求新变化。教学过程中牵扯的数控系统太杂，导致知识点较为零散学生不容易掌握，且理论不能有效指导实践环节。课程实验内容来自试验台，没有结合对实际机床的维修运用，很难达到对数控机床进行调试、维护、维修的目标，不能适应卓越工程师对人才培养的行业专业标准要求及企业对数控人才的要求。

改革后增加了数控机床维护与保养的内容，并融于机床安全操作、机床维护保养等技能，弘扬“劳动精神”养成良好的机械工程师素质。此外，增加了数控机数控系统参数调试内容，为数控机床的调试维修实验做好了知识储备。实验全部选用学校和企业数控机床故障维修的实际典型案例，实践教学紧扣理论知识点使理论与实践深度融合，让学生课堂上难以理解的问题在实践中融会贯通。

2.2.4 “CAM 应用技术”教学内容改革

改革前这门课程采用传统的教学模式，围绕教材偏重于理论教学，例题取自教材提供的模型，学生无法体会建模，难以体现Mastercam 的优越点，使得学生缺乏实际应用能力。教学过程中没有将自动编程与手工编程两种编程方法相融合，导致学生不会进行程序修改，影响程序的实际应用效果。

改革后，在教学过程中先让学生掌握Mastercam的绘图，然后将所建模型和自动编程联系，通过简单的线框模型生成数控加工程序，从而让学生体会Mastercam 相比其他软件的优势，通过加工零件的需要修改线框模型得到所需程序，最后应用手工编程的知识对程序进行适当的修改以获得实际需要的最优化程序。例题引用实际生产案例，工艺参数的设置必须与实际生产相一致，所编数控加工程序必须进行实际应用最优化，大大提高了学生的职业素养，满足卓越人才的培养要求。

2.2.5 “现代制造技术综合实训”教学内容改革

改革前采用数控加工的项目模式给每个小组（4～5 人）的任务是一张数控加工综合零件图，难度达到数控中级以上水平。各小组根据零件图编制数控加工工艺过程卡→编制数控加工程序→程序仿真校验→输入小型数控铣床进行程序校验→合格后进行切削加工→完成零件加工后检查是否合格（利用蜡块做毛坯）。随着时代的发展，这种“综合实训”还是显得略微单一。

改革后以综合应用为核心，给每个小组的任务再不是一张数控加工综合零件图，而是一套小型机械装置的装配图。要求完成的任务为“完成装配图上每个零件的三维建模→完成装配图的三维建模→选出几个零件或者全部零件进行3D 打印出实物→选出1～2个零件进行数控加工→按照之前的步骤完成（利用塑料块做毛坯）”。这样进一步强化培养了学生的实践动手能力、创新能力、查阅资料能力、数据处理能力及认真细致的工作作风，为今后走上工作岗位打下了坚实基础，进一步贴近卓越人才的培养要求。

3 基于“荆楚卓越人才”的数控类课程教学方法改革

3.1 采用传统课堂教学与在线学习相结合的混合式教学方法

改革前教学方法单一，主要是通过教师讲授来教学，不能适应“卓越计划”培养目标要求的。改革后对现有数控类课程采取传统课堂与在线学习方式相结合的混合式教学方法。教学实施过程中利用雨课堂、学习通等线上教学平台，将传统教育教学方法与智慧教学平台相融合，将互联网技术贯穿于传统教学全过程，利用“雨课堂”智慧教学平台将手机转变为帮助学生学习的工具，使每一位学生参与到课堂学习中。这样既发挥了教师的主导作用，又实现了以学生为中心，较好地激发了学生的学习兴趣，提高了教学效果[3]。

3.2 课堂教学与现场实操相结合提升学生应用、创新能力

改革前实验教学放在课程结束后，学生上课时学习的是抽象的理论知识，等到实验、实训环节才用来分析和解决实际问题，即理论与实践没有有效对接。改革后将实验教学分别紧扣课堂教学的核心理论知识点，实现重要知识点与实验紧密有效对接，使学生在课堂上难以理解的抽象的重要理论知识点在实验过程中融会贯通，并能运用于实际工作，有效提升了学生的应用创新能力[4]。