新工科建設(shè)引領(lǐng)下數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)探索

王海雄 代宣軍 秦建華

[摘要]新工科建設(shè)發(fā)展的宏偉目標(biāo)是培養(yǎng)一大批適合我國發(fā)展的各類工程技術(shù)人才，我國的制造業(yè)急需培養(yǎng)數(shù)控技術(shù)人才。該文首先分析我國數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)現(xiàn)狀，然后從三個方面加強對數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)：將新技術(shù)納入數(shù)控技術(shù)課程，促進數(shù)控技術(shù)課程和其他課程的融合，探索數(shù)控課程新的教學(xué)模式和評價體系，進而形成學(xué)生發(fā)展需要的、符合地方高校辦學(xué)實際的數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)體系，提高高級應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)水平，以更好地服務(wù)于地方和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]新工科建設(shè);數(shù)控技術(shù);人才培養(yǎng)

[中圖分類號]C961

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]2095-3437（2020）04-0151-03

新工科建設(shè)是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向。新工科建設(shè)的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新型、系統(tǒng)化、開放式的特征。面對我國經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與全面提升國際競爭力的緊迫要求，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)我國經(jīng)濟社會發(fā)展需要的各類工程技術(shù)人才，是增強我國核心競爭力、建設(shè)創(chuàng)新型國家、走新型工業(yè)化道路的必然選擇。這些正是我國新工科建設(shè)教育發(fā)展的宏偉目標(biāo)。

本文根據(jù)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的特點和本校的數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)特色，通過“精簡、融合、重組、增設(shè)”等途徑，面向新工科建設(shè)的目標(biāo)，對本校機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的模式進行改革與探索，對與數(shù)控相關(guān)課程的教學(xué)方法、教學(xué)模式、評價考核方式等方面進行研究，以提高學(xué)生數(shù)控技術(shù)應(yīng)用能力。并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，對機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)大綱和進程進行優(yōu)化，進而形成學(xué)生發(fā)展需要的、符合地方高校辦學(xué)實際的數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)體系，提高高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)水平，以更好地服務(wù)于地方和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

一、數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的需求與目標(biāo)

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。隨著工業(yè)化進程的加快，中國已經(jīng)超過美國成為全球第一制造大國，但是我國的制造業(yè)總體水平還不高，許多領(lǐng)域仍處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端，創(chuàng)新能力較弱，因此提出了“中國制造2025”，以實現(xiàn)我國由制造大國向制造強國的跨越。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用引起了制造業(yè)領(lǐng)域的重大變革。現(xiàn)代制造業(yè)的競爭，在很大程度上已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控技術(shù)的競爭。數(shù)控技術(shù)的水準(zhǔn)和普及程度，已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。很多發(fā)達國家從20世紀(jì)60年代就開始重視數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，而我國則是從2000年左右才將數(shù)控技術(shù)納入重要的發(fā)展方向之一。我國要實現(xiàn)向制造業(yè)強國的跨越，就必須要重視數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。隨著數(shù)控技術(shù)在我國的發(fā)展，數(shù)控機床的普及率將會逐步提高，同時也會拉動對數(shù)控技術(shù)人才的需求。

作為以培養(yǎng)高層次、高素質(zhì)人才為宗旨的數(shù)控技術(shù)課程本科教學(xué)，為社會培養(yǎng)所急需的數(shù)控技術(shù)人才義不容辭。隨著社會科技、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，制造類企業(yè)對數(shù)控技術(shù)人才的要求日益提高，不僅要求掌握嫻熟的數(shù)控編程和操作技能，而且要求能應(yīng)用數(shù)控基礎(chǔ)理論解決數(shù)控系統(tǒng)中的問題。對于復(fù)雜的精密零件加工，數(shù)控技術(shù)人才能夠準(zhǔn)確識別圖紙的要求，并能準(zhǔn)確制定出數(shù)控加工工藝設(shè)計，保證加工的精度和效率，從而滿足企業(yè)更深層次的需求，這就是基于新工科建設(shè)本科院校數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、我國目前數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

