工程認證背景下“數控技術”課程教學改革研究

楊清艷 雷經發 劉偉 賈巍 張正彬

[摘 要] 作為現代機械制造中傳統加工方法的替代，數控技術主要采用高速、高精度、復合、系統、智能、靈活的加工方法，是工業4.0時代不可缺少的一部分。文章根據工程專業認證計劃以及工業4.0背景下對學生的培養要求和目標，分析了“數控技術”課程在機械設計制造及其自動化專業的教學現狀和不足，針對“數控技術”教學大綱、教學方法、教學內容和課程考核方式提出了一些課程改革措施。結果表明，本課程應注重培養學生分析和解決工程問題能力，科學教學，不斷推進機械工程數控技術教學的改革與發展。

[關鍵詞] 數控技術;工程教育專業認證;機械設計制造及其自動化;MOOC

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）04-0052-04? ? [收稿日期] 2020-05-08

一、引言

工程教育專業認證的核心是確認工程專業畢業生符合行業要求的既定質量標準，是針對培訓目標和畢業出口要求的資格評估，是國際公認的工程教育質量保證體系[1]。機械設計制造及其自動化專業作為工程認證專業之一，學生必須學習“數控技術”，該課程是機械設計制造及其自動化專業的重要專業課程之一，內容廣泛，且具有很強的實踐性。根據工程認證的相關文件，深深感到目前的“數控技術”課程體系與教學模式和本校認證的培訓目的和教學需求還存在一定的差距。特別是21世紀以來，在工業4.0[2，3]、智能制造[4]及“互聯網+”[5]迅猛發展的形勢下，高等教育面臨新的挑戰，必須調整人才培養模式。高等教育更注重培養學生的基本知識、基本素養和實踐能力以及創新能力。為了培養出行業所認可的高水平人才，本校數控技術課題組針對該課程在教學過程中存在的問題，提出了一些改革措施。

二、工程認證背景下機械設計制造及其自動化專業“數控技術”教學中存在的主要問題

工程教育認證的核心理念是“學生中心是宗旨，成果導向是要求，持續改進是機制”。“以學生為中心”包含兩層意思：其一，對學生的評價，其評價的核心是“學生表現”，即評估學生是否在學校學習期間具備了相應的素質和能力;其二，面向的對象，要求院校和專業針對的是“所有”學生。“成果導向”（即以學生學習結果為指揮棒）是工程教育認證的根本目的，是促進或提升“教育產出”即成果（學生學到內容），而非“教育輸入”（教師教了什么）。工程教育認證的“成果”就是所有培養目標和畢業要求都要集中體現學校和專業使學生走向工程職業崗位時具備什么樣素質和能力，并且這些素質和能力確實成了學生表現的現實（包括畢業時和畢業后一段時間）。持續改進是工程教育認證制度的一大重要特征，各專業應該用各種機制、制度和措施，以確保跟蹤、評估和改進以“學生為中心”、以“成果為導向”的教學、教育、培養過程和結果。在此根據“成果導向”的教學，本校“數控技術”課程的教師從教學大綱、教學方法、教學內容和課程考核機制等方面總結了教學過程中存在的問題。

（一）教學大綱

教學大綱是與專業人才培養計劃配套的指導性文件，它以綱要的形式規定了課程的基本內容、性質、任務及課程內容的深度和廣度，是任課教師組織教學的直接依據。目前存在的問題主要是教學大綱規定教學時數要求與教師實際能傳授內容不匹配，大綱規定的教學重點、難點不清晰或與實際教學重點、難點存在差異，多門專業課程出現內容交叉和重復。出現這一問題根源在于沒有理清工程認證畢業要求與該課程目標之間的關系。

（二）教學方法

傳統“數控技術”教學以教師講解、學生聽課并依照例子操作的模式進行，缺乏互動，課堂枯燥，學生學習效果不理想。特別是進行數控插補原理及控制方法講解的時候，公式較多，單純的教師教授，學生難免覺得枯燥，導致厭學。與培養目標嚴重脫節，效果不理想，最終難以做到以“學生為中心”。

