新工科背景下数控编程及加工课程项目化教学模式探索

刘明明　孙居彦　贾孝伟　李曰阳　高春花

摘 要：基于新工科建设背景下对数控人才培养的新要求，针对传统数控编程及加工课程教学模式存在现状及问题，提出在教学过程中引入项目驱动式教学模式，解决课程教学过程中课程专业性及实践性强、学生兴趣不足、积极性不高、运用所学知识解决问题能力不足等问题。本文以马铃薯杀秧机螺纹轴作为课程中的项目教学案例，从项目设计、项目实施、课程评价体系等方面展开详细论述。通过积极探索数控编程及加工课程项目化教学模式，为培养满足新工科背景下的数控工程技术人才提供一定参考。

关键词：新工科 项目化 数控编程及加工 教学模式

Exploration on Project-based Teaching Mode of NC Programming and Machining Course under the Background of New Engineering

Liu Mingming Sun Juyan Jia Xiaowei Li Yueyang Gao Chunhua

Abstract：Based on the new requirements for the training of numerical control talents under the background of the construction of new engineering courses， and in view of the current situation and problems of the traditional teaching mode of numerical control programming and processing courses， this paper puts forward the introduction of project driven teaching mode in the teaching process to solve the problems of strong curriculum professionalism and practicality， insufficient students' interest， low enthusiasm， insufficient ability to solve problems by using the learned knowledge， etc. This paper takes the screw shaft of potato seedling killing machine as a project teaching case in the course， and discusses in detail from the aspects of project design， project implementation， course evaluation system and so on. By actively exploring the project-based teaching mode of NC programming and processing courses， it provides a certain reference for training NC engineering and technical talents who meet the new engineering background.

Key words：new engineering， project-based， NC programming and processing， teaching mode

基于国家战略发展新需求﹑国际竞争新形势、立德树人新要求，教育部积极推进“新工科”建设，形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”，旨在探索培养面向新形势﹑新环境﹑新需求的工程人才所应具备的新素养[1-2]。面对制造业数字化、网络化、智能化等新一轮的科技革命与产业变革，国务院根据国家战略新形势颁布了“中国制造2025”等一系列文件，文件中指出在新形势下机械类专业人才的培养面临着新的变革和挑战[3]。“数控编程及加工”课程作为智能制造课程体系中重要的课程之一，对于培养学生数控编程与加工能力起到非常关键地作用。但是，目前部分高校仍然存在着教师课上讲理论知识，实践课上操作示范，学生模仿学习传统教学模式。因此，亟需积极探索适应新形势、新工科背景下数控编程及加工教学课程的改革，使其适应新时代的需要，人才培养的要求。

1 课程教学现状

数控编程及加工是机械类及近机类专业的学生必须掌握的一门专业课程，该课程具有很强的专业性和实践性，主要包括工程制图、数控加工工艺、数控程序编写、制造装备选型、虚拟仿真模拟、机床零件实际加工、工件质量检测等内容。目前，部分高校在数控编程及加工课程教学过程中存在理论知识与实际加工相脱节，通常教师在讲授过程中理论部分以课堂教学为主，学生实践课上常常以觀看教师操作为主，缺乏实际动手经验，对数控加工缺少整体感性认识，学习知识碎片化，不能融会贯通具体解决实际问题，造成学生学习目标不够明确，方向感不强，知识获得感不足，学习效果不佳。针对传统数控编程及加工课程教学模式存在现状及问题，提出在教学过程中引入项目驱动式教学模式，来解决课程教学过程中学生兴趣不足、运用所学知识解决问题能力不足等问题。

2 项目教学设计

2.1 项目化教学模式

数控编程及加工项目教学模式是以企业实际加工零件为知识载体，创设真实的学习情境，在教学过程中以项目为主线，把相关知识点融人项目的各个环节中去。学生以完成具体零件的数控编程及加工任务为目标，通过分工协作、自主学习、小组讨论、查阅资料、工艺路线设计、切削用量选择、数控加工程序编写、加工路线模拟、数控机床加工、加工零件质量检验与分析等各环节完成学习任务。通过项目驱动教学法，培养学生的工程实践能力﹐强化学生对问题的分析和解决能力。

2.2 項目化设计

开展项目化教学过程中，非常关键的环节是项目的确定，项目设计的是否合理直接影响教学的效果和质量。在进行项目化设计时应该考虑的因素有：（1）项目的可行性。项目设置应该充分考虑同学没有经过企业工作锻炼，项目选择难度过大，学生信心会收到打击，产生挫败感，难度太小，没有挑战性；（2）项目的实际性。设计的项目源于工厂实际零件加工图纸，便于在教学过程中，创设真实的学习情境；（3）项目的综合性。设计的项目作为知识的载体，应把相关知识点融入项目各个环节，体现出知识的连续性、系统性和综合性。

