賈孝偉 宋衛(wèi)海 劉明明 李曰陽(yáng)

（山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

2013 年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)工業(yè)4.0 工作組作了 《保障德國(guó)制造業(yè)的未來(lái)——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0 戰(zhàn)略的建議》的總結(jié)報(bào)告，報(bào)告提出了工業(yè)4.0 的概念。為對(duì)接德國(guó)“工業(yè)4.0”，自2015 年5 月國(guó)家有關(guān)部門(mén)印發(fā)了一系列有關(guān)制造業(yè)發(fā)展的文件，包括《中國(guó)制造2025》（國(guó)發(fā) 〔2015〕28 號(hào)）《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》（教職成〔2016〕9 號(hào)）。根據(jù)文件中指出的制造業(yè)發(fā)展存在的人才缺口問(wèn)題，自2017 年2 月，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，形成了“復(fù)旦共識(shí)” “天大行動(dòng)”，探索工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)人才，助力中國(guó)制造業(yè)發(fā)展。

山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院堅(jiān)持“以農(nóng)為基，以工為主，農(nóng)工融合”的辦學(xué)定位，形成了以工學(xué)為主體、農(nóng)業(yè)工程為特色的學(xué)科專業(yè)體系。學(xué)校對(duì)2019 級(jí)機(jī)械電子工程專業(yè)（本科）進(jìn)行了“新工科”專業(yè)教學(xué)改革，著力培養(yǎng)一批能在機(jī)械電子工程領(lǐng)域（特別是智能農(nóng)業(yè)裝備與系統(tǒng)方向）從事設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行管理、技術(shù)服務(wù)等方面工作的高素質(zhì)創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

《中國(guó)制造2025》提出要開(kāi)發(fā)一批精密、高速、高效、 柔性數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備及集成制造系統(tǒng)，加快高檔數(shù)控機(jī)床、增材制造等前沿技術(shù)和裝備的研發(fā)?！吨圃鞓I(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》列出的“制造業(yè)十大重點(diǎn)領(lǐng)域人才需求預(yù)測(cè)”，也包含高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域。作為機(jī)械電子工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)課，數(shù)控編程及加工綜合了“機(jī)械制造技術(shù)”“現(xiàn)代機(jī)床設(shè)備”“數(shù)控編程加工”等多學(xué)科的知識(shí)，是智能加工的初級(jí)形式，與智能加工有著密切關(guān)系，在新工科建設(shè)中，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)研究具有重要意義。

1 數(shù)控編程及加工課程的現(xiàn)狀與問(wèn)題

山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)的數(shù)控編程及加工課程開(kāi)設(shè)在第6 學(xué)期，教材選用高等教育出版社陳洪濤主編的數(shù)控加工工藝與編程（第三版），主要講授數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)、數(shù)控編程基礎(chǔ)、數(shù)控車(chē)床鏜銑床和加工中心的加工及其程序編制，以及數(shù)控電火花線切割加工等理論知識(shí)，并安排數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)。

課程現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：

（1）學(xué)習(xí)內(nèi)容多，課時(shí)少，教學(xué)方法較為傳統(tǒng)：為適應(yīng)新工科建設(shè)，學(xué)校在學(xué)生人才培養(yǎng)方案中增加部分智能控制相關(guān)課程，對(duì)數(shù)控編程及加工的學(xué)時(shí)進(jìn)行了適當(dāng)壓縮，總學(xué)時(shí)由原來(lái)的48 學(xué)時(shí)改為32 學(xué)時(shí)，理論16 學(xué)時(shí)、實(shí)踐16 學(xué)時(shí)，理論授課與實(shí)踐分開(kāi)進(jìn)行。理論教學(xué)采用課堂多媒體教學(xué)，通過(guò)幻燈片講授數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)、數(shù)控編程基礎(chǔ)、數(shù)控車(chē)床鏜銑床和加工中心的加工及其程序編制等知識(shí)，以教師講授、學(xué)生被動(dòng)接受的灌輸式教學(xué)為主；實(shí)踐教學(xué)主要分為兩個(gè)模塊，包括基于數(shù)控仿真軟件的數(shù)控車(chē)床及銑床的仿真操作教學(xué)和數(shù)控加工實(shí)際操作。

