面向新工科的數控技術課程建設探討

丁順良 高建設 賈志剛 侯伯杰

（鄭州大學機械與動力工程學院 河南鄭州 450001）

在我國經濟轉型升級的背景下，為了主動應對新一輪科技革命和產業革命，貫徹落實國家“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，促進新技術、新產業、新業態和新模式的國家一系列重大戰略深入實施，提升國家硬實力和國際競爭力，高等教育也積極引入了先進的教學理念和全新的教學模式，新工科理念隨之誕生。這一理念的提出為我國高等學校工程教育提供了新的發展方向，其目的在于引導高等工程教育的改革，更好地適應國家經濟社會發展的需求。新工科背景下的高等學校教育是以立德樹人為引領，以適應經濟社會發展為建設理念，以創新與融合為主要途徑，來培養創新型、復合型、多元化工程人才的系統工程［1］。在國家重大戰略需求下，工程教育急需進行內部改革和創新，重視人才培養質量而非數量，使學生在接受高等教育的過程中，除了掌握基本的專業知識之外，還應形成核心競爭力，成為實現國家戰略發展目標、強化國際競爭力的重要驅動力量。數控技術是工程教育的重要組成部分，面對新時代科技和工業的發展，數控技術專業也應不斷改革與創新，積極探索新工科理念下的新課程體系、新教學方法、新教學內容等，培養出更多滿足社會實際需求的創新型專業人才，促進社會經濟穩步提升。

1 新工科的特點與要求

全球范圍內，新一輪科技革命與產業變革的進程不斷加快，為了增強國家科技競爭力，有關部門進行了創新驅動發展、“互聯網+”等重要措施的深入實施。目前，以新技術、新業態、新產業等為主要特點的新經濟進入了蓬勃發展階段，大數據、人工智能等高科技技術得到了廣泛應用。當今社會對于人才有了更高要求，當代大學生必須要有適應現代社會發展的能力，還應具備較強的創新能力和較高的專業技能水平。新經濟的不斷發展給新工科人才提供了更多展現自我價值的機會，新工科專業強調學科的交叉，更注重傳統工業技術與新興工業技術的融合，新工科人才應成為具有創新創業能力、跨界整合能力、領導能力和實踐能力的各類交叉復合型卓越工程科技人才。隨著新工科研究與實踐項目的啟動實施，新工科成為當前高等工程教育的前沿領域，而推動工程教育改革的基礎和核心在于學科體系中實踐教學的改革。因此，在新工科背景下，作為人才培養工作的一項重要內容，只有對課程建設不斷改革和創新，才能適應工程教育對于人才培養的要求，才能在應對新一輪科技革命和產業變革中占領先機。

在新工科理念下，隨著現代信息技術的不斷發展，制造業廣泛應用了大數據、人工智能等新興技術，逐漸向著信息化、智能化轉型，這給傳統課程教學模式帶來了挑戰。高校作為高素質專業人才培養的主要陣地，滿足新工科的發展需求，培養出更多符合社會需要的創新型人才，是眾多高校共同面臨的難題［2］，高校應對當前工科背景下課程教育進行改革，積極尋求科學高效的創新型工程人才培養模式，以達到新工科對于專業特色建設和人才培養的更高要求。

制造工業基礎是國家綜合國力與實力的重要體現，而制造業發展離不開數控技術，數控技術是機械工程專業的核心課程，是機械行業的核心技術，對我國制造業整體發展有著重要作用，機械產品、大國重器的制造都與數控機床有著密切聯系。高端數控加工技術是“中國制造2025”規劃的重要發展領域之一，而數控技術作為機械工程專業的核心專業課程，是一門理論與實踐并重的課程，強調工程應用背景及解決實際工程問題的能力，對于培養機械行業創新型人才起到非常重要的作用。因此，在新工科背景下，構建與工程應用相銜接的經典理論教學內容、積極開展教學模式創新、培養學生學習的積極性和主動性、處理好教與學的關系，成為數控技術課程改革的首要任務。

