工程認證背景下數(shù)控技術(shù)課程教學改革與實踐

張鎖榮，劉凱磊，康紹鵬，陳國炎

（江蘇理工學院 機械工程學院，江蘇 常州 213001）

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。目前，針對工程教育專業(yè)認證的國際協(xié)議中，權(quán)威度最高、體系最完整、參加國家最多的是《華盛頓協(xié)議》，《華盛頓協(xié)議》于1989 年由來自美國、英國、加拿大、愛爾蘭、澳大利亞和新西蘭6 個國家的民間工程專業(yè)團體發(fā)起和簽署[2]。2016 年，中國正式成為《華盛頓協(xié)議》的成員，標志著我國高等教育對外開放向前邁出了一大步，我國工程教育質(zhì)量標準實現(xiàn)了國際實質(zhì)等效，同時，對我國的工程教育工作也提出了更好的要求[3]。

工程教育專業(yè)認證的核心理念是以學生為中心（Student Centering）、成果導向（Outcome-based Education）、持續(xù)改進（Continuous Quality Improvement），簡稱為“OBE 理念”。OBE 理念強調(diào)在人才培養(yǎng)過程中學生作為主體，成果作為導向，最終對所有的培養(yǎng)環(huán)節(jié)進行持續(xù)改進[4]。近年來，通過工程教育專業(yè)認證的實施，我國許多高校在人才培養(yǎng)、師資隊伍建設、課程建設、教學質(zhì)量評價等多個方面進行了教學改革，取得了豐碩的成果[5-8]。

近年來，江蘇理工學院機械設計制造及其自動化專業(yè)根據(jù)工程教育專業(yè)認證理念，積極進行了課程改革與探索，以專業(yè)核心課數(shù)控技術(shù)為例，從課程目標、教學內(nèi)容、教學方法和課程達成情況評價等方面進行教學改革與實踐，培養(yǎng)學生利用數(shù)控技術(shù)相關(guān)知識進行機械裝備設計的能力，從而為后續(xù)專業(yè)課程的學習和今后從事本專業(yè)工作打下一定的基礎。

一、課程簡介

數(shù)控技術(shù)是機械設計制造及其自動化專業(yè)理論性和實踐性都很強的核心課程之一，在機械工程領(lǐng)域中廣泛應用。本課程的任務是使學生了解數(shù)控機床結(jié)構(gòu)、操作和故障診斷過程的基本方法，熟悉數(shù)控加工的工藝特點，掌握數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)的組成和數(shù)控工作原理等基礎理論知識，從而培養(yǎng)學生利用數(shù)控技術(shù)相關(guān)知識進行機械裝備設計的能力，從而為后續(xù)專業(yè)課程和今后從事本專業(yè)工作打下基礎。作為機械設計制造及其自動化專業(yè)的核心課程，支撐12 條畢業(yè)要求中的3 個指標點，分別為畢業(yè)要求1（工程知識）的指標點1-4、畢業(yè)要求2（問題分析）的指標點2-4 和畢業(yè)要求4（研究）中的指標點4-3。

二、課程目標

根據(jù)數(shù)控技術(shù)所支撐的畢業(yè)要求3 個指標點，采用“一一對應”原則，確定了3 個課程目標，課程目標與畢業(yè)要求指標點的對應關(guān)系，見表1。

表1 課程目標與畢業(yè)要求指標點的對應關(guān)系

課程目標1：熟悉數(shù)控加工的工藝特點，掌握數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)的組成、數(shù)控工作原理等基礎理論知識，能結(jié)合機床、工藝等專業(yè)知識構(gòu)建典型伺服系統(tǒng)等，用于裝備的設計與改進。

課程目標2：掌握數(shù)控單元的基本組成，了解數(shù)控機床結(jié)構(gòu)、常用數(shù)控系統(tǒng)的特點和選用要求，能認識到數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)組成存在多種方案可供選擇，并能通過查找文獻得到解決問題的有效結(jié)論。

課程目標3：掌握交流電機變頻調(diào)速控制和交流伺服電機進給控制的原理和方法，了解數(shù)控系統(tǒng)故障診斷過程的基本過程，對典型伺服系統(tǒng)搭建實驗，并對運行結(jié)果進行分析和解釋，綜合得到合理有效的結(jié)論。