本文以马铃薯杀秧机螺纹轴项目作为项目教学案例，开展项目化教学设计，图1为马铃薯杀秧机螺纹轴实物图，图2马铃薯杀秧机螺纹轴工程图。选取该项目考虑的因素有：（1）马铃薯杀秧机螺纹轴为某农业装备有限公司生产的马铃薯杀秧机上应用的零件，该公司作为学校实习实践单位，在前期进行农业机械生产实习时，同学了解熟悉马铃薯杀秧机的整体结构及工作原理，同时对马铃薯杀秧机螺纹轴有实物直观认识。（2）马铃薯杀秧机螺纹轴项目，难易程度适中，涵盖知识点比较综合，包括外圆的粗车、精车循环加工，退刀槽加工，螺纹加工等多个知识点。

2.3 项目教学实施

项目实施准备阶段。为保证项目教学顺利实施，根据选取项目及课程内容需求，结合学校数控实训车间实际情况，准备相关资料和设备如下：CAD软件，数控仿真软件、U盘、鲁南机床厂CK6132数控车床（FANUC系统）、φ60mm尼龙棒料、刀具、夹具、量具、表面粗糙度仪等。

项目的实施阶段。项目以4～6人为一小组，每组推选一名小组长，学生以解决具体项目任务为目标，进行组内任务分工，合作完成项目任务。项目实施具体流程：

（1）项目任务分析。根据项目确定加工零件的类型及加工特征、加工尺寸要求、表面粗糙度、定位基准、工艺安排、数控编程、制造装备选型、机床操作等任务。根据分析项目任务工作量及难易程度，小组成员内部合理分工，成员之间可以互相帮助，互相可以调换任务，尽量发挥各位成员的优势，共同协作完成项目。

（2）相关任务知识储备学习。根据项目任务，自行查阅相关资料，学习解决项目任务的相关知识。本项目实施前，教师会提前基于学习通构建课程项目微课自主学习平台，并在平台上发布项目学习资料，例如本项目发布的资料主要涉及外圆粗车及精车循环加工指令，螺纹循环加工指令，机械加工工艺手册，工艺卡片模板，刀具手册，机床操作手册等。

（3）任务实施。工艺设计组成员需要完成数控加工工艺设计，并填写表1马铃薯杀秧机螺纹轴数控加工工艺卡片。

程序编写组成员根据数控加工工艺卡片流程，结合学习的外圆循环切削，螺纹加工指令等内容，编写数控程序，同时将编写的程序输入数控仿真软件，通过仿真软件，验证程序正确性；机床操作加工组成员负责操作机床，完成工件装夹、机床对刀，程序输入，零件加工，质量检验等任务。图3为学生利用虚拟仿真加工的零件图，图4为学生利用数控车床加工的实物零件图。

（4）项目任务讨论。项目实施过程中，教师应全程跟踪学生进展情况并及时解答学生疑问。为加深对关键知识的理解和掌握，在项目进行过程中进行项目专题讨论，讨论主题有：外圆车削循环加工路线选择原则；工件加工定位基准的选择；螺纹加工指令G32、G92、G76使用方法及异同；机床多把刀具对刀的方法；加工零件尺寸不合格问题原因；分析影响加工质量的因素；提高工件精度措施；零件加工精度与制造成本之间的关系；安全生产注意的事项；企业6S管理要求的必要性；加工精度存在0.01mm这种微小尺寸误差是否影响零件的使用等专题讨论，通过讨论促进同学理解掌握关键知识点，保证项目任务顺利实施，使同学们进一步认识到数控工程技术人才所需的严谨细致，一丝不苟的工匠精神。

2.4 课程评价及教学效果

课程评价体系应围绕项目各环节来设置，重点培养学生的自主学习能力和工程实践能力，强化学生对问题的分析和解决能力，团队合作能力等方面多元多维度考核。课程项目成绩由自主学习（10%）、课堂表现（10%）、程序编写（40%）、零件加工操作（40%）四部分构成，见表2马铃薯杀秧机螺纹轴项目成绩评价表。

通过教学实践表明，以企业实际产品项目驱动教学法，学生学习积极性和兴趣得到极大提高，能够更加积极参与项目中，学生体会到学以致用的知识获得感，学习成绩明显改善，教学效果良好。

3 结语

结合新工科建设的内涵和要求，本文积极探索新工科背景下数控编程及加工课程项目化教学模式，提出项目驱动教学，文中以马铃薯杀秧机螺纹轴作为项目教学案例，从项目的设计、项目实施具体流程、课程评价体系等方面展开论述。教学实践表明：基于项目化的数控编程及加工教学，能够有效提升学生的自主学习和工程实践能力﹑创新思维、团队协作精神，为培养满足新工科背景下的数控工程技术人才提供一定参考。

项目基金：山东农业工程学院校级教改课题：“名课程建设-机械制造技术（山工院发〔2020〕109号）”。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（03）：1-6.

[2]汪文凌，朱民.新工科背景下项目驱动数控加工实训教学改革探索[J].现代职业教育，2021（24）：190-191.

[3]连彩元.新工科背景下的数控技术课程CDIO模式项目化教学研究[J].吉林工程技术师范学院学报，2020，36（09）：13-16.

[4]史燕，郭宇航.《数控技术》项目化教学研究与实践[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（02）：169-170.

[5]李志刚，王良，车晓毅，杨莹.新工科背景下数控技术课程教学改革[J].高教学刊，2019（05）：148-150.

[6]闵林锋.基于项目化教学的数控加工与编程课程改革探讨[J].现代制造技术与装备2020 .（11）：217-218．