新工科背景下计算机辅助制造技术教学改革与实践

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　　摘要：在调整教学内容、引入先进教学理念基础上，初步建立与工程应用相适应、以基于项目和问题的分组教学与翻转课堂相结合的复合教学模式，讨论复合教学模式对学生创新能力和解决问题能力的影响规律，对同类型课程的教学改革具有启发和借鉴意义。
　　关键词：分组教学；基于问题和项目学习方法；翻转课堂；计算机辅助制造技术；复合教学模式
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）01-0260-02
　　一、引言
　　我国于2016年成为《华盛顿协议》第18个正式成员并启动新工科建设。其核心理念是以学生为中心，能给学生以有力的引导，这就需要将学生的要求及其培养目标放在重要的位置。实践表明PPBL[1]和翻转课堂[2]教学改革对学生综合知识应用能力、就业适应能力的培养和提升具有重要作用。经过8年的建设，大连大学机械工程专业计算机辅助制造技术课程实现了由基于概念和理论知识的教学模式到以解决实际问题能力培养模式的转化。该课程是为适应工程教育、卓越工程师培养等社会需求，利用数控加工技术和数控加工编程软件解决各类零件尤其是复杂模具零件加工问题的综合应用类课程[3]，通过课程学习，让学生掌握复杂零件数控加工工艺设计、自动化编程和基本机床操作能力。本课程在教学模式与教材内容的组织上，以项目驱动和成果考核为导向，以能力培养为主线，以解决复杂工程问题为目标，研究该课程的培养内涵和教学实践，以满足该课程的教学需要，适应工程技术发展和进步的要求。
　　二、课程教学设计
　　本课程以工程实际为基础，经过提炼和加工，通过从简单到复杂、由单一到综合的方式，设计出与加工过程相对应的项目载体。每个项目在从三维模型到最后成品的整个过程中，分解成零件分析与模型简化、加工工艺方案与夹具、加工模式与切削参数、加工优化与刀轨确认、后置处理与加工文件生成等5个核心问题，部分项目还涉及采用特种加工需要的电极设计与编程环节。课程采用基于多媒体机房的分组教学模式授课。每组六人，其中一组员承担组长职责，负责整体协调、汇报工作，其余组员完成项目问题。教学流程由布置本次课主要任务，完成对应工作任务，每组整体赋分，汇报和互评，教师讲解等环节组成。课程采用限时完成模式，每个组限时在30分钟内由本组各个成员按照先后次序依次完成所承担工作内容。
　　三、课程改革效果与分析
　　考试方法采用实战模式，在规定时限内根据指定模型完成卷面和上机操作。通过选取2013、2015和2017年考试成绩数据做分析，与之对应的是句号课堂、问号课堂、问号+翻转课堂模式。结果表明复合课堂模式的学生平均成绩最好（图1），所考察的知识点中在模型分析与完善和加工工艺环节上得分率较低（图2），体现了学生三维建模功底和根据模型分析结果选择合适的加工模式实现加工意图能力。上述结果表明了学生对知识掌握能力和熟练程度得到加强，这正是本课程教学改革的初衷之一。教学模式对学生学习效果有重要影响，以教师为主的句号教学模式明显制约学生的学习主动性和积极性[4]；PPBL模式一方面可以激发学生学习兴趣，另一方面增加了同学之间、师生之间的良性互动；与社会需求同步的项目教学则强化了学生解决问题的能力；严谨的平时成绩评定方法使得小组内部必须团结协作、取长补短，有助于形成良好的学习风气和团队协作氛围；翻转课堂则为学生課余时间学习提供了帮手，既能做到课前的有的放矢，又能通过课后的不断学习提高知识技能的掌握程度。
　　此外，工艺问题反映出机械制造技术基础课程所强调的“严谨规范”和数控加工所体现的“相对松散”之间显著冲突，这体现出包括数控加工在内的智能制造技术在高精度、高速度、高柔性化、高自动化等方面的优越性[5]。与国外高等教育相比[6]，国内学生学习知识习惯于采用“先入为主”、跟老师走的方式，因此任课教师的教学理念、教学思路、先修课程对学生后续学习影响很大。
　　四、结论
　　计算机辅助制造技术课程强调把学习置于工程项目的实际情景，由学生合作来解决真正的问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。结论总结如下。
　　第一，培养方案要结合社会需求并通盘考虑课程间的衔接和知识点的适用性，有助于建立“学以致用、以用促学”的良性循环，能够激发学生的学习兴趣和积极性，有助于促进工程教育的发展和应用型高技能人才的培养。
　　第二，基于项目和问题的分组教学培养学生工程意识、综合运用知识的能力、团队精神与合作能力；翻转教学则促进学生自主学习能力、创新意识与能力的提升。
　　第三，优秀教学模式需要建立与之配套的技术手段和措施，才能充分发挥该教学模式的最大效能。
　　参考文献：
　　[1]Ng K K，Wang F L，Luk L，et al.Leveraging education of information technology in business：the application of a project-based，problem-based，and flexible learning model[J].International Journal of Innovation and Learning，2016，19（4）：377-396.
　　[2]Jeong J S，González-Gómez D.Students' Perceptions and Emotions Toward Learning in a Flipped General Science Classroom[J].Journal of Science Education and Technology，2016，25（5）：1-12.
　　[3]刘志祥.如何提高《数控编程与加工》课程项目化教学的质量[J].课程教育研究：学法教法研究，2016，（2）：14-15.
　　[4]Pelawi H S，Sinulingga K.EFFECT OF PROBLEM BASED LEARNING MODEL AND MOTIVATION LEARNING ON LEARNING OUTCOMES IN CLASS X SMA SINAR HUSNI[J].Jurnal Pendidikan Fisika，2016，5（1）：32-37.
　　[5]杨叔子，吴波.先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报，2003，39（10）：73-78.
　　[6]Ross B，Carbone A，Lindsay K，et al.Developing educational goals：insights from a Peer Assisted Teaching Scheme[J].International Journal for Academic Development，2016：1-14.
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