然而，目前數控技術課程存在人才培養目標與國家戰略和區域發展需求脫節、學生的創新創業潛能未得到充分開發等問題，不能滿足“新工科”背景下工程教育的要求；課程教學內容理論性和綜合性較強，而能幫助學生理解知識點的實際工程案例較少，并且課程內容與專業前沿研究以及工程應用脫節，難以讓學生體會到課程的重要性；教學手段與教學形式單一，新方法、新技術、新理念、新模式未能較好地融入課程當中，嚴重阻礙了學生對“機械工程”內涵的系統了解和專業認知；教學過程中過分強調專業知識，而忽略了對學生服務國家服務社會情懷的培養，也忽略了對學生保護國家技術安全的教育。因此，以培養國家需求的創新型工程人才為目標，改進教學目標、教學內容和教學手段，在“新工科”背景下進行滿足工程教育標準的數控技術課程建設具有非常重要的意義。

2 數控技術課程的主要特點

2.1 教學內容涉及范圍廣

在數控技術教學過程中，其教學內容涉及很多學科的知識，知識點較為碎片化，各知識點之間的關系并不密切［3］。例如，在數控加工工藝知識中，涉及制造工藝設計、刀具選擇以及夾具設計等機械制造專業的知識，還涉及數控編程方面的內容，需要學生掌握CAD軟件的使用技巧等。而在伺服系統中，學生則需要對電工電子、傳感器以及控制等方面的知識有所了解，這些知識點與制造工藝知識的關聯性并不強。

2.2 知識更新速度快

數控加工中心、新型編程與仿真軟件、復合機床等新技術新工藝紛紛涌現，使得數控技術知識的更新速度很快，學生必須要具備較強的思考能力和創新能力，才能適應這些新技術的發展。但教材的更新速度較慢，導致教學難度增加。

2.3 實踐性強

隨著數控機床自動化程度的不斷提高，根據不同的加工零件進行分析、編程、選擇刀具等具有很強的實踐性。在進行數控機床操作過程中，要根據具體的機床與零件進行分析，并精心設計合理的加工工藝、路線，這就要求學生要具備較強的實操能力。

2.4 綜合性強

數控技術涉及多學科知識，這就要求學生具有較強的知識綜合應用能力。數控機床也是典型的機電一體化產品，在設計、加工時不僅要考慮到技術問題，還要考慮到經濟、生產組織以及管理等問題［4］，這樣才能充分發揮多學科的優勢互補。

3 數控技術課程的教學現狀

目前，數控技術課程教學主要包括了理論和實踐兩部分。理論部分主要以課堂教師授課為主，而實踐課程教學內容較少。在數控技術教學過程中，很多教師都是按照教學大綱來為學生講授相關的理論知識和編程指令等，學生對于數控技術的整體概念缺少認識，對專業知識的學習較為迷茫，并且學習過程較為枯燥乏味，很難對這些理論知識產生學習興趣，這導致學生在課堂教學過程中逐漸喪失了主體地位。除此之外，數控技術課程主要通過理論考試的方式來考核學生的學習情況，很容易降低學生學習的積極性，影響了學生分析問題、解決問題能力的培養，達不到預期教學效果。另外，由于實踐課程中機床和課時都較少，學生通常都是觀看教師操作，并不能親身體驗動手操作的過程，這限制了學生實踐操作能力的培養。

4 面向新工科的數控技術課程建設策略

4.1 及時更新教學理念和培養目標

新工科理念的提出旨在培養更多創新型、多元化的工科人才，以幫助學生適應新形勢，促進我國經濟發展［5］。目前，傳統的教學理念已經不能滿足學生需求，高校應對教學理念進行更新，樹立新的人才培養目標。根據新工科提出的新要求，高校應將學生作為教學主體，將創新型工程人才培養作為新的育人目標，將學生培養成滿足產業發展需求和國家發展戰略的創新型人才。高校在教學過程中應將理論和實踐相結合，讓學生在教學過程中掌握扎實的理論知識和實踐技能，更好地適應新時代工科人才的發展形勢。

