“數(shù)控編程及零件加工”課程教學(xué)改革研究

金星　魏秀琴　劉振超

摘 要：通過對“數(shù)控編程及零件加工”課程教學(xué)方式的分析研究，提出課程教學(xué)改革設(shè)計，包括教學(xué)模式、教材設(shè)計和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，通過引入先進技術(shù)、人物事跡課程思政元素，增強學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)同感和工匠精神，靈活運用職教云平臺、虛擬仿真實訓(xùn)室，讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)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(zhǔn)確性，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控編程及零件加工的興趣、熱情和職業(yè)技能。

關(guān)鍵詞：數(shù)控編程及零件加工 教學(xué)改革 虛擬仿真 教材設(shè)計

1 引言

隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)規(guī)范普及使用，數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性變化。因此，“數(shù)控編程及零件加工”是機械制造大類專業(yè)應(yīng)用很強的一門專業(yè)課程，要求學(xué)生不僅要掌握各種編程指令的格式，還要通過實踐訓(xùn)練掌握指令應(yīng)用和工藝設(shè)計的能力。為了適應(yīng)機械制造業(yè)的發(fā)展，滿足企業(yè)對高職學(xué)生技能需求，大量高校在數(shù)控編程及零件加工課程進行了深入研究，例如：在教學(xué)設(shè)計中加入現(xiàn)場加工視頻、微課、仿真動畫等相關(guān)資源[1]；采用課上課下相結(jié)合的教學(xué)方式；課證融通一體化教學(xué)模式；采用演示法、啟發(fā)式、研討式教學(xué)模式等。數(shù)控編程及零件加工課程的教學(xué)改革對機械制造類專業(yè)人才培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，結(jié)合現(xiàn)有的課程教學(xué)改革教學(xué)方向，文章提出以學(xué)生為主體，采用線上線下混合式教學(xué)模式，設(shè)計活頁式新形態(tài)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(xué)效果，使得學(xué)習(xí)編程和工藝設(shè)計易學(xué)、易懂、易用。

2 “數(shù)控編程及零件加工”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“數(shù)控編程及零件加工”課程的教學(xué)環(huán)節(jié)一般分為理論教學(xué)和整周實訓(xùn)教學(xué)兩部分，由于受到教學(xué)設(shè)備和傳統(tǒng)教師講授觀念的影響，該課程在教學(xué)實施過程中主要存在以下3個問題。

2.1 教學(xué)內(nèi)容與機械加工工藝設(shè)計脫節(jié)

很多教材內(nèi)容只注重指令格式及應(yīng)用。導(dǎo)致教學(xué)過程中大部分都是講解指令，然后針對典型案例進行數(shù)控編程。對于學(xué)習(xí)機械制造類專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)數(shù)控編程不僅僅是學(xué)會指令格式及應(yīng)用，更應(yīng)該會分析零件技術(shù)要求，根據(jù)技術(shù)要求設(shè)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(shù)控加工程序，調(diào)試程序，進行現(xiàn)場加工。

2.2 教學(xué)模式陳舊

傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，課堂教學(xué)時，教師一般先講解指令格式及各參數(shù)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?shù)姆绞竭M行知識輸出。這種被動接受的教學(xué)方法使學(xué)生的主觀能動性變?nèi)?，自主思考的時間很少，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，很容易讓學(xué)生失去對本課程的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)設(shè)計比較常規(guī)，師生之間的互動性不足，無法及時了解學(xué)生的真實學(xué)習(xí)效果，教學(xué)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(xué)乏味

理論結(jié)束后再進行數(shù)控編程及零件加工整周實踐教學(xué)，導(dǎo)致理論與實踐銜接不夠緊密，上完理論課再上實訓(xùn)課，理論教學(xué)和實踐教學(xué)不能進行有效的銜接，不利于學(xué)生對專業(yè)知識和職業(yè)技能的融會貫通。實訓(xùn)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(xué)們按照規(guī)范要求操作數(shù)控機床，練習(xí)加工項目，最后完成1份實訓(xùn)報告。整個過程忽略了“精益求精”的工匠精神，無法培養(yǎng)學(xué)機械加工藝設(shè)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(xué)生為主體，采用線上線下混合式教學(xué)模式，設(shè)計活頁式新形態(tài)教材，教學(xué)內(nèi)容賽課證融通，運用虛擬仿真進行理論教學(xué)，將技能大賽考核元素融入到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

3 “數(shù)控編程及零件加工”課程教學(xué)改革思路

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

基于課證融通的教學(xué)理念，將技能大賽內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)與課程教學(xué)內(nèi)容互相融合，將理論與實踐相結(jié)合，以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點，以項目任務(wù)為主線，以工作過程為導(dǎo)向，采用常見加工零件為載體設(shè)計教學(xué)，將課程內(nèi)容設(shè)計為兩大模塊，10個項目，如表1所示。