自2000年以來，我國開始重視數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)，很多學(xué)校相繼開設(shè)了與數(shù)控技術(shù)相關(guān)的課程，至今有將近20年的發(fā)展歷程。國內(nèi)不少高校在該門課程教學(xué)改革中做了很多工作，各有特色，主要體現(xiàn)在計算機技術(shù)的引入和建模仿真技術(shù)的引入。比如有些本科院校采用啟發(fā)式教學(xué)模式將數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程貫穿于數(shù)控教學(xué)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等各個階段，將課程分為多個環(huán)節(jié)以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。還有一些本科院校的數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程在教改實踐的基礎(chǔ)上，突破了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系和教學(xué)方法的限制，將計算機三維建模和編程相結(jié)合，突出數(shù)控工藝的重要性，在教學(xué)手段和方法上總結(jié)探索出一整套適用實踐的教學(xué)方法，起到了培養(yǎng)能力、增加課堂知識含量、提高教學(xué)效率和教學(xué)效果的作用。很多高校的機械專業(yè)對與實習(xí)相關(guān)的系列實踐課程進行了大幅度的改革，打破了以課程為中心的自成體系，將機械制造基礎(chǔ)、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床、機械工程材料等課程的教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系在一起，從材料到工藝再到加工，建立了以數(shù)控工藝為主線，以培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的課程教學(xué)體系。經(jīng)過實踐，在教學(xué)計劃的可操作性、培養(yǎng)目標(biāo)的具體化及教學(xué)效果等方面均得到明顯的改善，值得相關(guān)專業(yè)借鑒。

然而，雖然當(dāng)前各高校已重視并加強數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)，但對地方高校來說，由于資源相對短缺，培養(yǎng)過程中企業(yè)參與度不夠等原因，數(shù)控技術(shù)教育尚存在諸多問題和困難，主要體現(xiàn)在實踐教學(xué)薄弱、工程訓(xùn)練軟化、學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)需要進一步加強、數(shù)控技術(shù)的教育與工業(yè)界合作不足等。這些問題在數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)的具體體現(xiàn)是：實踐環(huán)節(jié)所占比例較小，理論教學(xué)與實踐教學(xué)相脫節(jié);基礎(chǔ)理論課程相對薄弱，不利于學(xué)生創(chuàng)造力培養(yǎng)。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)與企業(yè)應(yīng)用脫軌，使得學(xué)生不了解數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，不適應(yīng)最新的數(shù)控技術(shù)要求，這與新工科建設(shè)的目標(biāo)相違背。因此要順應(yīng)新工科建設(shè)這個代表了當(dāng)今工程教育的發(fā)展趨勢，結(jié)合我校數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，對課程教學(xué)進行改革。

雖然這幾年我國數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)取得了一定的成就，但由于起步較晚，還存在一些問題。高職高專院校和本科院校的機械制造及自動化專業(yè)都在從事數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)，由于這兩類院校沒有明確數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的定位，因有些本科院校過分重視數(shù)控技能的培養(yǎng)，而忽略了數(shù)控原理的傳授與數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)能力的培養(yǎng)，使得其數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)走的是高職高專院校人才培養(yǎng)的路線。本科院校應(yīng)該面向新工科建設(shè)的具體要求，培養(yǎng)目前國內(nèi)缺乏的高級創(chuàng)新型數(shù)控技術(shù)人才。

三、面向新工科建設(shè)的數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)

（一）將數(shù)控新技術(shù)新工藝和最新的數(shù)控科研成果納入數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)大綱

根據(jù)新工科建設(shè)的基本目標(biāo)之一，即將新的技術(shù)和新的發(fā)展方向納入工程教育的內(nèi)容，建設(shè)一批體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展方向的新課程。目前，數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分，每年都有創(chuàng)新的技術(shù)和創(chuàng)新的工藝出現(xiàn)，所以課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)與時俱進，將新技術(shù)新工藝作為教學(xué)內(nèi)容必不可少的部分。不僅要實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)的一體化，技術(shù)要素和非技術(shù)要素培養(yǎng)的一體化，而且要實現(xiàn)理論和知識之間的相互支持。采用基于案例的教學(xué)方法，通過對國內(nèi)外數(shù)控新技術(shù)新工藝的收集，與該課程的教學(xué)現(xiàn)狀進行分析、對比，明確差距，為數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)大綱的制訂提供必要的支持和方向。

