工程认证背景下数控技术课程教学改革与实践

张锁荣，刘凯磊，康绍鹏，陈国炎

（江苏理工学院 机械工程学院，江苏 常州 213001）

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。目前，针对工程教育专业认证的国际协议中，权威度最高、体系最完整、参加国家最多的是《华盛顿协议》，《华盛顿协议》于1989 年由来自美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚和新西兰6 个国家的民间工程专业团体发起和签署[2]。2016 年，中国正式成为《华盛顿协议》的成员，标志着我国高等教育对外开放向前迈出了一大步，我国工程教育质量标准实现了国际实质等效，同时，对我国的工程教育工作也提出了更好的要求[3]。

工程教育专业认证的核心理念是以学生为中心（Student Centering）、成果导向（Outcome-based Education）、持续改进（Continuous Quality Improvement），简称为“OBE 理念”。OBE 理念强调在人才培养过程中学生作为主体，成果作为导向，最终对所有的培养环节进行持续改进[4]。近年来，通过工程教育专业认证的实施，我国许多高校在人才培养、师资队伍建设、课程建设、教学质量评价等多个方面进行了教学改革，取得了丰硕的成果[5-8]。

近年来，江苏理工学院机械设计制造及其自动化专业根据工程教育专业认证理念，积极进行了课程改革与探索，以专业核心课数控技术为例，从课程目标、教学内容、教学方法和课程达成情况评价等方面进行教学改革与实践，培养学生利用数控技术相关知识进行机械装备设计的能力，从而为后续专业课程的学习和今后从事本专业工作打下一定的基础。

一、课程简介

数控技术是机械设计制造及其自动化专业理论性和实践性都很强的核心课程之一，在机械工程领域中广泛应用。本课程的任务是使学生了解数控机床结构、操作和故障诊断过程的基本方法，熟悉数控加工的工艺特点，掌握数控编程、数控系统的组成和数控工作原理等基础理论知识，从而培养学生利用数控技术相关知识进行机械装备设计的能力，从而为后续专业课程和今后从事本专业工作打下基础。作为机械设计制造及其自动化专业的核心课程，支撑12 条毕业要求中的3 个指标点，分别为毕业要求1（工程知识）的指标点1-4、毕业要求2（问题分析）的指标点2-4 和毕业要求4（研究）中的指标点4-3。

二、课程目标

根据数控技术所支撑的毕业要求3 个指标点，采用“一一对应”原则，确定了3 个课程目标，课程目标与毕业要求指标点的对应关系，见表1。

表1 课程目标与毕业要求指标点的对应关系

课程目标1：熟悉数控加工的工艺特点，掌握数控编程、数控系统的组成、数控工作原理等基础理论知识，能结合机床、工艺等专业知识构建典型伺服系统等，用于装备的设计与改进。

课程目标2：掌握数控单元的基本组成，了解数控机床结构、常用数控系统的特点和选用要求，能认识到数控机床的伺服系统组成存在多种方案可供选择，并能通过查找文献得到解决问题的有效结论。

课程目标3：掌握交流电机变频调速控制和交流伺服电机进给控制的原理和方法，了解数控系统故障诊断过程的基本过程，对典型伺服系统搭建实验，并对运行结果进行分析和解释，综合得到合理有效的结论。

三、教学内容

基于工程教育专业认证理念，围绕着本课程的3 个课程目标，设计了9 部分理论教学内容和2 部分实验教学内容，教学内容与课程目标的对应关系，见表2。

表2 教学内容与课程目标的对应关系

课程目标1 主要是培养学生掌握工程知识能力，因此，有内容1、2、3 和4；课程目标2 是培养学生问题分析的能力，内容4、5、6、7 和9 可以实现问题分析能力的培养；课程目标3 是培养学生研究能力，通过内容6、内容8，以及实验1、实验2 可以实现。

四、教学方法

根据课程目标和教学内容，采用课堂讲授、小组讨论、翻转课堂、项目教学和现场答辩等多种教学方式相结合的方法进行教学，从而提高教学效果。课堂讲授：针对课堂讲授的知识内容将理论知识与工程实践进行有机结合，突出工程应用的重要性；小组讨论：在课堂讲授、翻转课堂和项目教学等过程中，均可穿插小组讨论，以2～3 人为一组进行讨论，通过小组讨论激发学生学习热情；翻转课堂：针对具体章节内容，要求学生在课后时间通过网络讲座、慕课视频、电子课件和教材等自主学习，在课堂上通过学生讲解、课上交流和实践活动等完成相关章节的学习；项目教学：针对具体的工程项目，把学生分为3～5 人一组，每组负责完成一个机械装备设计类题目，设置组长1 名，组员若干名，组长负责分配任务、协调组织、总体设计和实验等工作，组员负责完成具体工作；现场答辩：采用PPT 汇报的方式对项目教学的成果进行验收，每组选派1 名同学进行项目汇报，包括项目背景、技术要求、总体设计和实验等，2～3 名讲课教师组成答辩小组进行现场答辩，并给出现场答辩成绩。

