“數控編程及零件加工”課程教學改革研究

金星　魏秀琴　劉振超

摘 要：通過對“數控編程及零件加工”課程教學方式的分析研究，提出課程教學改革設計，包括教學模式、教材設計和實踐教學環節的改革，通過引入先進技術、人物事跡課程思政元素，增強學生對專業的認同感和工匠精神，靈活運用職教云平臺、虛擬仿真實訓室，讓學生學習數控編程簡單易懂，而且還可以通過虛擬仿真驗證編寫程序準確性，有效提高了學生學習數控編程及零件加工的興趣、熱情和職業技能。

關鍵詞：數控編程及零件加工 教學改革 虛擬仿真 教材設計

1 引言

隨著機械制造業的發展，數控加工技術已經規范普及使用，數控加工技術的應用給傳統制造業帶來了革命性變化。因此，“數控編程及零件加工”是機械制造大類專業應用很強的一門專業課程，要求學生不僅要掌握各種編程指令的格式，還要通過實踐訓練掌握指令應用和工藝設計的能力。為了適應機械制造業的發展，滿足企業對高職學生技能需求，大量高校在數控編程及零件加工課程進行了深入研究，例如：在教學設計中加入現場加工視頻、微課、仿真動畫等相關資源[1]；采用課上課下相結合的教學方式；課證融通一體化教學模式；采用演示法、啟發式、研討式教學模式等。數控編程及零件加工課程的教學改革對機械制造類專業人才培養起著至關重要的作用，結合現有的課程教學改革教學方向，文章提出以學生為主體，采用線上線下混合式教學模式，設計活頁式新形態教材，賽課證融通、虛擬仿真四個方向進行改革，以提升課程教學效果，使得學習編程和工藝設計易學、易懂、易用。

2 “數控編程及零件加工”課程教學現狀

“數控編程及零件加工”課程的教學環節一般分為理論教學和整周實訓教學兩部分，由于受到教學設備和傳統教師講授觀念的影響，該課程在教學實施過程中主要存在以下3個問題。

2.1 教學內容與機械加工工藝設計脫節

很多教材內容只注重指令格式及應用。導致教學過程中大部分都是講解指令，然后針對典型案例進行數控編程。對于學習機械制造類專業的學生來說，學習數控編程不僅僅是學會指令格式及應用，更應該會分析零件技術要求，根據技術要求設定機械加工工藝方案，選擇合理的切削用量，然后編寫零件數控加工程序，調試程序，進行現場加工。

2.2 教學模式陳舊

傳統的教學模式下，課堂教學時，教師一般先講解指令格式及各參數含義，然后針對典型零件輪廓進行演示編程思路講解，采用灌輸的方式進行知識輸出。這種被動接受的教學方法使學生的主觀能動性變弱，自主思考的時間很少，影響學生的學習積極性，難以激發學生的創新思維能力，很容易讓學生失去對本課程的學習興趣。教學設計比較常規，師生之間的互動性不足，無法及時了解學生的真實學習效果，教學評價方式過于陳舊，雖然課程成績是過程成績和最終考核兩部分組成，但是過程性考核評價不足，且評價不夠多元化。

2.3 實踐教學乏味

理論結束后再進行數控編程及零件加工整周實踐教學，導致理論與實踐銜接不夠緊密，上完理論課再上實訓課，理論教學和實踐教學不能進行有效的銜接，不利于學生對專業知識和職業技能的融會貫通。實訓課通常都是教師先給出零件圖，老師演示該零件編程思路，同學們按照規范要求操作數控機床，練習加工項目，最后完成1份實訓報告。整個過程忽略了“精益求精”的工匠精神，無法培養學機械加工藝設計和技能操作的綜合能力。

為解決以上這些問題，針對該課程改革勢在必行，文章提出以學生為主體，采用線上線下混合式教學模式，設計活頁式新形態教材，教學內容賽課證融通，運用虛擬仿真進行理論教學，將技能大賽考核元素融入到實踐教學環節。

3 “數控編程及零件加工”課程教學改革思路

3.1 教學內容改革

基于課證融通的教學理念，將技能大賽內容和標準與課程教學內容互相融合，將理論與實踐相結合，以職業能力培養為重點，以項目任務為主線，以工作過程為導向，采用常見加工零件為載體設計教學，將課程內容設計為兩大模塊，10個項目，如表1所示。