三、教學內(nèi)容

基于工程教育專業(yè)認證理念，圍繞著本課程的3 個課程目標，設計了9 部分理論教學內(nèi)容和2 部分實驗教學內(nèi)容，教學內(nèi)容與課程目標的對應關(guān)系，見表2。

表2 教學內(nèi)容與課程目標的對應關(guān)系

課程目標1 主要是培養(yǎng)學生掌握工程知識能力，因此，有內(nèi)容1、2、3 和4；課程目標2 是培養(yǎng)學生問題分析的能力，內(nèi)容4、5、6、7 和9 可以實現(xiàn)問題分析能力的培養(yǎng)；課程目標3 是培養(yǎng)學生研究能力，通過內(nèi)容6、內(nèi)容8，以及實驗1、實驗2 可以實現(xiàn)。

四、教學方法

根據(jù)課程目標和教學內(nèi)容，采用課堂講授、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、項目教學和現(xiàn)場答辯等多種教學方式相結(jié)合的方法進行教學，從而提高教學效果。課堂講授：針對課堂講授的知識內(nèi)容將理論知識與工程實踐進行有機結(jié)合，突出工程應用的重要性；小組討論：在課堂講授、翻轉(zhuǎn)課堂和項目教學等過程中，均可穿插小組討論，以2～3 人為一組進行討論，通過小組討論激發(fā)學生學習熱情；翻轉(zhuǎn)課堂：針對具體章節(jié)內(nèi)容，要求學生在課后時間通過網(wǎng)絡講座、慕課視頻、電子課件和教材等自主學習，在課堂上通過學生講解、課上交流和實踐活動等完成相關(guān)章節(jié)的學習；項目教學：針對具體的工程項目，把學生分為3～5 人一組，每組負責完成一個機械裝備設計類題目，設置組長1 名，組員若干名，組長負責分配任務、協(xié)調(diào)組織、總體設計和實驗等工作，組員負責完成具體工作；現(xiàn)場答辯：采用PPT 匯報的方式對項目教學的成果進行驗收，每組選派1 名同學進行項目匯報，包括項目背景、技術(shù)要求、總體設計和實驗等，2～3 名講課教師組成答辯小組進行現(xiàn)場答辯，并給出現(xiàn)場答辯成績。

課程目標1 所對應的內(nèi)容1、2、3 和4 是數(shù)控技術(shù)的基礎知識，所以采用課堂教授為主、小組討論為輔的教學方式進行教學；課程目標2 所對應的內(nèi)容4、5、6、7和9 涉及到了數(shù)控裝置、控制原理、伺服系統(tǒng)和加工自動化等復雜的數(shù)控原理，具有一定的深度和難度，因此，采用課堂講授為主，在課堂中穿插小組討論，內(nèi)容5 和7 采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式進行教學；課程目標3 所對應的內(nèi)容6、內(nèi)容8、實驗1 和實驗2，屬于課程內(nèi)容的系統(tǒng)性的知識，涉及到了伺服系統(tǒng)、故障診斷和數(shù)控編程等，通過項目教學、現(xiàn)場答辯的方式讓學生完成一個具體的工程實踐項目和實驗，從而培養(yǎng)學生的動手實踐能力和團隊合作意識。

五、課程目標達成情況評價

（一）定量評價

本課程共有3 個課程目標，根據(jù)課程目標、教學內(nèi)容、教學方法等，設計了課程考核環(huán)節(jié)，課程目標與課程考核環(huán)節(jié)的對應關(guān)系，見表3。

表3 課程目標與課程考核環(huán)節(jié)關(guān)系 （%）

本課程分別采用過程考核、項目考核、實驗考核和期末考試進行考核，成績占比分別為15%、30%、15%和40%。其中，過程考核分為平時作業(yè)和隨堂練習，比例分別為10%和5%；項目考核分為報告圖紙和現(xiàn)場答辯，比例分別為15%和15%。

