基于成果導向的數控車削加工教學設計與實踐

楊根　張立昌　陳博

摘要：數控車削加工實訓是工程教育的重要組成部分，其理論性、專業性、實踐性要求較高，是先進的制造技術與創新教育有機結合。以工程教育認證為契機，在數控加工實訓環節開展基于成果導向（OBE）工程教育模式，以葫蘆數控加工為教學案例，引入國際象棋數控加工項目，制定了詳細的教學目標、教學內容、教學方法及考核評價體系，以培養學生的創新能力、實踐能力為重點。實踐結果表明，基于成果導向教學方法可以讓學生了解新工藝、新技術、新設備在企業生產中的應用，在掌握知識和技能的同時，體驗創新的樂趣，提高教學質量，提高學生的綜合能力。

Abstract： Numerical control turning training is an important part of engineering education， which has higher theoretical， professional and practical requirements. It is an organic combination of advanced manufacturing technology and innovative education. In engineering education accreditation as an opportunity， the Outcome Based Education（OBE） engineering education mode is carried out in the practical training link of NC machining. Taking calabash numerical control machining as the teaching case， the training content is introduced into the numerical control machining project of international chess， and the detailed teaching objectives， teaching contents， teaching methods and assessment system are formulated to cultivate students' innovation ability and practical ability. The practical results show that the OBE teaching method can enable students to understand the application of new technology， new technology and new equipment in the production of enterprises， so that students can experience the fun of innovation， improve the quality of teaching and improve the comprehensive ability of students while mastering knowledge and skills.

關鍵詞：數控車削;工程實踐;成果導向;創新能力

Key words： NC turning;engineering practice;OBE;innovation capacity

0? 引言

自“中國制造2025”、“互聯網+”等重大國家戰略的實施，我國正從制造大國向制造強國邁進，對工程技術人員提出更高的要求，對高等工程教育提出了新要求、新思路，迫切需要加快工程教育改革創新[1-2]。工程教育專業認證是我國與國際工程師教育銜接、互認的重要舉措，以學生為中心、成果為導向、持續改進是當前工程教育的先進理念。

成果導向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）是一種以學生自主學習成果為導向的教育理念，以一個項目生命周期為載體，讓學生從零件的研發到制造，以工作過程為導向的項目驅動教學[3]。OBE教育模式改變過去陳舊、單一的工程教育人才培養觀念，樹立以項目為導向的工程價值觀，將工程師應具備的核心素質教育作為工程教育的主線。因此，將OBE工程教育模式應用在數控加工實訓在課程教學中，強調以學生為中心，教師應該善用示范、診斷、評價、反饋以及建設性介入等策略，引導、協助學生達成預期成果，提高大學生工程實踐能力，培養大學生工程意識、創新意識和團隊合作精神，提高綜合素質，促進創新型人才培養[4-5]。

1? 工程教育背景下數控加工存在的問題

1.1 數控加工教學內容過于單一、缺乏綜合性

數控加工技術是未來裝備制造行發展的必然趨勢，數控加工是高等院校工程訓練的重要組成部分，但是數控加工在教學內容過于單一，能夠體現創新創業能力的教學內容不多，缺少綜合性和個性化的內容，無法滿足工程教育培養大學生的要求，難以實現“工程認知，創新實踐”的初衷[6]。

1.2 教學方法、模式落后，缺乏主動性

在數控加工教學過程中大部分仍采用以教師為中心，老師講學生聽，學生被動接受的方式，觀念上還沒有全面從“以學生發展為本的專家導向”轉型到“以需求為導向”。教學方法單一，在實訓環節中常常是單純的“一講一做”的模式，學生重復老師的動作，例如數控設備的操作，編程代碼的輸入，造成學生不動腦思考，單一的復制，從而導致教學過程枯燥無味、內容單一、單薄，不能充分調動學生的主動性和創造性，學生的“構思”和“設計”能力得不到有效鍛煉和提升。

