数控加工综合实训实践教学改革探索与实践

吴修娟，何延辉，缪辉，代祥，任盼，张星宇，王宽

(1.南京工业职业技术大学机械工程学院，江苏南京 210023；
2.北京精雕科技集团有限公司南京分公司，江苏南京 210023）

制造业是我国经济平稳发展的基础，是实施创新驱动领域的主战场。为促进我国由制造大国向制造强国的转变，构建先进的制造业体系，江苏省出台了《中国制造2025江苏行动纲要》，明确指出要聚焦新一代信息技术、高端装备、新材料等领域，突破核心技术，引领全省制造业向中高端迈进，从制造大省向制造强省迈进[1-2]。行动纲要中特别指出高性能数控金属切削与成型机床、多轴联动加工中心等智能制造装备是发展的主要任务之一。随着高性能数控加工设备的发展，为之服务的数控加工类人才的需求不断增长，对数控加工类人才的技术技能要求也不断提高，因此培养与之相适应的高层次技术技能人才是非常紧迫的。

1.1 课程定位

数控加工综合实训是我校职业本科机械设计制造及自动化专业的一门集中实践课程、专业核心课程，针对全日制普通高中毕业生开设。数控加工综合实训开设在第5学期，2周共计48学时的集中实践。学生先修课程包括机械制图、机械原理、工程材料及成形技术、机械设计与CAD、机械测量技术、金属切削机床与刀具、数控加工技术、机械CAM技术等，是金属切削机床与刀具、数控加工技术、机械CAM技术等课程的综合应用。后续课程包括多轴加工技术、精密加工综合实训、特种加工与应用综合实训、毕业设计、毕业设计与毕业实习等。此实训是根据学生在制造领域和职业岗位群的实际工作任务对知识和能力要求选取的，主要培养学生针对具体零件等加工任务的实际解决能力，培养学生独立思考、团队协作、创新意识、创新能力和岗位服务意识等，是培养学生的工程思维能力和解决工程实际问题的重要环节，也是最基础环节。支撑着机械设计制造及自动化专业的职业核心能力和职业技能，为机械设计制造及自动化专业学生毕业后运用专业知识和职业技能尽快适应工作岗位和实现岗位提升打下必要的基础。

1.2 课程目标

通过数控加工综合实训课程的实践，在已经掌握数控加工技术方面的一些基本概念、基本理论和方法的基础上，进一步培养将相关制造方面的知识融合运用的能力，使学生对数控加工技术的内涵、过程、加工重难点有一个全面的认识。通过设置的3个实训子项目的实践，培养学生：（1）零件加工工艺分析与制订能力；
（2）零件的数控编程能力；
（3）数控加工实操能力；
（4）产品创新设计能力；
（5）团队协作能力和工匠精神。此外在实践过程中还将数控机床的维护与保养、加工技术管理、企业规范和职业素养与安全防护等方面的内容与职业技能等级证书相贯穿，达到精密数控加工“1+X”证书（初级）的标准。

2.1 实训项目更新不及时

数控加工综合实训是加工和制造类专业学生必学的一门实训课程，实训内容固定[3-4]。随着数控加工技术的发展，行业企业岗位对学生的职业能力提出了新的要求，陈旧的实训项目不能完全达到培养学生职业能力的目的；
新一代青年学生个性鲜明，喜欢新鲜事物，单一陈旧的实训项目很难激起学生学习的兴趣和探索的欲望；
职业本科的学生除了掌握数控加工技术外，在实训的过程中还要培养其创新能力，固定的实训项目已无法满足要求。

2.2 实训师资力量不足

数控加工综合实训的授课教师既要有坚实的设计加工方面的理论知识，又要有丰富的数控加工实战经验[5-7]。学校有一小部分教师是从企业引进的，但是绝大部分教师都是从学校毕业即进入学校工作，虽然在入校工作后在学校安排下进入企业实习半年，但不具备丰富的实战经验。实战经验的缺乏导致教师无法对整个实训过程进行准确指导和把控，也就无法保证实训的质量。

2.3 实训教学资源匮乏

在部分学校，实训课程的资源建设被忽视，教学资源相对比较匮乏[8-9]。学生在进行实践的过程中能够进行学习和参考的资源一般为实训指导书和相关的专业课程教材，有的会配上部分操作视频。在信息化和网络化的时代，这种原始教学资源的提供存在很大不足。特别是在疫情时期，要想在网络上进行部分实践课程的授课，可视化、可操作、互动的教学资源就显得极为重要。

