陳 博，田 斐，張立昌，楊 根

(1. 西安工程大學 工程訓練中心，陜西 西安 710048;2. 西安思源學院 教育學院，陜西 西安 710038)

0 引 言

高等工程教育是高等教育的重要組成部分。隨著“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“創(chuàng)新驅動發(fā)展”等國家重大戰(zhàn)略的相繼實施，我國正在從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉變，這對工程技術人員的工程實踐能力和創(chuàng)新思維提出了更高要求，迫切需要對現(xiàn)有工程教育體系進行改革與創(chuàng)新。工程教育專業(yè)認證圍繞“以學生為中心、以成果為導向、持續(xù)改進3個理念”制定專業(yè)認證標準，是我國工程技術人才培養(yǎng)體系實現(xiàn)與國際接軌、互認中的關鍵性舉措，也是推進我國高等工程教育改革和發(fā)展的重要途徑[1]。

成果導向教育(OBE)是國際工程教育認證協(xié)會所遵從的基本理念，最早由美國教育學家Spady提出，強調教學活動的設計與實施要以實現(xiàn)學生的預期學習成果為目標，代表著當前工程教育改革和發(fā)展的最新方向[2-3]。OBE依據(jù)培養(yǎng)目標反向設計課程內容、課程實施與課程評價，將工程技術人員應具備的核心素養(yǎng)培養(yǎng)貫穿于工程教育的始終[4]。數(shù)控機床作為未來裝備制造業(yè)的關鍵性設備，其相關技術是支撐我國高科技產業(yè)健康發(fā)展，實現(xiàn)裝備制造技術現(xiàn)代化的重要保障[5-6]。因此，在工程教育專業(yè)認證背景下，以OBE理念為指導設計數(shù)控銑削實訓教學，對于提升我國數(shù)控類工程技術人才培養(yǎng)質量，促進高等院校工程訓練教學改革，具有積極的推動作用。

1 當前數(shù)控銑削實訓教學存在的不足

1.1 教學目標不明確，教學內容單一

數(shù)控銑削實訓是高校工程訓練(機械)課程的重要組成部分，但是很多高校在制定數(shù)控銑削實訓教學大綱時，卻籠統(tǒng)地將教學目標概括為“使學生具備一定的機械制圖、工藝分析、程序編制、機床操作等方面的能力”，并沒有按照企業(yè)對數(shù)控類工程技術人才的實際需求，因人而異、分類培養(yǎng)[7]。此外，當前的數(shù)控銑削實訓教學內容比較單一，存在著典型零件案例少、對學生的吸引力不足，與理論課程脫節(jié)、難以提升學生的綜合素質，自由發(fā)揮空間小、缺乏對學生個性化和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等問題。

1.2 教學方法不科學，沒有以學生為中心

目前的數(shù)控銑削實訓教學大多沒有按照工程教育專業(yè)認證要求，以學生為中心，按照不同層次、專業(yè)制定科學的教學方法。仍然是老師先講授設備的加工原理、編程方法、操作步驟等，學生再“依葫蘆畫瓢”式地重復練習。整個過程枯燥、乏味，導致學生在實訓結束后僅僅是單方面地完成了老師所布置的實訓學習任務，既不能充分激發(fā)學生的學習積極性，又無法幫助學生引申、拓展，形成自己的知識體系。

1.3 評價方法不合理，缺少對學生創(chuàng)新思維、綜合能力的考核

現(xiàn)行的數(shù)控銑削實訓教學成績，主要由任課教師對學生的考核件完成質量、實訓報告、日?？记?、理論考試等方面的表現(xiàn)進行分項打分后再求和得出，缺少對高素質工程技術人才應具備的創(chuàng)新思維、綜合能力、團隊協(xié)作精神等方面的綜合性評價。學生往往只關心老師給自己打了多少分，而不在意自己是否達到了教學大綱所設定的預期學習目標，不利于復合型工程技術人才的培養(yǎng)。

2 數(shù)控銑削實訓教學設計

2.1 設計方法

項目教學法是一種理論與實踐相結合，以師生共同完成某個項目而開展的教育、教學活動[8]。本研究以鏤空六面體零件為項目載體，將零件設計、程序編制、機床操作等知識融入到教學過程當中，在OBE理念的指導下，采用項目教學法設計教學目標、充實教學內容、優(yōu)化教學方法、完善考評體系。通過對典型零件的設計與加工，將企業(yè)實際加工過程中的人員、物料、設備、操作、產品、檢驗等要素貫穿于教學始終，把理論知識、實踐操作、團隊協(xié)作、自主創(chuàng)新四者結合起來，持續(xù)培養(yǎng)大學生的工程實踐能力、團隊協(xié)作精神以及創(chuàng)新思維能力。

2.2 實施條件

為保證教學項目的順利實施，如表1所示將整個教學過程劃分為項目引入、教學演示、項目實施、考核評價4個節(jié)點。按照課程內容設定，結合我校數(shù)控實訓車間實際情況，設計、編程軟件選擇NX9.0；加工仿真軟件選擇斯沃數(shù)控仿真軟件；加工設備選用大連機床廠生產的XD-40A型3軸數(shù)控銑床；加工刀具選用排屑順暢，加工表面粗糙度較好的D6單刃螺旋立銑刀；夾具選用精密機用平口鉗；毛坯選擇邊長為55 mm的正六面體亞克力塊，量具為游標卡尺。

表1 項目教學實施方案

考慮到數(shù)控銑削加工特點、加工時長、工序編排等因素，學生每2～3人自由組合為一個小組完成教學項目，并指派管理和動手能力較強的學生擔任組長。待任務下達后，由組長組織本組成員對項目任務進行討論、分析，通過合理的組員分工有效確保教學計劃的順利實施。

