現代制造業視角下的中職數控加工專業項目式教學探析

【摘要】本文在“連接軸零件的編程與加工”項目模型框架構建基礎上，從提出項目要求、確定計劃、進行決策、實施項目、控制進度、總結評價等六方面對中職學校數控加工專業“項目式”人才培養問題進行分析，旨在培養一批從事操作、編程、調試、維護等數控技術領域的高素質勞動者和技能型人才，為現代制造業的發展提供技能保障。

【關鍵詞】中職數控加工專業 項目式教學

模型構建 實施路徑

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）35-0141-04

《中國制造2025》的出臺，使中國制造業的發展加速，給職教院校帶來了新的機遇和挑戰。如何培養一批專業技術過硬、職業素養較高、知識結構合理的制造業技能型人才已成為職業院校重點研究的課題。數控技術憑借質量穩定、精度高、操作簡單、生產效率高等優點得到了企業的認可，提高了數控加工專業的就業率和職業認可度。但是企業對數控加工專業學生的專業技術、崗位適應性、崗位遷移能力和職業素養提出了更高的要求。為了培養一批適應社會發展、滿足企業需求的高技能、高素質、高標準數控加工專業人才，筆者通過走訪相關企業，深入了解企業對數控技能人才的要求，結合學校實際情況，將涵蓋教、學、做一體的項目式教學法融入數控加工專業教學中，將“項目引領、任務驅動”理念貫穿數控加工工藝、數控編程與數控機床操作等教學過程中，培養了一批具有獨立思考能力、分析問題能力和解決問題能力，能夠適應多崗位、復雜環境的數控專業技能型人才。

一、數控加工專業項目式模型的構建

數控加工專業項目式模型是一種以項目為中心的教學模式，旨在模擬真實生產環境，促進學生實際操作技能和解決問題能力的提升。在這一模型中，學生不僅學習理論知識，還參與真實的數控制造項目，敢于面對挑戰。以數控車削加工實訓課為例，該課程是一門以實際操作為主的課程，教師需借助學校的實訓場地、設施設備等，結合企業實際生產需求，設置具體的實訓項目，通過提出項目要求、確定計劃、進行決策、實施項目、控制進度、總結評價等六個環節設定項目式模型，以提高學生的數控車削加工技術。

主要過程：一是提出項目要求。針對市場和企業真實需求，如機械零件制造或特定行業應用，確定數控車削加工的具體任務，如生產某型號的齒輪或軸承部件。二是確定計劃。根據項目要求，設計詳細的加工工藝流程，包括選擇合適的原材料、工具、刀具路徑、旋轉速度和進給速度等，并參照實際的車削參數數據庫和歷史最佳實踐記錄確定項目計劃。三是進行決策。在教學中，學生需根據所學知識對真實的制造挑戰做出決策，著力解決加工過程中的切削力過大、刀具磨損或表面質量問題。四是實施項目。學生按照確定的計劃，進行數控車削實際操作，涉及機床設置、編程、試削、正式加工等環節。五是控制進度。教師和學生共同監控項目進展，確保項目在預定時間內完成，同時對遇到的技術問題進行實時調整，并分析切削力、溫度和振動等數據，確保加工質量。六是總結評價。完成項目后，進行效果評估，包括零件尺寸精度、表面質量等，并根據實際加工數據進行反饋分析，以此為基礎進行教學總結并給出優化建議。

不過，我們應注意的是，在項目設計初期，要循序漸進、由易到難依次進行，將項目與教學相結合，搭建理論課程與實踐教學之間的橋梁，讓學生真正體驗“干中學，學中干”。如此教學，學生在完成一個個項目的過程中，能夠增強自身的專業技能，提高文化素質，成為一名合格的專業技能“接班人”。

二、構建項目驅動模式的實踐路徑

（一）確定項目要求，優化目標設計

確定中職數控項目式教學的項目要求和優化目標設計是有效構建教學體系的關鍵。首先，明確項目要求。筆者通過查閱近年制造業的統計數據，如制造業的增長率、特定數控技術的應用頻率和市場需求，分析哪些技術和工藝最為緊缺或最受歡迎。如果數據顯示五軸數控機床在航空或汽車行業的應用增長了25.00%，那么筆者就會將項目確定為五軸數控機床的技能訓練；之后筆者再根據學生的基本能力和興趣愛好進一步細化項目要求。例如，通過對前幾屆學生參與的項目質量、效率、創新程度等進行數據分析，識別出如何設置與學生能力相匹配的項目。其次，優化目標設計。目標應具有明確性、可衡量性、可達成性、相關性和時限性（即SMART原則）。為了優化這些目標，筆者利用歷年數據進行預測和模擬，然后引入現代優化算法（如遺傳算法或粒子群算法），確定最佳的工藝參數或機械路徑，確保項目目標的可行性和最佳化。