3.1 基于职业能力设计综合实训方案

数控加工综合实训的设置依据的是机械设计制造及自动化专业的人才培养方案、培养目标，包括专业知识、专业能力和素质三方面的要求。结合本专业学生的主要工作岗位，如生产工程师、检验工程师、数控编程工程师、工装夹具工程师、工艺工程师等，剖析岗位能力[10-12]及融入精密数控加工“1+X”证书内容来设计实训内容，由图1职业能力培养体系架构可知，数控加工技术基础模块的学习要达到数控加工初级职业技能。实训方案的设计还要以兴趣为导向，设计能调动学生积极性的实训项目；
基于基本技能的掌握，融入创新设计环节，提高学生综合运用和解决问题的能力。

图1 职业能力培养体系架构

基于上述的考虑，本实训内容设计了由浅入深的3个子项目，如表1所示。项目一为数控加工初体验，为8个学时。可选择的实训内容有书签、印章、象棋等模块，学生可任意挑选模块并设置自己要加工的内容。此模块主要目的是让学生初步了解整个数控加工的主要流程，通过书签、印章、象棋等趣味性的加工内容激发学生的兴趣。项目二为典型零件的编程与加工，共12学时。模块提供10个典型零件供选择，教师可根据据学生情况选择2～3个零件进行编程和加工。此模块设置的主要目的是强化学生的编程和加工实操能力，项目三为创新产品设计编程与加工，共24学时。模块提供2～3个产品设计需求，学生可选择其中一个主题作为对象，先进行方案创新设计，方案优化后进行编程和加工。此模块设置的主要目的是针对某一具体问题，锻炼学生创新设计、方案优化、编程加工等实际解决问题的能力；
最后一个模块为4个学时的汇报和总结。学生以小组形式进行汇报总结和作品展示，教师对学生实训过程表现及最终作品进行成绩认定。

表1 对接职业能力的数控加工实训方案

3.2 校企双师混合式教学

职业本科保持着职业性，校企融合协同育人是其一大特色。单靠学校的师资，数控加工综合实训的师资力量不足，因此也要引入企业力量联合培养[13-14]。如何将校企协同育人做好做实，保证教学质量是教学的关键。学校与北京精雕有限公司深度合作，将北京精雕有限公司南京分公司引入校园，针对数控加工类实践课程企业和学校挑选经验丰富的企业工作人员和基础知识扎实的教师共同组成校企“双师”教学团队。教学团队共同进行实训项目的开发，将企业真实工程项目代入实训，提高实训项目的质量。在实训过程中校企各派一个人共同进行实训项目的指导，教师从专业理论角度、企业工程师从工程实践角度共同指导教学。为了进一步将校企“双师”混合式教学做好，在进行实训前，负责实训的校企两位指导教师要共同进行备课，制订具体的教学内容，撰写教学计划，将每次课程校企双方负责的内容进行划分和对接，将实训内容提前实施一遍，将协同混合式教学落到实地，表2为项目一校企双方教师授课计划表。

表2 校企混合式教学（项目一）

3.3 数控加工综合实训教学资源开发

针对精密加工综合实训的设计方案，以项目式进行教学资源建设，校企双方教师共同参与资源的开发，主要包括每个项目的知识点、编程要点、操作要点等视频。基于这些项目资源的开发，学生在课前即可进行相关知识点和操作要点的学习，便于在课堂上更容易掌握重点和难点；
在课中，学生在进行编程或者操作的时候发现疑难点，可以立即进行查找学习；
在课后，学生可以根据自身掌握情况进行查漏补缺。教学资源全部在平台上，学生可以对存在的问题进行标记和留言，教师可以随时掌握学生学习的情况并进行反馈。在疫情期间，对于此种实操性较强的实训课程是不能完全进行线上授课的，必须要给学生亲自动手实操的机会，可以将部分能在线上进行授课的部分进行网络授课，实操还是线下教学。针对数控加工类的课程，学校还开发了虚拟仿真软件用于教学，学生可以在虚拟漫游的环境中进行虚拟机床操作练习，为线下实操打下基础。

改革后的数控加工综合实训方案在2020级班级中执行。在数控加工初体验模块，学生兴致特别高涨，纷纷选择自己感兴趣的模块；
在项目二模块中，跟随校企两位指导教师，学生将数控加工的过程及精髓尽数掌握；
在项目三创新产品设计编程与加工模块，本次给的主题是指尖陀螺创新设计，学生以小组形式纷纷献策献计，激烈讨论，争取做出转动时间最长最酷炫的指尖陀螺。制作的教学资源也充分发挥了作用，在课前提前布置学习相关理论及操作要点，使得课上的实操时间得到了有效保证，如图3-6为部分学生加工出的作品。总的来说，此次教学改革大大提高了学生对数控加工学习的积极性和主动参与度，反馈效果较好，学生评教率达100%，好评率也达100%，后续将对此实训继续进行教学项目资源的更新。

图2 书签加工教学资源

图3 项目一（书签）

图4 项目一（象棋）

图5 项目二（套方）

图6 项目三（指尖陀螺）

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