新工科背景下計算機輔助制造技術教學改革與實踐

王元剛 呂鵬翔 李曉鵬 吳蒙華 賈衛平

摘要：在調整教學內容、引入先進教學理念基礎上，初步建立與工程應用相適應、以基于項目和問題的分組教學與翻轉課堂相結合的復合教學模式，討論復合教學模式對學生創新能力和解決問題能力的影響規律，對同類型課程的教學改革具有啟發和借鑒意義。

關鍵詞：分組教學；基于問題和項目學習方法；翻轉課堂；計算機輔助制造技術；復合教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0260-02

一、引言

我國于2016年成為《華盛頓協議》第18個正式成員并啟動新工科建設。其核心理念是以學生為中心，能給學生以有力的引導，這就需要將學生的要求及其培養目標放在重要的位置。實踐表明PPBL[1]和翻轉課堂[2]教學改革對學生綜合知識應用能力、就業適應能力的培養和提升具有重要作用。經過8年的建設，大連大學機械工程專業計算機輔助制造技術課程實現了由基于概念和理論知識的教學模式到以解決實際問題能力培養模式的轉化。該課程是為適應工程教育、卓越工程師培養等社會需求，利用數控加工技術和數控加工編程軟件解決各類零件尤其是復雜模具零件加工問題的綜合應用類課程[3]，通過課程學習，讓學生掌握復雜零件數控加工工藝設計、自動化編程和基本機床操作能力。本課程在教學模式與教材內容的組織上，以項目驅動和成果考核為導向，以能力培養為主線，以解決復雜工程問題為目標，研究該課程的培養內涵和教學實踐，以滿足該課程的教學需要，適應工程技術發展和進步的要求。

二、課程教學設計

本課程以工程實際為基礎，經過提煉和加工，通過從簡單到復雜、由單一到綜合的方式，設計出與加工過程相對應的項目載體。每個項目在從三維模型到最后成品的整個過程中，分解成零件分析與模型簡化、加工工藝方案與夾具、加工模式與切削參數、加工優化與刀軌確認、后置處理與加工文件生成等5個核心問題，部分項目還涉及采用特種加工需要的電極設計與編程環節。課程采用基于多媒體機房的分組教學模式授課。每組六人，其中一組員承擔組長職責，負責整體協調、匯報工作，其余組員完成項目問題。教學流程由布置本次課主要任務，完成對應工作任務，每組整體賦分，匯報和互評，教師講解等環節組成。課程采用限時完成模式，每個組限時在30分鐘內由本組各個成員按照先后次序依次完成所承擔工作內容。

三、課程改革效果與分析

考試方法采用實戰模式，在規定時限內根據指定模型完成卷面和上機操作。通過選取2013、2015和2017年考試成績數據做分析，與之對應的是句號課堂、問號課堂、問號+翻轉課堂模式。結果表明復合課堂模式的學生平均成績最好（圖1），所考察的知識點中在模型分析與完善和加工工藝環節上得分率較低（圖2），體現了學生三維建模功底和根據模型分析結果選擇合適的加工模式實現加工意圖能力。上述結果表明了學生對知識掌握能力和熟練程度得到加強，這正是本課程教學改革的初衷之一。教學模式對學生學習效果有重要影響，以教師為主的句號教學模式明顯制約學生的學習主動性和積極性[4]；PPBL模式一方面可以激發學生學習興趣，另一方面增加了同學之間、師生之間的良性互動；與社會需求同步的項目教學則強化了學生解決問題的能力；嚴謹的平時成績評定方法使得小組內部必須團結協作、取長補短，有助于形成良好的學習風氣和團隊協作氛圍；翻轉課堂則為學生課余時間學習提供了幫手，既能做到課前的有的放矢，又能通過課后的不斷學習提高知識技能的掌握程度。

此外，工藝問題反映出機械制造技術基礎課程所強調的“嚴謹規范”和數控加工所體現的“相對松散”之間顯著沖突，這體現出包括數控加工在內的智能制造技術在高精度、高速度、高柔性化、高自動化等方面的優越性[5]。與國外高等教育相比[6]，國內學生學習知識習慣于采用“先入為主”、跟老師走的方式，因此任課教師的教學理念、教學思路、先修課程對學生后續學習影響很大。

四、結論

計算機輔助制造技術課程強調把學習置于工程項目的實際情景，由學生合作來解決真正的問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。結論總結如下。

第一，培養方案要結合社會需求并通盤考慮課程間的銜接和知識點的適用性，有助于建立“學以致用、以用促學”的良性循環，能夠激發學生的學習興趣和積極性，有助于促進工程教育的發展和應用型高技能人才的培養。

第二，基于項目和問題的分組教學培養學生工程意識、綜合運用知識的能力、團隊精神與合作能力；翻轉教學則促進學生自主學習能力、創新意識與能力的提升。

第三，優秀教學模式需要建立與之配套的技術手段和措施，才能充分發揮該教學模式的最大效能。

參考文獻：

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[2]Jeong J S，González-Gómez D.Students' Perceptions and Emotions Toward Learning in a Flipped General Science Classroom[J].Journal of Science Education and Technology，2016，25（5）：1-12.

[3]劉志祥.如何提高《數控編程與加工》課程項目化教學的質量[J].課程教育研究：學法教法研究，2016，（2）：14-15.

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