以“連接軸零件的編程與加工”課程項目的設定為例，一是確定項目考核范圍。考核學生對連接軸零件的數控編程能力，重點包括刀路選擇、切削參數的設置、代碼優化等，考查學生的機床操作技能，包括刀具對刀、原點設置、程序調試等，從原料選擇、加工順序、刀具選擇、裝夾方法等方面進行評估，并采用精密測量工具進行連接軸零件的尺寸、精度和表面光潔度的檢驗。二是進行項目設計。據統計，連接軸零件在機械傳動系統中的應用增長率為18.00%。因此，將此項目設計為培養學生滿足行業對高精度連接軸零件生產需求的能力，教師需要提供高級數控車床、專用刀具、編程軟件、測量工具等，學生需要基于教師提供的圖紙，完成連接軸零件的數控編程、加工和檢驗。三是預期成果。成果一為編程報告，報告需詳細列出刀路策略、切削參數、代碼優化建議等，并根據歷年數據，期望錯誤率低于5%；成果二為工藝流程表，包含詳細的加工順序、刀具選擇、裝夾方法等。四是加工后的連接軸零件。預期零件的精度誤差應小于0.01mm，表面粗糙度（Ra）小于0.8μm。五是評價方式。主要涉及四個評估維度，即根據編程的準確性、優化程度、代碼簡潔性等進行評分，占總評30.00%；根據流程的合理性、刀具選擇的合適性、加工效率等進行評分，占總評25.00%；基于操作的流暢性、機床設置的準確性、成品的質量進行評分，占總評35.00%；考查學生的團隊協作能力、報告撰寫質量等，占總評10.00%。

（二）制訂項目分工計劃，分解任務實施難度

中職數控加工專業項目式教學在制訂項目分工計劃時，需依據多維度的角度進行考量，確保學生的全面培養與實際應用相結合。以“連接軸零件的編程與加工”為例，該項目包括從編程到物理加工的一整套流程。首先，考慮到技術的多層次性，項目分工應從以下幾個方面展開：在刀路編程環節，需對G代碼和M代碼的應用深入理解，涉及數學運算和邏輯推理。因此，對已經具有豐富的基本編程經驗的學生，可賦予此項任務，確保程序的穩定性與高效性。其次，選擇和準備材料及刀具。根據市場數據，不同的連接軸零件根據其應用場景，需要選擇不同硬度和韌性的材料，如45#鋼或40Cr。此環節需要對材料學有深入了解的學生來承擔，確保零件的耐用性和功能性。再次，實際加工操作。實際加工操作是項目的核心，它直接關系到零件的精度和質量。此環節的難度系數較高，歷年來，平均每10名學生中，僅有3名能夠獨立完成零件的精密加工。因此，此任務應分配給操作經驗豐富，且在模擬機床操作中表現優異的學生。最后，零件檢測與質量評價。此環節要求學生掌握各種測量工具，如千分尺、測微計等，并能進行數據分析。根據市場調查顯示，高精度的連接軸零件，其直徑公差通常控制在±0.005mm，而軸向公差則為±0.01mm。因此，此任務應分配給對測量技術有深入研究，且對數值分析敏感的學生。為了更好地執行這一任務，學校可根據學生的專業背景和實際操作經驗，進行合理的人員分配，同時設立導師制度，確保每個環節都有經驗豐富的指導教師現場指導和答疑解惑，確保項目的順利進行，從而培養真正具備實際應用能力的高技能人才。

（三）進行決策，完善項目實施進程

在中職數控加工專業項目式教學中，決策環節對確保項目按計劃推進至關重要。這一環節應基于精準的數據分析，確保決策的合理性和實施的有效性。首先，項目決策要依托完善的數據收集與分析系統。例如，針對“連接軸零件的編程與加工”這一主題，教師可以通過設置傳感器來實時監控機床的運行狀態，如刀具磨損程度、機床溫度和切削力等。根據市場數據，合格的連接軸零件在編程與加工過程中，機床的穩定運行時間應達到95.00%，刀具更換頻率應低于每4小時一次，且切削力應保持在穩定范圍內，超出范圍的次數不得多于10次。其次，基于上述數據制訂決策流程和標準。如當機床穩定運行時間低于90.00%或刀具更換頻率超過每3小時一次時，需要立即調整編程參數或更換刀具。如果切削力超出穩定范圍的次數超過7次，可能需要對零件的固定方式或切削參數進行優化。最后，還需確保與行業標準和要求對接。合格的連接軸零件的直徑公差和長度公差分別控制在±0.005mm和±0.01mm，因此，決策時還需結合行業標準，對項目進行細致地調整和完善，確保達到或超過行業要求。