（三）教學內容

“數控技術”課程教學內容主要包括：數控技術基本概念;數據編程加工代碼;數控插補原理;數控裝置;數控檢測裝置;數控伺服系統。在教學過程中，教師側重于講解基本概念和基本原理，教學內容不能以培養學生的動手實踐能力和創新能力為目標。特別像數控編程加工代碼這一塊，涉及數控車加工、數控銑加工、數控鉆孔加工代碼編程，單純靠上課的理論講解難以掌握實際操作，更不能體現以“學生為中心”，難以激發學生自主積極學習和有效學習。

（四）考核方式

“數控技術”理論教學考核方式一般采用傳統的“平時成績+考試成績”的考核方式，其中平時成績占總成績的30%，最終考試卷面成績占70%，一份試卷基本決定了該課程的最終成績，無法在最大程度上體現出學生的實踐動手能力，同時在一定程度上導致部分學生“高分低能”，使得學生平時不努力學習，只需在考試前幾天突擊背誦相關知識點，無法真正檢驗學生在理解和應用知識方面的能力。“數控技術”是一門實踐性很強的課程，這樣的考核方式不能完全檢查學生的實踐能力，因此，這樣的考核方式與機械設計制造及其自動化專業的培養目標、與“數控技術”的課程目標脫節。

三、教學改革的措施與方法

針對“數控技術”課程教學過程中存在的上述問題，結合《工程教育認證標準》，本文給出以下改革方案。

（一）根據畢業要求修訂課程教學大綱

“數控技術”是現代制造技術的基礎，是機械技術制造及其自動化專業本科生必修的專業課，是機械類專業學生必須掌握的一門實用技術。該課程不僅具有較強的理論性，同時具有較強的實用性和操作性，是一門理論性與實踐性都很強的課程。通過本課程的學習，使學生掌握數字控制基礎理論，掌握數控加工編程的基本方法、數控系統體系構成。在制定教學大綱的過程中，要緊扣學校、地方和國家人才培養計劃和目標的要求，充分體現學科發展和教學改革的新成果，體現教學以學生為主體的思想。在此基礎上制定課程大綱，其課程目標即對學生知識和能力及要求如下：①以能夠正確掌握數控技術其工作特點、應用場合及在現代化制造技術領域中的重要地位。②能夠掌握數控機床及其數控系統的組成和工作原理，理解計算機數控系統的軟硬件結構，初步具備分析數控機床性能優劣的能力。③能夠掌握數控機床加工程序的編制方法，具備編制簡單零件數控加工程序的能力。④能夠初步具備選擇、使用、管理和維護數控機床的能力，為學習其他有關課程和將來從事數控技術方面的工程設計與開發打好必要的基礎。4個課程目標對畢業要求的指標點如表1所示。在此基礎上來制定每節課所授課程內容與時長。多課程之間的內容交叉部分的課程內容，可以根據該課程所對應畢業要求指標點的權重因子的大小來確定，以避免內容重復。

（二）翻轉課堂的教學模式

目前，高校大部分采用傳統的教學模式，主要由任課教師在課堂上講授。由于學生在大學環境中的自由時間多和管理比較寬松，導致大多數學生基本上沒有在課前預習課程，只是課堂上聽課，在課后完成教師的作業，最后教師對作業給予評價和指導。這種傳統課堂教學違背了工程認證以學生為中心的要求。

翻轉課堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom），主要指調整課堂教學與課外學習的時間[6]。即學生先在課外通過觀看教學視頻、閱讀電子書、聽播客等形式學習相關知識，在課堂上則集中精力進行探討和交流，解決在學習中遇到的難題，使理解得以進一步深入。翻轉課堂的教學模式是對傳統教學結構與教學流程的顛覆，它將學習的決定權轉移給了學生。另外授課模式轉變為先學后教，先由學生課前自學，再由教師在課堂上答疑解惑，以彌補傳統教學中學生不能自主預習的不足。翻轉課堂教學模式下的課堂以學生為中心，大大提高了學生的學習積極性。