2.3 教學項目引入

數(shù)控銑削加工被廣泛應用于機械設備制造、模具加工、航空航天等領域，不但可以對零件進行平面輪廓銑削、曲面輪廓銑削，還可以進行鉆、擴、絞、鏜、锪以及螺紋加工等處理。在正式引入教學項目之前，教師先通過播放圖片、視頻等方式向學生介紹數(shù)控加工技術在促進我國裝備制造技術進步、國民經濟發(fā)展以及國防裝備現(xiàn)代化等方面的關鍵作用，在弘揚“工匠精神”“勞動精神”的同時，不斷激發(fā)學生對數(shù)控銑削實訓的學習熱情。

圖1為鏤空六面體的設計圖紙，零件為正六面體，型腔由4個直徑不相等的同心圓通過深度差切割而成。以鏤空六面體零件的數(shù)控銑削加工為載體引入實訓教學項目，整個過程以學生為中心，緊緊圍繞項目的完成而進行。教師在向學生講解鏤空六面體零件的結構特征、設計思路、工藝要點以及數(shù)控銑床的安全操作規(guī)程之后向學生下達學習任務，并引導學生以師生交流、小組討論等形式對教學項目的實施節(jié)點與小組成員的責任分工作出合理安排。學生則以小組為單位查閱相關資料，自主學習NX9.0軟件、編程指令、加工工藝、機床操作等方面的專業(yè)知識。

圖1 鏤空六面體設計圖紙

2.4 教學項目演示

在引入教學項目之后，教師先向學生現(xiàn)場演示NX9.0軟件以及數(shù)控銑床的基本操作，再引導學生將這些實踐知識與之前查閱、學習相關資料所積累的理論知識進行交互融合，初步形成學生自己的知識體系。學生在學習數(shù)控銑床加工原理以及安全操作規(guī)程的基礎上，要掌握常用編程代碼，熟悉機床操作面板，練習對刀操作方法，并能夠使用NX9.0軟件設計出合格的鏤空六面體零件三維模型。

2.5 教學項目實施

教學項目的實施是數(shù)控銑削實訓教學設計的關鍵內容。本階段要求學生以加工出合格的鏤空六面體零件為目標，自主完成零件的設計、編程、加工任務。為了彌補數(shù)控實訓設備的不足，減少加工材料的消耗，學生需先在計算機上借助斯沃數(shù)控仿真軟件練習數(shù)控銑床的基本操作以及加工程序的錄入等內容。這樣不但能夠使學生在短時間內快速熟悉數(shù)控銑床的操作面板，還能利用斯沃軟件的刀路仿真功能校驗所編程序的準確性，進而達到提升數(shù)控銑削實訓教學質量，預防安全事故發(fā)生的目的。教師在引導學生做好加工前各項準備工作的同時，還要向學生介紹車間6S管理要求，以培養(yǎng)學生的安全文明生產精神。

在數(shù)控銑床的實操環(huán)節(jié)，學生要以小組為單位輪流上機操作。每個小組需要完成數(shù)控銑床的開關機、毛坯裝夾、程序錄入、對刀操作、程序運行、零件檢驗、設備維保等工作?？紤]到時間因素，各組的上機加工時間應控制在30 min左右。此外，在實際上機加工前，教師還應告知學生如何及時、準確處理突發(fā)情況，以確保人員和設備安全。待所有小組完成鏤空六面體零件的設計、加工任務后，教師開始引導學生利用所積累的知識與經驗每組獨立完成1～2件中國象棋、硬幣雕刻、孔明鎖等拓展實訓項目的設計與加工。

2.6 考核評價標準

根據(jù)學生的學習成果制定科學、合理的考核評價標準，既是數(shù)控銑削實訓教學內容的延續(xù)，又是OBE工程教育模式不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在以OBE工程教育理念為指導制定數(shù)控銑削實訓教學考核評價標準時，除了要對學生考核件的設計與編程、數(shù)控銑床的操作與維護、實訓報告和理論成績、考勤以及日常表現(xiàn)等傳統(tǒng)考核項目進行評價外，還要對學生所達成的階段性成果，如加工方案制定、項目實施規(guī)劃、加工難點總結以及所提出的應對策略等進行考核。此外，各個小組成員的團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新思維以及對于知識的綜合運用能力也應該納入到考核評價標準之中。

3 數(shù)控銑削實訓成果

在完成鏤空六面體零件的數(shù)控銑削加工項目之后，學生可以綜合數(shù)控車床、電工電子、3D打印、激光加工等其他實訓學習成果，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)新思維對實訓項目作品進行持續(xù)性改進。圖2為加工完成后的鏤空六面體零件，圖3為學生在鏤空六面體零件的基礎上改進而成的創(chuàng)意臺燈。圖4為項目拓展階段，學生自主設計、加工完成的中國象棋、硬幣雕刻、孔明鎖的實物作品。

圖2 鏤空六面體

圖3 創(chuàng)意臺燈

(a) 中國象棋

4 結 論

在工程教育專業(yè)認證背景下，基于OBE理念，以學生為中心，成果為導向，采用項目教學法設計的數(shù)控銑削加工實訓教學，符合高校工程訓練(機械)課程目標要求，能夠有效引導和幫助學生積極發(fā)揮主觀能動性，自主學習與零件設計、編程、加工相關的數(shù)控專業(yè)基礎知識，使學生在完成教學項目與拓展項目的同時獲得一定的成就感和滿足感，進而促進預期學習成果的達成。教學實踐表明：基于OBE理念設計的數(shù)控銑削實訓教學，能夠有效提升大學生的工程實踐能力、創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作精神以及對知識的綜合運用能力，同時對于數(shù)控銑削實訓教學的持續(xù)性改進具有一定參考。