1.3 教學方法考核、評價方式有待進一步優化，缺少對學生創新思維能力考核

在數控加工項目實訓教學中，學生個體需完成實訓任務和實訓報告，雖然理論考試成績只占30%，平時成績（包括學生的加工質量、動手能力、安全文明、組織紀律等方面）占到70%，但缺少對高素質工程人才應具有的思考、決策、分析、團隊合作及創新等方面能力的評價。

2? 數控車削加工教學設計與實踐

2.1 設計項目教學的重要意義

針對目前的現狀，高校需加強對數控車削加工在工程訓練的教學探索，對數控加工課程進行教學改革、明確教學目標、完善教學內容，優化教學方法、制定考核體系。項目教學是一種適合于實踐教學的教學方法，是由師生共同實施一個完整的項目工作而展開的教學活動。

數控車削實際生產中主要完成回轉體一類零件的加工，如軸類、盤類零件，加工的零件需滿足尺寸公差及形位公差要求。傳統的數控車削教學內容單一、固定，無法激發學生求知興趣，為了提高學生的學習興趣及積極性，數控車實訓內容以葫蘆、國際象棋等具有代表性的作品項目作為載體。通過體驗葫蘆的加工過程，在工程認知與工程實踐過程中，教師對學生提出的問題進行答疑、指導、引導學生自主設計，并發揮創新意識;而學生在已掌握的專業知識基礎上，讓學生自主設計一副象棋，將CAD/CAM軟件、工藝設計、數控機床操作等知識貫穿其中，在學生興趣的基礎之上激發學習的主動性和積極性，改變原本枯燥的實訓環節，激發學生學習主動性，增強了實訓環節趣味性與專業性。通過一組項目產品的制造加工，將真實工作過程中的人員、設備、產品、檢驗及管理要素融入到教學過程，把理論知識與實踐操作有機結合起來，培養學生具備一定工程實踐能力和創新能力。

2.2 教學項目實施過程

為保證教學項目的順利實施，將教學環節分為項目引入、教學演示、任務實施、任務評價等四個階段，如表1所示[7]。根據項目內容，結合現有數控設備情況，合理安排項目，加工設備采用廣州機床G-CNC6135A數控車床，刀具為93°精車外圓刀和3mm寬的切槽刀，加工材料：？準20、？準30鋁棒（YL12），測量工具（游標卡尺）及其他附具。采用93°精車刀具加工鋁棒，易加工、成本低、外觀漂亮滿足學生實際制作、創意設計的要求。

考慮數控車削加工的特點、工序安排、加工時間等因素，安排學生2-3人自由組合完成實施任務，指派實踐能力強的學生擔任組長，組長領取任務后，由組長負責組織小組成員研究、分析項目任務，通過合理安排，可以有效保證教學計劃的順利開展。

2.3 教學項目引入

如圖1所示為葫蘆的零件圖，以葫蘆項目為載體開展教學，學生自主完成設計、制作及拓展項目，整個教學緊緊圍繞項目的解決而展開。項目的開展是以學生為主體，通過教師提出問題，講解葫蘆零件的結構特點、設計及加工工藝過程，引導學生查找相關資料，掌握項目涉及的專業知識，掌握葫蘆項目加工所需要編程指令和數控車床操作[7]。

學生通過對葫蘆項目的初步掌握之后，在此基礎之上進行拓展其他項目，利用CAD/CAM軟件自主設計一套“國際象棋”、“三潭印月”、“9層塔”等項目，提高學生的創新能力[8]。整個過程由學生自主安排生產加工工程，指定工藝流程，編寫零件數控加工程序，在數控車床上完成零件的加工，并按照圖紙要求進行零件的檢驗與分析。

2.4 教學項目實施

教學項目內容的關鍵在于項目實施過程，教師將項目引入后，給學生下達工作任務，學生根據任務書要求，明確任務要求，收集、學習國際象棋加工的相關資料，教師引導學生對象棋零件進行工藝分析、制定工藝路線、講解加工難點與重點，任務實施節點，提出零件加工質量要求;學生通過查閱資料、小組討論、師生交流的方式對任務實施進行合理安排，教師應以學生為主導積極參與到學生分組討論中，激發學生自主學習的主動性、創新性，從而達到良好的教學效果。