（四）實施項目，注重主體參與

項目實操階段是整個實踐活動的核心環節，該階段學生可依據前面環節指定的項目任務卡和各小組的具體任務，通過已經確定的設計圖紙，完成連接軸零件程序的編制環節，然后按照任務分工通過詳細的記錄依次完成基本操作和手動對刀練習、模擬加工、檢驗程序、實際操作加工連接軸零件、檢驗連接軸零件的加工精度等實操環節。在該實操環節中，教師要嚴格把控每一個環節，通過對所遇到問題的難易程度、普遍性與個性化等進行確定，然后進行重點、難點分析，提供解決問題的思路，指引完成項目的途徑。在項目實操過程中，學生作為實操主體，教師應該詳細地向學生介紹數控車床的實用原理和基本構造，以及目標任務是否可以通過數控車床完成，確保學生在熟悉使用設備的前提下進行機械操作，再經教師指導，將指令輸入到計算機數控仿真加工系統中，系統在接收到相關指令后開始仿真操作。

在指導過程中，教師要注意把握好“度”，不能用自己的專業和經驗來禁錮學生的思維。教師在指導時重點要挖掘學生的潛力，促進學生的思維發展，培養學生的實踐探究能力。在項目實操過程中，教師要重點監督各個工步的劃分及安排、走刀路線及切削、刀具的幾何形狀等，并且督促學生做好記錄，填寫零件加工表和工藝加工卡，以此推動項目任務向縱深發展。對難于掌握的操作，教師要指導學生加以改進，讓學生在多次實操后掌握要點，在實體情境中不斷嘗試改進，形成肌肉記憶，確保順利完成任務，達到掌握連接軸零件的編程與加工技能的目的，為今后就業打下堅實的技能基礎。

（五）控制進度，規避實操盲點

在中職數控加工專業教學中，對項目進度的控制和實操盲點的規避也是至關重要的。以“連接軸零件的編程與加工”為例，這是一個具體的實操教學項目。首先，在決策階段，考慮到軸零件的特性，我們需要選擇合適的加工設備、工藝和刀具。由于軸類零件的特點是旋轉對稱，長軸向尺寸可能導致刀具偏折，所以對冷卻潤滑的要求很高。在真實的生產環境中，將近40.00%的軸零件刀具損壞是由于冷卻潤滑不足導致的。其次，在加工過程中的刀具損耗過大或零件出現加工誤差較大。為此，在最新的數控系統中加入了針對軸類零件的專門編程和仿真模塊，這些模塊能夠根據材料、硬度等參數自動調整刀具參數。最后，結合“連接軸零件的編程與加工”項目，教師應強調實際加工過程中的冷卻潤滑問題，指導學生合理選擇和使用冷卻液，合理設置冷卻噴嘴的位置和方向，確保刀具在加工過程中得到充分冷卻和潤滑。此外，學生應在每次仿真和實際加工后，記錄刀具的使用狀態，包括刀具的損耗程度、加工面的質量等，以便在后續的分析和總結中得到更加客觀合理的數據。教師可以引導學生定期進行項目進度的檢查和調整，每完成一個關鍵步驟后，都進行一次項目進度的檢查，評估當前的進度與計劃之間的偏差，然后再根據實際情況調整后續的計劃，確保每一個步驟都得到充分的關注和管理，從而確保項目的高質量完成。

（六）創建總結評價體系，提升課程實施效果

“連接軸零件的編程與加工”項目實操環節是該項目的核心環節，教師在指導學生高質量完成實操后，還需要做好本次項目的總結和評價。

第一，對成果進行總結。做好項目的歸納、總結和分析，能夠進一步提高整個課程實施效果。教師組織項目組的所有成員，按照實操環節，將每個小組的階段成果進行展示，由小組之間互相點評，總結階段成果的優缺點和經驗教訓，并提出最優方案，便于后期調整教學計劃和教學方案，最后教師和各小組成員對整體項目中從零件到圖紙的整體構思、生產過程以及尺寸控制進行總結反思。