4.2 將相關課程融入數控技術課程

面對新工科建設，高校應將現有數控技術課程與其他相關學科知識相互結合，促進新興工科的良好發展。數控技術課程是綜合了計算機、自動化、電氣、檢測、機械、材料等多學科而形成的一門交叉學科課程，學生只有充分掌握了這些相關課程的知識，才能對數控技術的內涵有更加全面、整體的理解。因此，高校應在數控技術課程教學中科學、合理地融入其他相關學科內容，不僅能讓學生對理論知識有更加深刻的認識，還能引導學生發散思維，增強學生的知識運用能力和創新能力，這也與我國大力支持交叉學科發展的理念一致［6］。與此同時，高校教師還可以根據教學主題組織課程教學活動，幫助學生將有關的理論知識和工程實踐聯系起來，提高學生對工程問題的整體認知水平。例如，數控技術與材料的成型與加工關系密切，高校應將材料學科相關知識合理融入數控技術課程教學中，材料的性能對數控加工有著直接的影響，使用不同的材料其加工技術也會有所不同，數控加工應充分考慮到材質問題，從而尋找最佳加工工藝和方法；另外，數控加工的設備較為復雜，怎樣通過機電控制系統有效控制數控加工工程，提高加工質量，這不僅有助于數控技術的良好發展，還能促進機電系統新技術的應用；數控技術中的插補原理與算法關系密切，好的插補算法能大大提高數控加工過程的效率和精度，有效降低數控加工成本，新開發的數控插補算法也能有效提高計算機技術水平。因此，促進數控技術與其他學科知識相融合，不僅能開闊數控技術人才的視野，還能進一步強化數控技術人才的綜合實力。

4.3 創新數控技術教學模式

傳統的教學模式中，教師一味地給學生講授教學知識，學生被動接受知識，教師對知識點的講授范圍也局限于教學大綱，并未進行知識的延伸與拓展，雖然部分教師也積極采用了多媒體設備開展教學活動，但學生對知識的掌握還是來源于課堂。隨著科技的快速發展和互聯網技術的普及，這種墨守成規傳統的教學模式已不能適應當前教育發展的實際需求，“互聯網+教育”逐漸受到重視，高校也在運用互聯網技術對傳統課堂進行了教學改革，出現了遠程教學、線上線下混合式教學、微課等形式多樣的網絡教學模式，使每個學生都能接觸到大量優質的教學資源，不受某個特定教師或時間、空間的限制，隨時隨地都能學習知識。目前，網絡共享課程和線上公開課程眾多，學生除了在課堂上學習知識外，也可利用互聯網上眾多的學習資源掌握知識與技能，這為數控技術多元化、多樣化發展提供了保障［7］。因此，高等教育應充分利用互聯網平臺，創新新工科教學模式，強化新工科人才培養過程，數控技術教師也應將學生作為課堂主體，跟隨時代發展的腳步，充分利用現代信息技術，創新教學模式，通過云課堂、微課等教學形式充分發揮出教師的主導作用，從而增強學生對專業知識的學習興趣。在實踐課程中，由于各個高校的實踐資源不同，部分高校并不能完全滿足學生的實踐需求，教師就需要積極探索多樣化的實踐教學模式，讓學生在實踐教學中更好地掌握與消化教學內容。高校還可以開發虛擬實踐課程，構建網上實踐資源共享平臺，讓學生在網絡中學習實踐知識，也可將手機、電腦、平板等移動終端與專業知識的學習結合起來，充分、高效利用零散時間。另外，數控技術考核評價方式也應進行創新，教師可以結合數控技術課程的主要特點，全面考查學生的平時表現、實驗、實操和期末成績，為了提高學生的實踐操作水平，教師還應重點考查學生平時的表現和實驗表現，考核方式要靈活多樣，充分體現出學生對知識的靈活運用水平，構成比例大致可分為：理論考試成績60%+平時成績10%+5人小組為單位的數控實際產品創新設計30%，從而著重考查學生解決復雜數控產品問題的能力。