數(shù)控技術(shù)主要從“大”和“小”兩個方向發(fā)展。“大”指的是大型的機械及模具零件的加工，“小”指的是應(yīng)用于微光機電系統(tǒng)的微小零件的加工成形技術(shù)。目前，應(yīng)用于飛機、汽車、輪船等大型運輸工具的零件加工的數(shù)控沖床的噸位已經(jīng)達到了10萬噸以上，故相關(guān)模具成形部分的加工工藝復(fù)雜程度相應(yīng)增加，而這也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)當(dāng)解決的難題之一。另外，應(yīng)用于微光機電系統(tǒng)的微小零件所需求的數(shù)量越來越多，而其尺寸和精度的要求也越來越嚴(yán)格，所以相應(yīng)的數(shù)控加工技術(shù)難度進一步加大。我國雖然從發(fā)達國家引進了很多高精度的和大型的數(shù)控機床，但是我國目前這方面的高級技術(shù)人才仍極度缺乏，因此培養(yǎng)合格的相關(guān)人才是我們今后需要重視做好的重要問題。堅持?jǐn)?shù)控技術(shù)發(fā)展的這兩個重要的方向，需要貫穿于數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)過程中，數(shù)控理論和相關(guān)的實踐知識應(yīng)當(dāng)被納入數(shù)控技術(shù)的教材，并增加相應(yīng)的實踐課程。

（二）促進數(shù)控技術(shù)課程與相關(guān)課程的融合，適應(yīng)交叉學(xué)科發(fā)展的需求

根據(jù)新工科建設(shè)的基本目標(biāo)之一，即促進現(xiàn)有工科的交叉復(fù)合、工科與其他學(xué)科的交叉融合，積極發(fā)展新興工科。數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程涉及精密機械、材料、電子等多個學(xué)科領(lǐng)域，只有掌握了這些學(xué)科的相關(guān)知識，才能真正領(lǐng)會數(shù)控技術(shù)的內(nèi)涵和實踐目標(biāo)。所以，其他課程也可以合理引入數(shù)控技術(shù)的內(nèi)容，這樣不僅有利于本學(xué)科的發(fā)展，而且對數(shù)控技術(shù)發(fā)展也能起到促進作用。在課堂上這樣做，不僅可以強化學(xué)生對課程理論知識的理解，提高學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實踐的能力，而且可以發(fā)展學(xué)生的思維，增強學(xué)生在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。同時，按照主題內(nèi)容對課程教學(xué)進行組織，有利于實現(xiàn)理論知識之間的有機聯(lián)系，避免出現(xiàn)相互割裂的學(xué)科不利于學(xué)生形成對工程問題的整體認(rèn)知的問題。

目前國家正鼓勵交叉學(xué)科的發(fā)展，這也是目前新工科建設(shè)的重要方向。首先，數(shù)控技術(shù)面向的對象為材料的成型與加工，故應(yīng)當(dāng)促進與材料學(xué)科的融合。材料的性能對數(shù)控加工影響很大，不同材料的加工技術(shù)也有所差異，數(shù)控加工需要從材料的角度去摸索和尋找新的加工工藝和方法。另外，數(shù)控加工的設(shè)備是一個復(fù)雜的機電系統(tǒng)，怎樣利用機電控制系統(tǒng)對數(shù)控加工進行有效控制，實現(xiàn)多維的無間隙的加工，這不僅可以促進數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，而且可以開拓機電系統(tǒng)應(yīng)用的新的技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)控的插補原理和計算機的算法息息相關(guān)，好的插補算法可以為數(shù)控技術(shù)提供便利，減少數(shù)控加工的成本，而新的數(shù)控插補算法的開發(fā)可以為計算機技術(shù)的應(yīng)用增加新的亮點。所以，促進數(shù)控技術(shù)與其他學(xué)科的融合發(fā)展，可以拓寬數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的視野，提高數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

智能化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的基本趨勢，也是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的另一趨勢。人工智能已在計算機領(lǐng)域得到不斷發(fā)展，為適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)自動化、柔性化發(fā)展的需求，數(shù)控裝備的智能化程度在不斷地提高。另外，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟時代，使得Internet/lntranet在制造業(yè)中的地位日益重要，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為新一代數(shù)控技術(shù)的重要特征。數(shù)控技術(shù)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化，促進了數(shù)控技術(shù)與智能機器人學(xué)科和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，因此，為了適應(yīng)新工科建設(shè)的需求，應(yīng)提升數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的層次。