3.2 教學模式改革

混合式教學模式是將線上教學與傳統課堂教學有機結合起來的一種新的教學模式，學生由被動變主動，教師由主導變為引導，授課教學團隊需要整合各類教學資源，充分利用數字化和網絡教學平臺的，合理設計教學活動，將線上教學與線下教學有機結合，將教師引導與學生自主學習相結合，將理論與實踐相結合，使學習活動更加豐富靈活，教師根據學生的作業、測試、主題討論和匯報結果等具體反饋，對教學設計進行動態調整，加強了師生之間的溝通，全面提升教學質量。

以階梯軸類零件車削加工為例，將本次課的教學細化為課前、課中、課后三個過節，對三個環節進行過程性考核。

課前自學階段：老師將本此課的微課視頻、課件、大國工匠人物故事視頻、學習指南上傳到智慧職教平臺，通過班級公告下發學習任務，發布了端面切削單一循環指令G90預習知識點測驗及數控加工大國工匠人物故事閱讀觀后感討論活動。通過網絡平臺，學生可以進行提問，教師進行答疑、學生之間也可互評，通過平臺教師能實時掌握學生的課前學習情況，教師可以根據學生的問題給與反饋，及時優化調整教學設計，使線下課堂授課針對性更強，同時課前安排也可以督促學生培養良好的學習習慣。

課中導學：教師首先根據課前學生的自學出現的問題進行集中講解，讓學生知道錯點，進而強調本次課的教學重難點。

老師以崗位實際工作任務為導向，以學生為中心，教師引導下，學生圍繞老師下達的典型零件的加工任務在虛擬教學環境和數控機床實訓室相結合的學習環境下開展學習。線下教學過程可以梳理為為零件分析、工藝方案制定、編程驗證、零件加工這四個環節。以小組為單位，教師發布任務單，學生根據零件的技術要求，制定加工工藝路線，編寫其數控加工程序并進行加工。設各小組對所要加工的零件先進行零件技術性和工藝分析，明確主要加工表面及會通過查表明確外圓的公差等級，并將分析結果反饋于任務單，教師巡回查看，發現問題予以糾正補充。接下來，學生制定零件的加工工藝方案，教師安排學生分組進行加工工藝方案展示，由其他小組的同學對其進行評價，如有問題，可以進行討論，教師針對各組的作品進行點評和答疑。教師引導學生進行自主編制程序，充分利用數控加工仿真軟件的優勢，驗證編程的正確性，教師在職教云發布頭腦風暴活動：上傳虛擬仿真加工結果圖到平臺，學生的學習成果及問題能夠及時地在平臺上反饋，利用平臺教師能夠快速的掌握各小組編程情況，給與評價，針對出現的問題進行答疑解惑。最后學生到現場設備上進行加工，加工出零件，先進行自評，通過小組自評讓學生能夠對自己的思維方式、小組內部協作、工作能力進行反思、總結進而不團提高。小組之間開展互評，在此過程中鍛煉學生小組協作的能力和培養學生精益求精的工匠精神。教師安排小組互評、檢驗零件加工的是否達標標。

課后拓學：要求學生按時完成課后拓展的加工作業，在職教云平臺完成課后評價和自我總結。

對學生學習的課前、課中、課后這三個環節，從知識、能力、素養三個方位評價學生，全過程基于職教云平臺和仿真系統對學生定量的考核、線下實操評分標準評價對學生進行定性、定量考核，思政素養的考核通過學生作業過程中的評分表內的素養模塊（職業道德、團隊協調能力、工作態度等）考核。

3.3 教材改革

立德樹人是教育的根本任務，職業教育教材作為高技術高素質人才培養的重要載體，在職業教育中起著非常重要的作用。針對“數控編程及零件加工”課程涉及到的加工及編程內容，將機械制造工藝設計、公差配合、機械識圖等基礎知識融入教學項目中，對接職業標準和崗位規范，融合大賽標準，邀請企業專家共同開發設計符合生產實際的活頁式教材，實現專業知識的綜合應用，同時要將工匠精神、勞模精神、職業道德等思政元素有效融入到教材建設中，教材建設不但要注重知識、能力的傳播，還要關注思政教育元素。