3.2 教學(xué)模式改革

混合式教學(xué)模式是將線上教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有機結(jié)合起來的一種新的教學(xué)模式，學(xué)生由被動變主動，教師由主導(dǎo)變?yōu)橐龑?dǎo)，授課教學(xué)團隊需要整合各類教學(xué)資源，充分利用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的，合理設(shè)計教學(xué)活動，將線上教學(xué)與線下教學(xué)有機結(jié)合，將教師引導(dǎo)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，將理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)習(xí)活動更加豐富靈活，教師根據(jù)學(xué)生的作業(yè)、測試、主題討論和匯報結(jié)果等具體反饋，對教學(xué)設(shè)計進行動態(tài)調(diào)整，加強了師生之間的溝通，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

以階梯軸類零件車削加工為例，將本次課的教學(xué)細(xì)化為課前、課中、課后三個過節(jié)，對三個環(huán)節(jié)進行過程性考核。

課前自學(xué)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(xué)習(xí)指南上傳到智慧職教平臺，通過班級公告下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)，發(fā)布了端面切削單一循環(huán)指令G90預(yù)習(xí)知識點測驗及數(shù)控加工大國工匠人物故事閱讀觀后感討論活動。通過網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以進行提問，教師進行答疑、學(xué)生之間也可互評，通過平臺教師能實時掌握學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況，教師可以根據(jù)學(xué)生的問題給與反饋，及時優(yōu)化調(diào)整教學(xué)設(shè)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(xué)生培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

課中導(dǎo)學(xué)：教師首先根據(jù)課前學(xué)生的自學(xué)出現(xiàn)的問題進行集中講解，讓學(xué)生知道錯點，進而強調(diào)本次課的教學(xué)重難點。

老師以崗位實際工作任務(wù)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，教師引導(dǎo)下，學(xué)生圍繞老師下達(dá)的典型零件的加工任務(wù)在虛擬教學(xué)環(huán)境和數(shù)控機床實訓(xùn)室相結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境下開展學(xué)習(xí)。線下教學(xué)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(huán)節(jié)。以小組為單位，教師發(fā)布任務(wù)單，學(xué)生根據(jù)零件的技術(shù)要求，制定加工工藝路線，編寫其數(shù)控加工程序并進行加工。設(shè)各小組對所要加工的零件先進行零件技術(shù)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(jié)果反饋于任務(wù)單，教師巡回查看，發(fā)現(xiàn)問題予以糾正補充。接下來，學(xué)生制定零件的加工工藝方案，教師安排學(xué)生分組進行加工工藝方案展示，由其他小組的同學(xué)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(dǎo)學(xué)生進行自主編制程序，充分利用數(shù)控加工仿真軟件的優(yōu)勢，驗證編程的正確性，教師在職教云發(fā)布頭腦風(fēng)暴活動：上傳虛擬仿真加工結(jié)果圖到平臺，學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xiàn)的問題進行答疑解惑。最后學(xué)生到現(xiàn)場設(shè)備上進行加工，加工出零件，先進行自評，通過小組自評讓學(xué)生能夠?qū)ψ约旱乃季S方式、小組內(nèi)部協(xié)作、工作能力進行反思、總結(jié)進而不團提高。小組之間開展互評，在此過程中鍛煉學(xué)生小組協(xié)作的能力和培養(yǎng)學(xué)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(dá)標(biāo)標(biāo)。

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

對學(xué)生學(xué)習(xí)的課前、課中、課后這三個環(huán)節(jié)，從知識、能力、素養(yǎng)三個方位評價學(xué)生，全過程基于職教云平臺和仿真系統(tǒng)對學(xué)生定量的考核、線下實操評分標(biāo)準(zhǔn)評價對學(xué)生進行定性、定量考核，思政素養(yǎng)的考核通過學(xué)生作業(yè)過程中的評分表內(nèi)的素養(yǎng)模塊（職業(yè)道德、團隊協(xié)調(diào)能力、工作態(tài)度等）考核。

3.3 教材改革

立德樹人是教育的根本任務(wù)，職業(yè)教育教材作為高技術(shù)高素質(zhì)人才培養(yǎng)的重要載體，在職業(yè)教育中起著非常重要的作用。針對“數(shù)控編程及零件加工”課程涉及到的加工及編程內(nèi)容，將機械制造工藝設(shè)計、公差配合、機械識圖等基礎(chǔ)知識融入教學(xué)項目中，對接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和崗位規(guī)范，融合大賽標(biāo)準(zhǔn)，邀請企業(yè)專家共同開發(fā)設(shè)計符合生產(chǎn)實際的活頁式教材，實現(xiàn)專業(yè)知識的綜合應(yīng)用，同時要將工匠精神、勞模精神、職業(yè)道德等思政元素有效融入到教材建設(shè)中，教材建設(shè)不但要注重知識、能力的傳播，還要關(guān)注思政教育元素。