（2）理論學(xué)時(shí)在前，實(shí)踐學(xué)時(shí)在后，理論與實(shí)踐不能結(jié)合：數(shù)控編程及加工課程理論授課與實(shí)踐分開(kāi)進(jìn)行，先理論后實(shí)踐的教學(xué)模式使學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐分離。在理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生因?yàn)閷?duì)數(shù)控加工沒(méi)有直觀認(rèn)識(shí)，沒(méi)有帶著任務(wù)和問(wèn)題有針對(duì)性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)目的、興趣和動(dòng)力，難以掌握數(shù)控技術(shù)理論知識(shí)。在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的時(shí)候，數(shù)控技術(shù)理論知識(shí)不扎實(shí)的問(wèn)題又會(huì)反過(guò)來(lái)影響實(shí)踐，比如因?yàn)闆](méi)有掌握編程知識(shí)，學(xué)生無(wú)法獨(dú)立讀懂、編寫(xiě)數(shù)控程序，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)參與度低。這種先理論后實(shí)踐，理論與實(shí)踐脫離的教學(xué)方法難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，保證教學(xué)質(zhì)量。

（3）片面重視數(shù)控加工程序的編制，忽視零件數(shù)控加工工藝的分析：數(shù)控編程及加工教學(xué)過(guò)程片面重視數(shù)控加工程序的編制，偏重編程指令格式及應(yīng)用的講解，忽視對(duì)零件數(shù)控加工工藝的分析。在實(shí)際數(shù)控加工中，數(shù)控編程指令需根據(jù)數(shù)控加工工藝編寫(xiě)，沒(méi)有具體合理的加工工藝，數(shù)控編程無(wú)從談起。在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控加工工藝制定也是工作人員必備、新入職人員又缺乏的能力。

（4）課程考核以閉卷筆試為主：試卷注重考查學(xué)生數(shù)控加工技術(shù)的基本知識(shí)，學(xué)生往往通過(guò)死記硬背課本知識(shí)來(lái)應(yīng)付考試，實(shí)際編程、加工能力難以得到提高。

2018 年2 月教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)，大學(xué)生本科專業(yè)教育質(zhì)量評(píng)價(jià)要突出學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)。學(xué)校目前的數(shù)控編程及加工教學(xué)現(xiàn)狀，仍然以教師教授為中心，不能較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的操作能力，難以培養(yǎng)出滿足需求的人才，為更好地建設(shè)新工科專業(yè)，數(shù)控編程及加工課程改革勢(shì)在必行。

為解決傳統(tǒng)數(shù)控編程及加工教學(xué)偏編程、不重工藝和加工的問(wèn)題，更好地提高學(xué)生實(shí)際工程技能，通過(guò)參考相關(guān)研究，對(duì)數(shù)控編程及加工課程進(jìn)行了教學(xué)改革，改革后的數(shù)控編程及加工課程采用項(xiàng)目化教學(xué)法，在理論學(xué)習(xí)之前先對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)控加工通識(shí)教育，激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)控編程及加工的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，學(xué)習(xí)過(guò)程中，注意引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控加工工藝知識(shí)，并在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)及數(shù)控加工相關(guān)題目，提高學(xué)生的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、加工、操作能力和創(chuàng)新意識(shí)。

2 數(shù)控編程及加工課程項(xiàng)目化教學(xué)目標(biāo)

為切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，針對(duì)學(xué)生因?yàn)闆](méi)有帶著任務(wù)、問(wèn)題進(jìn)行數(shù)控編程及加工學(xué)習(xí)的情況，決定在教學(xué)改革中采用項(xiàng)目化教學(xué)法，項(xiàng)目取材于學(xué)生校外實(shí)踐基地，并設(shè)置了明確的課程教學(xué)目標(biāo)。

（1）知識(shí)目標(biāo)：熟悉數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，了解數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及工作原理，掌握數(shù)控加工基礎(chǔ)與編程知識(shí)。（2）能力目標(biāo)：掌握簡(jiǎn)單的數(shù)控加工技術(shù)，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控加工操作。（3）素質(zhì)目標(biāo)：具有認(rèn)真仔細(xì)、實(shí)事求是、精益求精的學(xué)習(xí)態(tài)度、良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和對(duì)實(shí)際加工問(wèn)題的觀察、分析、判斷、解決能力。

3 數(shù)控編程及加工課程項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)