教材在內容上設計有以下四個特點：

（1）以培養學習者的職業能力為中心，以項目任務為主線，以工作過程為導向，采用常見加工零件為載體設計教學，教學內容強調基礎性和實踐性。

（2）課程內容的安排上依據由淺入深、層層遞進，從理論到虛擬仿真再到實踐的模式，將理、虛、實有機結合，改變先集中學習指令再到實踐應用的教學模式。

每個實訓任務都設計有“任務單”，如圖1所示，該任務單操作性和指導性強，不僅促進學生自主學習，還可以檢驗學生學習效果，老師能通過任務單隨時查看學習進展和成果，讓自主學習更高效。

（4）通過拓展閱讀中的人物故事、先進技術等模塊將專業認同感、工匠精神、職業素養等思政元素融入教材，如圖2所示。

“數控編程及零件加工”課程活頁式教材強調在理解編程指令和工藝設計的基礎上進去虛實實踐與應用，突出了高等職業教育的職業性和實踐性[3]。同時還可根據機械加工行業發展動態，及時將學科最新工藝、新設備、新技術、安全規范補充到到教材中，以最快的方式呈現給學生，增強了教材的靈活性和時效性。

3.4 實踐教學改革

實踐教學是提高學生職業技能水平和創新能力的關鍵環節。為了改善學生機械式按照實訓指導書操作完成實訓任務的現狀，提高學生之間的團隊合作和溝通能力，將“數控編程及零件加工”實踐環節內容與“工業設計技術”賽項技能大賽內容融通，實訓項目以小組競賽模式完成，提升學生的學習興趣[4]。采用企業班組管理制度，引入企業文化，讓學生進入角色，以小組為單位，每人發一個毛坯工件，要求每個學生必須完成實訓項目中的所有任務。

待每個小組都完成任務，小組之間依據評分標準進行評分、教師根據評分標準現場打分。這種通過引入比賽的形式和評分標準完成實訓教學，達到了“以賽促學、以賽促教、以賽促改”的目的，為學生參加就業奠定了良好的職業基礎。

4 結語

“數控編程及零件加工”課程可以使學生掌握數控編程指令格式及產品工藝設計，熟練應用各種指令進行回轉類零件、箱體類零件數控編的能力。筆者本著讓學生易學、易懂、易用的目的，在教學模式上通過職教云平臺進行線上線下混合式教學，教師由教的角色變為指導，學生由被動變主動，學習活動更加豐富靈活，教學效果提升。同時將虛擬仿真加工引入課堂，每位學生最終將自己編寫好的數控加程序導入到仿真加工軟件中進行驗證，驗證正確，在職教云“頭腦風暴”活動中上傳加工結果，做到每一位同學都能參與其中。在教材設計上采用活頁式教材，根據課程的特點和教學內容，在教材中加入相應的思政內容，幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀，并在具體實踐中培養學生“精益求精”的職業素養。在教學實踐實踐環節，為了培養學生“注重細節，嚴謹求實”作風，將“數控編程及零件加工”實訓環節內容與“工業設計技術”賽項技能大賽內容融通，引入競賽中數字化制造與職業素養模塊的評分標準，設計出適合課堂教學的實訓項目，有效提高了學生學習數控編程及零件加工的興趣、熱情和職業技能。

基金項目：1.2022 年度柳州鐵道職業技術學院重點教材建設項目（2022-JC026）。

2.柳州鐵道職業技術學院數控加工工藝及編程思政示范課項目（2022-KCSZ36）。

參考文獻：

[1]鄒軍.《數控加工工藝與編程》課程教學改革研究與實踐，現代制造技術與裝備，2018（10）：218-220.

[2]劉媛媛.電氣控制與PLC應用課程的教學實踐.電子技術，2022（3）：140-141.

[3]朱飛曄.“三教”改革背景下高職院校活頁式教材開發與研究—以《幼兒園教育活動設計與指導》課程為例[J].陜西教育（高教），2022（9）：76-77.

[4]張俊男，劉娉婷.基于技能大賽與教育教學深度融合的“機床電氣控制與 PLC”模塊化教學與研究的實踐[J].現代制造技術與裝備，2021（3）：206-207.