教材在內(nèi)容上設(shè)計有以下四個特點：

（1）以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的職業(yè)能力為中心，以項目任務(wù)為主線，以工作過程為導(dǎo)向，采用常見加工零件為載體設(shè)計教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容強調(diào)基礎(chǔ)性和實踐性。

（2）課程內(nèi)容的安排上依據(jù)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(jié)合，改變先集中學(xué)習(xí)指令再到實踐應(yīng)用的教學(xué)模式。

每個實訓(xùn)任務(wù)都設(shè)計有“任務(wù)單”，如圖1所示，該任務(wù)單操作性和指導(dǎo)性強，不僅促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，還可以檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果，老師能通過任務(wù)單隨時查看學(xué)習(xí)進展和成果，讓自主學(xué)習(xí)更高效。

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

“數(shù)控編程及零件加工”課程活頁式教材強調(diào)在理解編程指令和工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上進去虛實實踐與應(yīng)用，突出了高等職業(yè)教育的職業(yè)性和實踐性[3]。同時還可根據(jù)機械加工行業(yè)發(fā)展動態(tài)，及時將學(xué)科最新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)、安全規(guī)范補充到到教材中，以最快的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，增強了教材的靈活性和時效性。

3.4 實踐教學(xué)改革

實踐教學(xué)是提高學(xué)生職業(yè)技能水平和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了改善學(xué)生機械式按照實訓(xùn)指導(dǎo)書操作完成實訓(xùn)任務(wù)的現(xiàn)狀，提高學(xué)生之間的團隊合作和溝通能力，將“數(shù)控編程及零件加工”實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容與“工業(yè)設(shè)計技術(shù)”賽項技能大賽內(nèi)容融通，實訓(xùn)項目以小組競賽模式完成，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。采用企業(yè)班組管理制度，引入企業(yè)文化，讓學(xué)生進入角色，以小組為單位，每人發(fā)一個毛坯工件，要求每個學(xué)生必須完成實訓(xùn)項目中的所有任務(wù)。

待每個小組都完成任務(wù)，小組之間依據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)進行評分、教師根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場打分。這種通過引入比賽的形式和評分標(biāo)準(zhǔn)完成實訓(xùn)教學(xué)，達(dá)到了“以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促改”的目的，為學(xué)生參加就業(yè)奠定了良好的職業(yè)基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

“數(shù)控編程及零件加工”課程可以使學(xué)生掌握數(shù)控編程指令格式及產(chǎn)品工藝設(shè)計，熟練應(yīng)用各種指令進行回轉(zhuǎn)類零件、箱體類零件數(shù)控編的能力。筆者本著讓學(xué)生易學(xué)、易懂、易用的目的，在教學(xué)模式上通過職教云平臺進行線上線下混合式教學(xué)，教師由教的角色變?yōu)橹笇?dǎo)，學(xué)生由被動變主動，學(xué)習(xí)活動更加豐富靈活，教學(xué)效果提升。同時將虛擬仿真加工引入課堂，每位學(xué)生最終將自己編寫好的數(shù)控加程序?qū)氲椒抡婕庸ぼ浖羞M行驗證，驗證正確，在職教云“頭腦風(fēng)暴”活動中上傳加工結(jié)果，做到每一位同學(xué)都能參與其中。在教材設(shè)計上采用活頁式教材，根據(jù)課程的特點和教學(xué)內(nèi)容，在教材中加入相應(yīng)的思政內(nèi)容，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀，并在具體實踐中培養(yǎng)學(xué)生“精益求精”的職業(yè)素養(yǎng)。在教學(xué)實踐實踐環(huán)節(jié)，為了培養(yǎng)學(xué)生“注重細(xì)節(jié)，嚴(yán)謹(jǐn)求實”作風(fēng)，將“數(shù)控編程及零件加工”實訓(xùn)環(huán)節(jié)內(nèi)容與“工業(yè)設(shè)計技術(shù)”賽項技能大賽內(nèi)容融通，引入競賽中數(shù)字化制造與職業(yè)素養(yǎng)模塊的評分標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計出適合課堂教學(xué)的實訓(xùn)項目，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控編程及零件加工的興趣、熱情和職業(yè)技能。

基金項目：1.2022 年度柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點教材建設(shè)項目（2022-JC026）。

2.柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控加工工藝及編程思政示范課項目（2022-KCSZ36）。

參考文獻：

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