（三）探索數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程新型的教學(xué)模式與學(xué)習(xí)評價體系

數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程的教學(xué)可以包括三大組成部分，即數(shù)控原理部分、數(shù)控機床部分和數(shù)控編程與操作部分。這三部分相互聯(lián)系并且相互影響。數(shù)控機床是按照數(shù)控原理開發(fā)出來的，只有懂得了數(shù)控原理，才能對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵零部件的開發(fā)有更深的認(rèn)識。另外，數(shù)控加工和編程是基于數(shù)控機床的，不同數(shù)控機床的加工工藝和方法有所差異，而數(shù)控加工工藝是建立在數(shù)控原理的基礎(chǔ)上的。所以上述數(shù)控技術(shù)課程的三大組成部分，可以采用模塊化的教學(xué)方法，并且需要將各個模塊聯(lián)系起來，以更加有利于數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)。數(shù)控原理課程模塊應(yīng)以突出數(shù)控技術(shù)開發(fā)為主要任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)創(chuàng)新能力;數(shù)控機床課程模塊以數(shù)控機床的設(shè)計和保養(yǎng)維護為主線，體現(xiàn)機械制造技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)的融合，培養(yǎng)學(xué)生交叉學(xué)科知識應(yīng)用的能力;數(shù)控技術(shù)模塊以數(shù)控編程和操作為主要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力。另外，數(shù)控技術(shù)課程模塊的構(gòu)建以工作任務(wù)為主線，將課程的重點知識設(shè)置成若干工作任務(wù)，在教師的主導(dǎo)下，學(xué)生以完成工作任務(wù)為目標(biāo)去學(xué)習(xí)，這樣可以更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

由于數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程的理論與實踐結(jié)合較緊密，所以需要建立新的課堂教學(xué)模式及學(xué)習(xí)評價體系。恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法能夠?qū)虒W(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)發(fā)揮至關(guān)重要的作用，課堂教學(xué)模式以一體化教學(xué)模式為原則，堅持以學(xué)生為中心，把數(shù)控理論課程或課堂的部分章節(jié)融入數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)過程中。根據(jù)課程內(nèi)容靈活選擇教學(xué)方式，比如將數(shù)控原理與工藝實踐有機結(jié)合，一方面由實訓(xùn)指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生完成實訓(xùn);另一方面由專業(yè)指導(dǎo)教師結(jié)合相關(guān)項目研究需要，指導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)項目研究，使講授、示范、指導(dǎo)、集中訓(xùn)練和產(chǎn)訓(xùn)環(huán)節(jié)有機融合，學(xué)生在掌握基本知識的同時提高自身的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。教師在教學(xué)過程中還可采用小組討論、自選講題等主動學(xué)習(xí)方法，以及基于項目的學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)、案例學(xué)習(xí)、基于仿真的學(xué)習(xí)，強化學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。學(xué)習(xí)評價體系不能只有理論考試的評價方式，需要將具體的實踐操作納入評價體系，并且比重要大于理論教學(xué)。教師在教學(xué)過程中，可以選擇筆試、口頭演講、團隊合作、產(chǎn)品展示、學(xué)習(xí)日記等多種評估方式以監(jiān)控教學(xué)進度，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，這種平時考評應(yīng)當(dāng)在總的考評中占有一定的比例。

四、結(jié)語

新工科建設(shè)對數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，為培養(yǎng)社會迫切需要的數(shù)控技術(shù)人才，結(jié)合數(shù)控技術(shù)的發(fā)展需求和學(xué)校數(shù)控人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有的教學(xué)方法進行改革，將理論課穿插于實踐課的教學(xué)內(nèi)容中，更加重視實踐教學(xué)對數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)。建立完善的人才培養(yǎng)評價體系，以學(xué)生為主體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為新工科建設(shè)人才的培養(yǎng)指明方向。強化內(nèi)涵，以全面提高學(xué)生的數(shù)控實踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以數(shù)控知識應(yīng)用為主線，以創(chuàng)新能力為核心，對專業(yè)課程體系和教學(xué)考核模式進行改革研究，進而形成學(xué)生發(fā)展需要的、具有普適性的地方高校課程體系，以促進數(shù)控技術(shù)工程應(yīng)用型專業(yè)人才的有效培養(yǎng)。

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