數(shù)控編程及加工課程項(xiàng)目化教學(xué)改革，從課程內(nèi)容、實(shí)施方法、評(píng)價(jià)方式和課程活動(dòng)四個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）課程內(nèi)容：根據(jù)項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)要求，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。課程教學(xué)內(nèi)容打破常規(guī)的知識(shí)化章節(jié)形式，選擇工業(yè)項(xiàng)目作為教學(xué)核心，以項(xiàng)目進(jìn)度串聯(lián)起課本知識(shí)點(diǎn)。工業(yè)項(xiàng)目從學(xué)生校外實(shí)習(xí)基地得到，有聯(lián)合收割機(jī)混流風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)法蘭、軸承座、風(fēng)機(jī)軸和全開(kāi)式水泵葉輪加工。

（2）實(shí)施方法：為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)，教學(xué)過(guò)程采用多種教學(xué)方法。為讓學(xué)生了解實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)械加工情況，本課程利用學(xué)生學(xué)年綜合實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生到農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)制造技術(shù)。開(kāi)展項(xiàng)目化教學(xué)，可使學(xué)生帶著問(wèn)題有目的地學(xué)習(xí)。教學(xué)采用翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生提前學(xué)習(xí)，節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間，并在課堂教學(xué)中引入視頻資源，使學(xué)生直觀了解數(shù)控加工過(guò)程，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

（3）評(píng)價(jià)方式：課程基礎(chǔ)知識(shí)評(píng)估仍以卷面考試為主（滿分100 分），占40%。卷面考試雖然不是工程科目最好的考核方法，但對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)，考試是較為客觀的評(píng)估方式。試卷命題以工程應(yīng)用為目的，對(duì)考試內(nèi)容、 出題方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。項(xiàng)目執(zhí)行考核評(píng)價(jià)占60%，考核評(píng)價(jià)過(guò)程如下：考核評(píng)價(jià)分為過(guò)程考核和總結(jié)考核兩個(gè)部分。過(guò)程考核中，學(xué)生需要在工藝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，講解零件的設(shè)計(jì)思路，畫(huà)出工藝圖紙；在數(shù)控程序編制階段，按照工藝圖紙，編寫(xiě)數(shù)控加工程序；在實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)行軟件仿真加工和實(shí)際機(jī)床操作。教師需對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，滿分100 分，取各環(huán)節(jié)平均分作為過(guò)程考核分。項(xiàng)目完成后，學(xué)生上交項(xiàng)目完成總結(jié)報(bào)告和所加工零件，教師對(duì)零件質(zhì)量和報(bào)告質(zhì)量進(jìn)行打分，作為總結(jié)考核分（零件質(zhì)量考核占60%，報(bào)告質(zhì)量考核占40%，滿分100 分）。最后將過(guò)程考核分和總結(jié)考核分按60%、40%計(jì)算得到項(xiàng)目執(zhí)行考核分?jǐn)?shù)。評(píng)價(jià)過(guò)程涉及學(xué)生學(xué)習(xí)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，側(cè)重于評(píng)價(jià)學(xué)生數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能力。

（4）課程活動(dòng)：畢業(yè)設(shè)計(jì)是工程學(xué)科教育教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)控編程及加工課程的學(xué)習(xí)，鞏固提高其知識(shí)能力，在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)階段融入數(shù)控加工技術(shù)，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵零件的數(shù)控工藝制定、加工程序編寫(xiě)和加工操作等，通過(guò)機(jī)床設(shè)計(jì)，數(shù)控加工，加深學(xué)生對(duì)數(shù)控原理、裝置、伺服系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控加工技術(shù)等模塊知識(shí)的理解。

4 課程項(xiàng)目化教學(xué)改革實(shí)踐

（1）在學(xué)習(xí)之初，為學(xué)生確定如下課程目標(biāo)。在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生要針對(duì)數(shù)控加工項(xiàng)目，按照課程學(xué)習(xí)進(jìn)度，讀圖、分析零件圖紙、制定加工工藝、編寫(xiě)加工程序、選取毛坯和刀具、用軟件進(jìn)行仿真加工，最終在數(shù)控機(jī)床上加工出滿足設(shè)計(jì)圖紙要求的零件，將課程教學(xué)過(guò)程與項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程融為一體。學(xué)生要確定零件加工工藝方案、加工參數(shù)和加工路徑，完成項(xiàng)目工藝卡片和加工程序等技術(shù)性文件，教師以此對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核總結(jié)。