在任務實施階段，每一個零件的加工程序需要學生自主完成，為了提高數控加工實踐教學的效果，學生可在PC機上通過斯沃數控仿真軟件進行仿真，模擬數控車床實際操作訓練，減少大量數控設備的投入，在短時間內學生可以掌握各種數控系統，練習手動編寫程序和數控程序的導入。此外，該軟件可以仿真走刀路線，模擬程序的正確性，避免錯誤程序在實際加工過程導致的安全事故。

在操作數控車床設備實踐環節，學生按照分組情況開展實際操作，每組學生需掌握機床的開關機、將數控程序錄入數控系統，完成刀具的對刀等實踐操作環節，加工材料為？準30鋁棒（YL12），易加工、成本低、外觀漂亮滿足學生實際制作、創意設計的要求。此外，學生設計的作品加工時間基本在20分鐘以內，可以保證每組都能完成加工任務，從而提高學生的工程實踐能力，在加工之前和加工期間教師需引導學生該如何準確、及時處理緊急情況，以確保學生安全和設備安全，防止事故發生。

2.5 教學任務評價

考核評價體系是工程實踐教學必不可少的環節，也是教學內容的延續，缺少嚴格、有效的考核評價體系，很難實現預期的學習成果。“以成果為導向”是OBE工程教育模式的核心目標，因此針對預期產出評價體系進行構造是貫徹教學改革的重要環節，在評價體系中除了針對零件造型、零件編程及數控設備操作情況進行考核外，還應該對學生加工的零件進行測量檢測，對不合格產品進行質量分析，找到問題提出修改方案。此外，應針對學生以團隊方式完成學習過程中所生成的階段性成果，如方案設計、項目實施計劃、技術難點提出及其問題解決過程資料、團隊合作情況、小組自評、教師評價等多方面的能力進行考核評價[9]。

3? 數控加工實訓成果

通過國際象棋數控車削加工實訓，每個班級可以完成一副國際象棋作品，如圖2所示為我校學生數控加工完成的“國際象棋”作品，圖3為學生自主設計數控加工工藝作品。

4? 結論

在工程認證的大背景下，基于成果導向的數控車削加工教學設計，以學生為中心，成果為導向，通過具體的項目展開數控教學，讓學生發揮主動性和積極性，由學生自主完成零件的設計、加工任務，培養學生的數控編程能力和數控加工能力。教師引導每組學生達到預期的實踐成果，學生通過任務的完成，獲得一定的成就感，在此過程中培養學生的實踐能力、創新能力及團隊合作能力。

參考文獻：

[1]鄭大鋒，陳礪，王秀軍.OBE工程教育理念與化工專業實踐教學體系研究[J].實驗技術與管理，2017，34（5）：154-157，160.

[2]陸勇.淺談工程教育專業認證與地方本科高校工程教育改革[J].高等工程教育研究，2015（6）：157-161.

[3]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34，70.

[4]韓同樣，劉志明，胡燕士，等.開放式工程訓練與OBE教學模式探索[J].實驗技術與管理，2016，33（5）：174-177.

[5]曾珍，易國華，吳云霞.《數控車削編程與加工》課程“貫穿+拓展項目化”教學法的探討[J].南方農機，2017（12）：28-29.

[6]傅學強，張立昌.漢字雕刻數控加工教學的設計與實踐[J].實驗技術與管理，2019，36（9）：184-186.

[7]陳雪.基于OBE數控加工工藝課程單元教學設計的研究與實踐[J].裝備制造技術，2019（5）：177-179.

[8]楊書婕.成果導向行動學習的教學單元設計與實踐[J].科技風，2017，36（9）：179-181.

[9]章靜敏.成果導向（OBE）下高等學校專業課考核評價體系研究[J].考試研究，2018（05）：74-78.

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作者簡介：楊根（1985-），男，碩士，工程師，主要從事CAD/CAM軟件、數控工藝與編程研究。