應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)仿真實(shí)踐課程教學(xué)方法探討

　　摘要：本文分析了應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)存在的問(wèn)題及矛盾。以數(shù)控仿真實(shí)踐教學(xué)為落腳點(diǎn)，分析數(shù)控技術(shù)仿真實(shí)踐的意義，就如何緩解數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)要求的“強(qiáng)”與“廣”矛盾，給出融合數(shù)控編程、系統(tǒng)原理及操作實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)指導(dǎo)方案，并提出具體教學(xué)方法和對(duì)策，為應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)教學(xué)改革提供借鑒、為課程的建設(shè)提供幫助。
　　關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；數(shù)控技術(shù)；仿真實(shí)踐；教學(xué)方法
　　1.引言
　　數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的手段。我國(guó)數(shù)控技術(shù)人才缺口嚴(yán)重，市場(chǎng)把數(shù)控人才分為金領(lǐng)層、灰領(lǐng)層、藍(lán)領(lǐng)層三個(gè)層次，隨著高職院校對(duì)數(shù)控技術(shù)人員培養(yǎng)力度的增大，數(shù)控技術(shù)人才缺口已越來(lái)越出現(xiàn)在金領(lǐng)層［１］。金領(lǐng)層技術(shù)人才要求精通數(shù)控編程、數(shù)控操作和數(shù)控維護(hù)、維修，掌握數(shù)控技術(shù)所需的綜合知識(shí)，有大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，知識(shí)面廣，并能自行完成數(shù)控系統(tǒng)的選型、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修，具備獨(dú)立完成機(jī)床的數(shù)控化改造的能力。
　　與高職數(shù)控專業(yè)相比，應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)的人才培養(yǎng)的目標(biāo)定位則更加側(cè)重于該層次的人才培養(yǎng)上［２］。為了實(shí)現(xiàn)這樣的教學(xué)目標(biāo)，本科院校對(duì)數(shù)控技術(shù)人才專業(yè)學(xué)生要求理論廣，實(shí)踐能力強(qiáng)，但這兩方面的要求對(duì)教學(xué)的安排帶來(lái)多個(gè)方面的問(wèn)題，如：（1）教學(xué)投入方面。在做教學(xué)建設(shè)決策時(shí)，往往相應(yīng)地會(huì)往引導(dǎo)學(xué)生理論知識(shí)面廣的方面思考，導(dǎo)致本科教學(xué)不能像高職培養(yǎng)數(shù)控技術(shù)人才那樣，引入很多數(shù)控機(jī)床設(shè)備，用于學(xué)生專業(yè)技術(shù)實(shí)踐。（2）教師隊(duì)伍建設(shè)方面。本科院校無(wú)法像高職院校那樣，以大量引入具備“雙師型”教師為出發(fā)點(diǎn)建設(shè)教師隊(duì)伍。（3）教學(xué)課程安排方面。為了使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，往往對(duì)理論知識(shí)面要“廣”的這個(gè)點(diǎn)強(qiáng)調(diào)得多，如32課時(shí)本科數(shù)控技術(shù)的課程中就包含了數(shù)控編程和數(shù)控原理兩個(gè)方面，課時(shí)的安排越緊湊，數(shù)控技術(shù)的人才培養(yǎng)中對(duì)“強(qiáng)”和“廣”兩方面要求的矛盾就越大。
　　我們結(jié)合在高職院校的相關(guān)數(shù)控技術(shù)課程與本科院校的數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)經(jīng)歷，以數(shù)控仿真實(shí)踐教學(xué)為落腳點(diǎn)，分析數(shù)控技術(shù)仿真實(shí)踐的意義，并就如何緩解數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)要求的這對(duì)“強(qiáng)”與“廣”矛盾，給出融數(shù)控操作、編程及原理教學(xué)于一體的教學(xué)指導(dǎo)方案，對(duì)具體的教學(xué)方法進(jìn)行了探討。給出的方案及方法為應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)教學(xué)的改革提供了借鑒，為課程的建設(shè)提供了幫助。
　　2.數(shù)控技術(shù)仿真實(shí)踐的意義
　　數(shù)控仿真軟件是一個(gè)應(yīng)用虛擬技術(shù)模擬數(shù)控加工操作的仿真軟件，它把數(shù)控加工操作過(guò)程完整地通過(guò)軟件加以展示，在理論教學(xué)和實(shí)際操作機(jī)床實(shí)踐教學(xué)之間架起了聯(lián)系的橋梁［３］。目前國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的軟件系統(tǒng)主要有上海宇龍、北京斐克、南京斯沃等。這些仿真系統(tǒng)軟件具備模擬機(jī)床操作的整個(gè)過(guò)程，如：毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準(zhǔn)對(duì)刀，刀具安裝，機(jī)床手動(dòng)操作。