（2）確定數(shù)控加工項(xiàng)目，項(xiàng)目?jī)?nèi)容的確定和分配遵循“實(shí)用性、可行性和綜合性”原則。實(shí)用性要求項(xiàng)目要貼近實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到學(xué)有所用；可行性是指項(xiàng)目要難度適中，學(xué)生經(jīng)過(guò)一定努力能夠完成；綜合性是指項(xiàng)目要盡量多包含與數(shù)控技術(shù)有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，讓每一個(gè)項(xiàng)目都能使學(xué)生鞏固數(shù)控技術(shù)知識(shí)點(diǎn)。

（3）在理論學(xué)習(xí)之前先對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)控加工通識(shí)教育。通過(guò)觀看數(shù)控加工視頻和參觀數(shù)控加工車(chē)間，讓學(xué)生對(duì)數(shù)控加工有一個(gè)直觀認(rèn)識(shí)。指導(dǎo)學(xué)生在通識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中構(gòu)思項(xiàng)目的加工方法，激發(fā)學(xué)生分析圖紙、制定加工工藝和編寫(xiě)加工程序的興趣，使學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行后面的理論學(xué)習(xí)。

（4）改革理論學(xué)習(xí)。精選理論知識(shí)內(nèi)容，如對(duì)基本概念、基本原理、編程技術(shù)、原理進(jìn)行講解，強(qiáng)化知識(shí)在加工工藝分析和編程中的有效性。為彌補(bǔ)理論學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題，在理論教學(xué)方面，采用線上、線下結(jié)合的模式。適當(dāng)引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法，教師根據(jù)教學(xué)安排，通過(guò)布置課后問(wèn)題的形式指導(dǎo)學(xué)生預(yù)先在網(wǎng)上學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，課堂上對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行問(wèn)答、討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力。線上線下學(xué)習(xí)與課堂討論可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，在保證教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，縮短線下授課時(shí)間。

（5）數(shù)控編程及操作實(shí)踐性強(qiáng)，考驗(yàn)學(xué)生的實(shí)際操作能力，是數(shù)控編程及加工的重要部分，為使學(xué)生較好地掌握數(shù)控編程及操作，要保證學(xué)生有足夠的時(shí)間進(jìn)行上機(jī)操作。在學(xué)生完成理論學(xué)習(xí)，能進(jìn)行基本的工藝分析和編程后，安排學(xué)生針對(duì)項(xiàng)目運(yùn)用數(shù)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真加工，教師要利用案例教學(xué)法對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生數(shù)控仿真軟件和數(shù)控機(jī)床的使用進(jìn)行必要知識(shí)和技能的培訓(xùn)。

（6）數(shù)控加工。根據(jù)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)成績(jī)，有針對(duì)性地將學(xué)生分成不同小組，3～5 人一組，成立數(shù)控加工小組，分別負(fù)責(zé)工藝制定、數(shù)控程序編寫(xiě)和數(shù)控加工。產(chǎn)品加工完成后，分別對(duì)過(guò)程中制定的零件加工工藝和零件成品的加工精度進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。

5 結(jié)語(yǔ)

（1） 在理論學(xué)習(xí)之前增加數(shù)控加工通識(shí)教育，使學(xué)生對(duì)數(shù)控加工有了直觀了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控加工技術(shù)的興趣，使學(xué)生能夠帶著問(wèn)題進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，能夠在理論學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行操作想象，聽(tīng)課時(shí)更有目的性，更有情境感。

（2） 理論學(xué)習(xí)過(guò)程以數(shù)控加工項(xiàng)目為切入點(diǎn)，課程每一部分對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的一部分任務(wù)，并將任務(wù)完成結(jié)果作為評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)情況的重要參考，使數(shù)控加工項(xiàng)目與數(shù)控編程知識(shí)學(xué)習(xí)密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)。

（3） 將數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)和數(shù)控加工融入畢業(yè)設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步鞏固了學(xué)生對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生從數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、 工作原理到數(shù)控加工技術(shù)，有了全面了解，其中數(shù)控加工工藝的制定和數(shù)控加工操作使學(xué)生對(duì)未來(lái)本行業(yè)的工作有了初步認(rèn)識(shí)，使其在畢業(yè)就業(yè)后能很快融入實(shí)際生產(chǎn)工作中。