4.4 創造良好的實訓實習機會

在新工科背景下，高校應加強學生數控技術實踐技能的培養，注重開展數控技術實訓課程，教學模式應力求直觀、多樣，并在教學方式上進行探索和創新，以提升課堂教學效率和質量作為主要目標，不能僅停留在理論教學層面，而是要讓學生在實踐中感悟知識的應用。根據數控技術的特點，將原有的數控加工實驗室設備及時進行更新升級，加強校內實訓設施建設，給學生提供良好的實訓條件。教師還可帶領學生前往數控實訓基地進行參觀，讓學生對自己的專業和以后工作方向有更深入的了解，另可結合VR 虛擬仿真等手段，滿足創新型人才培養目標和社會對人才的實際需求。高校應加大對實訓課程的資金投入，積極引入先進的實訓設備，滿足數控技術專業人才培養的實踐要求，增強學生實踐操作水平。對數控技術專業來說，企業往往具有最先進的加工設備和制造工藝，也有著較為豐富的實踐經驗，能最大程度地滿足學生實訓的需求。因此，高?？梢耘c當地企業建立良好的合作關系，給學生提供到企業實習的機會，讓學生在真實、完整的場地學習實踐經驗，接觸到最先進的加工設備，了解到最先進的生產工藝，從而提高學生的職業能力和實踐創新能力，還能開拓學生的視野，實現高校教育與行業人才需求的無縫連接。

4.5 加強師資力量建設

數控技術課程具有較強的綜合性，數控技術教師必須要具備較強的理論知識和實踐操作能力。數控技術教師應對機械結構、機械加工、電氣控制、編程、檢測技術、計算機技術等各方面知識有較為全面的了解。高校應不斷加強數控技術師資力量建設，確保每一位教師都能具備扎實的理論基礎和專業技能［8］。高校可以從相關企業、科研院所積極引入一些具有較強理論知識和實踐操作能力的高素質專業人才，增強數控技術課程教師團隊的綜合能力，提高教學水平。高校還應根據實際情況，制定有針對性的培訓課程，加強對現有數控技術教師的培訓工作，讓數控技術教師參與到科研活動與實踐生產中，豐富教師理論知識儲備，增強實踐操作能力，讓數控教師理論和實踐全面發展，從而提升教師綜合素質，培養出更多雙師型數控技術教師，達到提高數控技術課程教學質量的目的。

4.6 加強學生愛國主義教育

數控技術是現代制造的核心技術，是一個國家制造工業的基礎，是國家核心戰略技術。新時代數控技術人才培養不僅要注重專業技術教育，還要注重愛國主義教育，將學生培養成德才兼備的人才。在開展數控技術課程講授時，應巧妙融入愛國主義教育，教師可向學生科普我國古代、近代以及現代的制造水平，以此作為切入點。古代制造從舊石器時代到新石時代再到青銅器時代，進而到四大發明時期，這部分重點引導學生關注我國文明歷史，增強民族自豪感。近代制造部分引導學生回顧鴉片戰爭以來的百年中國近代史，了解一部分中國人是如何通過制造來救國圖強的，增強學生學習的使命感。隨后，在現代制造部分，介紹數控技術在我國的發展歷史以及革命前輩的付出與努力，讓學生感受到當前技術發展和突破的不易，樹立向辛勤工作者看齊的良好品質，并在學習和生活中嚴格要求自己，做到精益求精。現代制造部分還可結合大國重器開展思政教育，如空間站、高鐵、航母、飛機等，我國在這些設備制造過程中有一大批為國奉獻的科學家和工程師在努力奮斗，他們突破西方封鎖，自主圖強的奮斗過程，能讓學生認識到國家強大必須有強大的制造業做支柱，必須有核心技術做支柱，能極大增強學生投身國家制造的責任感和緊迫感。在講解數控編程這一章節內容時，教師應奠定課程的基調，告知學生編程中的任何程序指令和數據都不能出錯，否則就會引起機床故障，帶來嚴重損失，使學生樹立精益求精的工作態度。

5 結語

在新工科背景下，數控技術課程建設和人才培養有了新的要求，為了培養出更多適應社會發展的創新型人才，高校應根據自身實際情況和數控技術課程的發展需求，進行數控技術課程改革，創新教學模式，將理論知識與實踐操作相結合，在數控技術課程中合理融入其他學科的相關知識，加強校內實訓設施建設，并與相關企業建立良好的合作關系，為學生創造更多實訓、實習的機會，增強學生數控技術理論知識和實踐操作能力，為學生將來學習與工作打下良好的基礎，為社會培養出更多創新型專業人才。