　　數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件操作教學(xué)對(duì)本科型的數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)具有重要作用，具體有以下幾個(gè)方面。
　　2.1為學(xué)生提供模擬操作數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能
　　不同的數(shù)控機(jī)床都配套數(shù)控系統(tǒng)，但目前流行的數(shù)控系統(tǒng)品牌并不多，國(guó)外的如SIEMENS和FANUC，國(guó)內(nèi)的如華中數(shù)控和南方數(shù)控。通過(guò)仿真操作，學(xué)生可較快地熟悉這些數(shù)控系統(tǒng)的操作方法。
　　2.2為學(xué)生建立形象化的數(shù)控加工工藝知識(shí)
　　如通過(guò)選擇銑削加工的各種銑刀，車(chē)削加工中的各種的車(chē)刀，可具體化地獲知每種刀具的形狀及其加工機(jī)理。
　　2.3為學(xué)生熟練G代碼功能提供演練平臺(tái)
　　書(shū)本上G代碼功能的內(nèi)容介紹繁瑣，難以與實(shí)踐者實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，學(xué)習(xí)枯燥無(wú)味，不能給初學(xué)者留下深刻記憶。仿真平臺(tái)的互動(dòng)式學(xué)習(xí)可協(xié)助學(xué)生形象化理解每個(gè)G代碼功能及相關(guān)參數(shù)，這個(gè)過(guò)程可大大促進(jìn)知識(shí)的記憶。
　　3.教學(xué)對(duì)策
　　在實(shí)踐中，越來(lái)越多的本科型工科院校已經(jīng)意識(shí)到數(shù)控仿真軟件具有這些功能可為本科應(yīng)用型數(shù)控人才的培養(yǎng)提供有力的輔助平臺(tái)，但如何在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)應(yīng)用好該平臺(tái)為人才培養(yǎng)服務(wù)呢？教師應(yīng)用合理的教學(xué)方法，可對(duì)人才的培養(yǎng)起到重要的引導(dǎo)作用。結(jié)合實(shí)踐過(guò)程，我們認(rèn)為數(shù)控仿真系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)方法應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。
　　3.1有針對(duì)性地強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床操作
　　由于專業(yè)對(duì)知識(shí)面“廣”的要求，本科型數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生無(wú)法像高職院校數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生那樣有足夠的時(shí)間和上機(jī)機(jī)會(huì)用于操作數(shù)控機(jī)床練習(xí)。在有限數(shù)控技術(shù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)，如何保證充分的時(shí)間用于數(shù)控機(jī)床操作實(shí)踐成了本科型數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的一個(gè)重要問(wèn)題。若在這有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生匆忙上機(jī)練習(xí)，則容易出現(xiàn)誤操作，發(fā)生碰刀、損壞工件等事故，給學(xué)生的下一步深入學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)帶來(lái)心理陰影。先進(jìn)行仿真實(shí)踐的練習(xí)再上機(jī)操作，可有效地彌補(bǔ)本科型數(shù)控技術(shù)人才環(huán)節(jié)的不足，因此在進(jìn)行數(shù)控仿真系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)過(guò)程中，必須以強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床操作為重要原則，這就需要教師在指導(dǎo)過(guò)程中以一種或兩種數(shù)控系統(tǒng)為模版，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床操作上的認(rèn)識(shí)，輔導(dǎo)學(xué)生熟練掌握機(jī)床從開(kāi)機(jī)到最后加工出合格工件的整個(gè)操作流程。在該原則下，進(jìn)行仿真實(shí)踐教學(xué)輔導(dǎo)，為全面掌握數(shù)控加工上機(jī)操作奠定了重要的操作基礎(chǔ)，并有效地避免學(xué)生出現(xiàn)誤操作，幫助其度過(guò)初次上機(jī)操作的心理難關(guān)。
　　3.2進(jìn)一步強(qiáng)化G代碼編程教學(xué)
　　比起高職人才培養(yǎng)，本科學(xué)生在校期間具體的數(shù)控編程操作的機(jī)會(huì)相對(duì)要少得多，在課堂上，G代碼功能教學(xué)雖然也較系統(tǒng)，但由于G代碼都是由一些G字符加數(shù)字組成，且輔助參數(shù)數(shù)量較大，沒(méi)有重復(fù)演練，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，要記住這些功能絕非易事。而通過(guò)軟件的仿真，可較完整地模擬演練這些功能，特別是一些固定循環(huán)指令的教學(xué)，用軟件仿真的辦法輔助G代碼編程教學(xué)，可對(duì)功能中具體實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)有更為深刻的認(rèn)識(shí)。