第二，對成果進行展示評價。項目實操成果并不是教學的唯一目的。學生參與實操獲得肯定是激發學生實踐參與性、探究性、自覺性的重要原因，授課教師可以邀請學校其他教師和學生對本次項目進行評價，對每個小組的成品進行編號展示，通過小組自評、小組互評、教師測評、專家點評的方式，對每個成品進行評價，對不同層次的學生進行全方位的點評，在肯定學生能力、創意的同時，對其操作中存在的相應問題也一一指出，方便學生自我糾正與改進，從而真正提高教學效果。

以“連接軸零件的編程與加工”項目評價為例，該項目評價主要涉及五個細致維度的深層次評估。一是理論知識測試：采取閉卷考試的方式評估學生對連接軸零件的基礎知識、編程原理和加工流程的掌握情況。如問答題“描述連接軸零件的基本結構及其功能”，選擇題“在CNC編程中，G01代表什么操作？”等。二是編程能力評估：對學生提交的數控編程代碼進行審查，并考查編程的準確性、優化程度以及代碼的規范性。如要求學生為某一個復雜的連接軸零件編寫CNC編程代碼，師生評估其代碼的邏輯性、注釋清晰度以及是否能加工出精確的零件。三是加工操作評估：要求學生在實際機器上完成零件的加工，觀察他們操作機床的熟練程度和零件加工的精準性以及高效性。如對一個特定的連接軸零件設計，學生需在限定時間內完成其加工，并要求加工精度在±0.005mm內。四是團隊合作與項目管理評估：包括團隊溝通記錄、任務分工表、團隊會議紀要等材料的提交與審查，對編程與加工任務的分工、資源的調配、風險的預估與處理進行評價。五是最終產品評估：除了加工精度，還要評估零件的表面質量、結構完整性等。考查學生使用測量工具如卡尺、微米表進行實際測量，或使用三坐標測量機進行高精度檢驗的能力。如完成連接軸零件需在三坐標測量機上進行測量，確保其各項尺寸、形位公差都滿足預設標準。

第三，對學生進行多角度考核。理論成績并不是項目教學法評定學生優、良、差的主要標準，項目教學法注重培養學生的動手實操能力，也關注學生在實操中的具體表現，包括主觀方面（學習態度、出勤、安全文明、團結協作）、階段性測試成果的質量、任務量、答辯、資料整理等方面的考核。主觀方面考核占比不高于30.00%，由教師考核、小組考核和自我考核三方面決定。項目實操過程考核是整個考核的核心，其比例不低于60.00%，由小組考核、教師考核、其他專家考核、自我考核等四方面組成。其他環節考核占比不高于10.00%。教師要引導學生客觀評價自己，正確評價別人。此外，教師要多發掘學生優點，多用積極的語言進行鼓勵評價。

三、教學反思

通過“連接軸零件的編程與加工”實操中采用項目化教學的方式，相較傳統教學方法，該項目教學法既完成了知識傳授的教學任務，又提升了學生的實際動手操作能力，使學生在校期間能近距離接觸企業，掌握企業真正對技能需求的標準，在規避課程教學內容枯燥難懂、重理論輕實踐的前提下，實現與崗位“零距離”接觸，形成“所學即所用”的良好局面，為學生未來在職場的發展打下了良好的基礎。作為項目教學的主導者，教師要具備良好的職業道德和專業的技能技術。我校教師主動走訪相關企業實地調研，掌握現今企業對數控技術的具體需求，精準制訂專業培養方向。通過校企合作、學徒制、工學結合等方式，專業教師定期或不定期深入企業，真實了解企業需求、產品的具體生產過程，不斷提升自身的專業素養，為項目化教學模式的開展墊定技術基礎。

隨著全球制造業的持續發展，數控加工專業技術已經不僅僅是機械加工的技能培訓，而是與大數據、人工智能、機器人技術等深度融合，構建未來的智能制造體系的技術。以后，在中職數控編程與加工項目教學中，我們將更加重視數據分析與算法訓練，提高學生對復雜生產環境的適應性和創新能力，同時逐步將機器學習引入數控加工之中，如預測工具磨損、優化切削參數等，以達到提高生產效率、降低成本的目的。

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作者簡介：譚青絲（1984— ），廣西環江人，本科，講師，主要研究方向為數控加工技術。

（責編 林 劍）