課程目標達成情況評價主要是指課程目標1、2 和3 的達成度計算，具體計算方法如下

根據(jù)數(shù)控技術(shù)最近一次考核成績（2019 級），將課程目標達成情況信息進行匯總后計算。

課程目標1 的考核環(huán)節(jié)由平時作業(yè)和期末考試兩部分組成，平時作業(yè)（作業(yè)1、2）平均得分為3.25，期末考試的平均得分為16.31，根據(jù)上述計算方法，經(jīng)過計算可得

根據(jù)同樣的計算方法可得，課程目標2 的考核環(huán)節(jié)由平時作業(yè)、隨堂聯(lián)系、報告圖紙和期末考試組成，經(jīng)計算后達成度為0.733；課程目標3 的考核環(huán)節(jié)由報告圖紙、現(xiàn)場考核和實驗組成，經(jīng)計算后達成度為0.822。

為了與上一輪課程目標達成情況進行對比，提取2018 級課程目標1、2 和3 的達成度，繪制柱狀圖，如圖1 所示。

圖1 本課程2019 級與2018 級課程目標達成度對比

（二）定性評價

為了更好地了解學生對課程知識學習的自我評價情況，設計了“課程目標達成情況調(diào)查問卷”，通過網(wǎng)絡進行“無記名”問卷調(diào)查，然后，圍繞3 個課程目標進行統(tǒng)計分析。

具體計算方法

發(fā)出“調(diào)查問卷”84 份，收回82 份，具體的統(tǒng)計結(jié)果見表4。

根據(jù)表4 所述數(shù)據(jù)，通過上述計算方法，可得

表4 課程目標達成情況問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果

課程目標2、3 的達成度分別為0.817、0.890。

（三）達成情況分析與持續(xù)改進

分別采用了“定量評價”和“定性評價”兩種方法，計算了課程目標1、2 和3 的達成度，分析如下。

課程目標1 的定量分析結(jié)果為0.782，說明學生對數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)的組成、數(shù)控工作原理等基礎理論知識的掌握情況較好，但是，達成度仍然低于0.8，主要原因是考試成績較低，有一部分同學未能更好地掌握基礎知識；定性分析結(jié)果為0.854，高于定量分析結(jié)果，表明學生的自我評價高于定量分析結(jié)果，與定量分析結(jié)果有差距的主要原因是學生自我認知有所不足；從圖1 中可以看出，上一輪課程目標達成度為0.743，本輪課程目標達成度有所提高，說明本輪的持續(xù)改進有一定效果。

同理，可知課程目標2 和3 的定量分析結(jié)果為分別為0.733 和0.822，說明學生對數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的分析能力較弱，實驗能力較強；定性分析結(jié)果分別為0.817和0.890，同樣可以看出學生的自我評價高于定量分析結(jié)果，學生自我認為這兩方面的能力有所增強，高于定量分析結(jié)果；從圖1 中可以看出，上一輪課程目標達成度分別為0.738 和0.809，課程目標2 基本持平，課程目標3 有所提高，說明針對課程目標2 所做出的持續(xù)改進未能起到效果，而針對課程目標3 所做出的持續(xù)改進具有一定效果。

因此，以“定量評價”為主，“定性評價”為輔，在下一輪教學改革中進行持續(xù)改進，對于課程目標1 知識掌握程度不足、課程目標2 分析能力較弱等問題，針對這兩方面學習能力較弱的同學，應當開展針對性的指導，從而提高教學效果。

六、結(jié)束語

數(shù)控技術(shù)是機械設計制造及其自動化專業(yè)理論性和實踐性都很強的核心課程之一，根據(jù)該課程所支撐的12 條畢業(yè)要求中的3 個指標點，采用“一一對應”原則，確定了3 個課程目標，基于工程教育專業(yè)認證理念，圍繞著本課程的3 個課程目標，設計了9 部分理論教學內(nèi)容和2 部分實驗教學內(nèi)容，據(jù)課程目標和教學內(nèi)容，采用課堂講授、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、項目教學和現(xiàn)場答辯等多種教學方式相結(jié)合的方法進行教學，最后，采用過程考核、項目考核、實驗考核和期末考試進行了定量評價，并采用“問卷調(diào)查”的形式進行了定性評價，兩種評價結(jié)果表明學生知識掌握程度有所不足，且分析能力較弱，因此，課程目標達成情況較好地反映了實際教學效果，可以在下一輪教學中有針對性地進行持續(xù)改進。