课程目标1 所对应的内容1、2、3 和4 是数控技术的基础知识，所以采用课堂教授为主、小组讨论为辅的教学方式进行教学；课程目标2 所对应的内容4、5、6、7和9 涉及到了数控装置、控制原理、伺服系统和加工自动化等复杂的数控原理，具有一定的深度和难度，因此，采用课堂讲授为主，在课堂中穿插小组讨论，内容5 和7 采用翻转课堂的方式进行教学；课程目标3 所对应的内容6、内容8、实验1 和实验2，属于课程内容的系统性的知识，涉及到了伺服系统、故障诊断和数控编程等，通过项目教学、现场答辩的方式让学生完成一个具体的工程实践项目和实验，从而培养学生的动手实践能力和团队合作意识。

五、课程目标达成情况评价

（一）定量评价

本课程共有3 个课程目标，根据课程目标、教学内容、教学方法等，设计了课程考核环节，课程目标与课程考核环节的对应关系，见表3。

表3 课程目标与课程考核环节关系 （%）

本课程分别采用过程考核、项目考核、实验考核和期末考试进行考核，成绩占比分别为15%、30%、15%和40%。其中，过程考核分为平时作业和随堂练习，比例分别为10%和5%；项目考核分为报告图纸和现场答辩，比例分别为15%和15%。

课程目标达成情况评价主要是指课程目标1、2 和3 的达成度计算，具体计算方法如下

根据数控技术最近一次考核成绩（2019 级），将课程目标达成情况信息进行汇总后计算。

课程目标1 的考核环节由平时作业和期末考试两部分组成，平时作业（作业1、2）平均得分为3.25，期末考试的平均得分为16.31，根据上述计算方法，经过计算可得

根据同样的计算方法可得，课程目标2 的考核环节由平时作业、随堂联系、报告图纸和期末考试组成，经计算后达成度为0.733；课程目标3 的考核环节由报告图纸、现场考核和实验组成，经计算后达成度为0.822。

为了与上一轮课程目标达成情况进行对比，提取2018 级课程目标1、2 和3 的达成度，绘制柱状图，如图1 所示。

图1 本课程2019 级与2018 级课程目标达成度对比

（二）定性评价

为了更好地了解学生对课程知识学习的自我评价情况，设计了“课程目标达成情况调查问卷”，通过网络进行“无记名”问卷调查，然后，围绕3 个课程目标进行统计分析。

具体计算方法

发出“调查问卷”84 份，收回82 份，具体的统计结果见表4。

根据表4 所述数据，通过上述计算方法，可得

表4 课程目标达成情况问卷调查统计结果

课程目标2、3 的达成度分别为0.817、0.890。

（三）达成情况分析与持续改进

分别采用了“定量评价”和“定性评价”两种方法，计算了课程目标1、2 和3 的达成度，分析如下。

课程目标1 的定量分析结果为0.782，说明学生对数控编程、数控系统的组成、数控工作原理等基础理论知识的掌握情况较好，但是，达成度仍然低于0.8，主要原因是考试成绩较低，有一部分同学未能更好地掌握基础知识；定性分析结果为0.854，高于定量分析结果，表明学生的自我评价高于定量分析结果，与定量分析结果有差距的主要原因是学生自我认知有所不足；从图1 中可以看出，上一轮课程目标达成度为0.743，本轮课程目标达成度有所提高，说明本轮的持续改进有一定效果。

同理，可知课程目标2 和3 的定量分析结果为分别为0.733 和0.822，说明学生对数控机床伺服系统的分析能力较弱，实验能力较强；定性分析结果分别为0.817和0.890，同样可以看出学生的自我评价高于定量分析结果，学生自我认为这两方面的能力有所增强，高于定量分析结果；从图1 中可以看出，上一轮课程目标达成度分别为0.738 和0.809，课程目标2 基本持平，课程目标3 有所提高，说明针对课程目标2 所做出的持续改进未能起到效果，而针对课程目标3 所做出的持续改进具有一定效果。

因此，以“定量评价”为主，“定性评价”为辅，在下一轮教学改革中进行持续改进，对于课程目标1 知识掌握程度不足、课程目标2 分析能力较弱等问题，针对这两方面学习能力较弱的同学，应当开展针对性的指导，从而提高教学效果。

六、结束语

数控技术是机械设计制造及其自动化专业理论性和实践性都很强的核心课程之一，根据该课程所支撑的12 条毕业要求中的3 个指标点，采用“一一对应”原则，确定了3 个课程目标，基于工程教育专业认证理念，围绕着本课程的3 个课程目标，设计了9 部分理论教学内容和2 部分实验教学内容，据课程目标和教学内容，采用课堂讲授、小组讨论、翻转课堂、项目教学和现场答辩等多种教学方式相结合的方法进行教学，最后，采用过程考核、项目考核、实验考核和期末考试进行了定量评价，并采用“问卷调查”的形式进行了定性评价，两种评价结果表明学生知识掌握程度有所不足，且分析能力较弱，因此，课程目标达成情况较好地反映了实际教学效果，可以在下一轮教学中有针对性地进行持续改进。