（三）教學內容與虛擬技術相結合

“數控技術”融合了微電子技術、計算機技術、自動控制技術、自動檢測技術及精密機械等綜合性技術，是一門多學科、多內容交叉的課程，其主要內容有數控程序編制、插補原理及控制方法、數控機床檢測裝置、計算機數控裝置以及數控伺服系統。在講授數控程序編制（包括講授數控編程指令、數控工藝、數控操作）實踐性強，如果采用傳統教學方式，即單純地進行黑板板書以及簡單的幻燈片教學方法，教師即使使出渾身解數，學生依然是一臉茫然，難以理解。在進行插補原理及控制方法講解的時候，“數控技術”中一些理論較深的數控插補原理和公式、數控裝置的軌跡控制原理，在課時較少的情況下，單純依靠教師黑板教條式教學講解這些內容，易造成學生因難以理解而出現畏懼厭學的現象。教學方法沒有達到教學效果，不能激發學生學習的興趣，更不用說“以學生為中心”的教學。課程主要圍繞“教師、教科書、教室為中心”，學生是被動的單向接受者，最終導致教學效果不理想。教師可以結合虛擬技術將原理知識呈現出來，深入了解原理知識。例如根據插補原理自行編寫一個小應用程序，讓學生了解逐點比較插補算法的原理、脈沖當量更透徹（圖1）。再如在講解編程的時候，合理利用數控仿真軟件教學。數控仿真軟件可以模擬出實際機床三維加工環境及其工作狀態，讓學生熟練掌握代碼的使用規則，在三維數控環境中進行模擬操作演示，讓學生親眼看到如何進行工件的數控加工，學生一目了然了，教學效果良好。

（四）實行合理的“數控技術”考核方式

實踐教學的質量是反映學生工程實踐能力水平的關鍵，而傳統的“數控技術”質量考核體系很難真實反映學生的工程實踐能力。結合工程認證的OBE（Outcomes Based Education）的教學理念，筆者設置機械設計制造及其自動化專業“數控技術”課程的總評成績=平時考核成績×20%+實驗成績×10%+期末考試成績×70%。

平時考核主要以課堂表現、出勤情況和完成作業情況為主，課堂表現即課堂聽課狀態和課堂隨機提問，隨機提問用以檢測學生對知識的掌握程度，評價分數作為學生的基礎平時分值，每缺勤一次扣1～2分。實驗成績包括學生每次實驗課后上交的實驗報告撰寫情況、實驗的出勤情況和學生每次實驗過程中實際的操作表現。期末考試的題型以及考核知識點緊扣教學大綱，包括填空題、簡答分析題和編程計算題等，盡量題目多樣化，充分體現該課程的畢業要求指標點，既能兼顧基本知識點的考核，又能兼顧對學生工程實際情況的處理。提交總評成績后，依據工程認證的標準要求，對每個畢業要求指標點分項求出各指標點對應的平均分，計算“數控技術”對各指標點的評價值，從而獲得“數控技術”課程的達成度評價報告。“數控技術”所對應的畢業要求指標點如表1所示，表2為近兩年該課程所對應的各指標點的達成度。根據本校相關要求，本科畢業生學業成績平均學分績點達到1.8及以上可授予學位，換算成百分制平均分為68分及以上，據此設定畢業要求達成度評價值大于0.68即為“達成”。可見，2016年與2017年的“數控技術”達成度均滿足要求，并且體現了“以學生為中心”“成果為導向”的理念。針對薄弱環節，教師深思導致的原因，從而改進下一次的教學方法或者其他，使得達成度呈遞增的趨勢。由表2可見，基本上達到了工程認證對機械設計制造及其自動化專業學生學習“數控技術”的要求和目標。

四、結語

根據“數控技術”課程特點和內容，以及工程認證要求，發現基于成果導向的教學比傳統教學其目標性更明確，更有助于教學;分析了目前“數控技術”課程的不足，并提出了改進的措施，理論和實踐相結合，希望能激發機械設計制造及其自動化專業學生的學習興趣，培養學生的實踐能力、創新能力和解決實際問題的能力。

參考文獻

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[6]周碧雯.基于慕課平臺的翻轉課堂教學效果研究[J].西安政治學院學報，2016，29（1）：113-117.