　　比如車(chē)削加工的G92指令是一個(gè)加工螺紋的固定循環(huán)指令，在仿真軟件系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)定單步運(yùn)行，可對(duì)循環(huán)中的每一個(gè)功能做暫停查看，這樣就可形象化地查看清楚什么時(shí)候定位刀具、什么時(shí)候開(kāi)始進(jìn)刀、什么時(shí)候開(kāi)始切削螺紋、什么時(shí)候切削完畢、固定循環(huán)完畢之后刀具退到什么位置，以及每個(gè)過(guò)程中的速度是多少。這樣一個(gè)過(guò)程使理論教學(xué)過(guò)程需要大半堂課或一節(jié)課的內(nèi)容較輕松地得到演示，而且使學(xué)生更加形象化地學(xué)到知識(shí)，也為本科學(xué)生開(kāi)發(fā)相關(guān)數(shù)控系統(tǒng)關(guān)注切削過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)提供一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。因此在仿真實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，以輔助G代碼的理論教學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的輔導(dǎo)，對(duì)強(qiáng)化本科型的數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)，可起到重要的推動(dòng)作用。
　　3.3作為輔助數(shù)控原理教學(xué)的有效手段
　　了解并掌握必要的數(shù)控技術(shù)原理知識(shí)，是本科型數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)要求的一項(xiàng)重要內(nèi)容，課堂上的純數(shù)控原理理論教學(xué)大都以模塊化的形式進(jìn)行，具體每一個(gè)模塊之間是如何協(xié)作的，由于教學(xué)課時(shí)的限制，無(wú)法深入講解，學(xué)生對(duì)這些理論知識(shí)缺乏興趣，往往以死記硬背結(jié)束這塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)。如講授插補(bǔ)方法章節(jié)時(shí)，僅僅是插補(bǔ)算法展開(kāi)，而講授位置測(cè)量章節(jié)時(shí)，也僅僅是以如何實(shí)現(xiàn)位置或速度測(cè)量原理為目標(biāo)進(jìn)行的，對(duì)于這兩塊內(nèi)容之間有什么關(guān)系，它們之間是如何協(xié)作的缺乏詳細(xì)的探討。因此靠純理論講解難以使數(shù)控原理的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合。
　　通過(guò)加工仿真實(shí)踐，原理性的部分知識(shí)可以通過(guò)具體的加工過(guò)程得到形象化的串聯(lián)。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該起到指點(diǎn)教學(xué)原理的作用，做到邊引導(dǎo)實(shí)踐操作，邊點(diǎn)綴講解對(duì)應(yīng)的數(shù)控原理，使學(xué)生對(duì)原理性的理論知識(shí)在實(shí)踐過(guò)程中得到強(qiáng)化。比如在機(jī)床回參考點(diǎn)時(shí)，讓學(xué)生關(guān)注坐標(biāo)軸坐標(biāo)的變化，講述相對(duì)編碼器的工作原理。當(dāng)回參考點(diǎn)快到零位時(shí)，軸的坐標(biāo)值會(huì)在一個(gè)范圍內(nèi)變化，直到坐標(biāo)值變化停止后變0。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，教師可有意讓學(xué)生回憶相對(duì)編碼器Z相的定位原理，這樣的交互過(guò)程可使學(xué)生對(duì)編碼器的理論學(xué)習(xí)產(chǎn)生深刻印象。因此，通過(guò)仿真實(shí)踐學(xué)習(xí)理論原理是深化理論學(xué)習(xí)的重要手段。
　　3.4作為擴(kuò)展學(xué)生專業(yè)興趣的有力推手
　　大學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)是其成為高級(jí)專門(mén)人才的基礎(chǔ)和前提，而大學(xué)生的專業(yè)興趣對(duì)其專業(yè)學(xué)習(xí)產(chǎn)生直接影響，因此專業(yè)興趣是影響大學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)、就業(yè)及工作的重要因素［４］。培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，有利于學(xué)生的成長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的正外部性。本科型數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)，同樣需要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，數(shù)控技術(shù)是一門(mén)理論與實(shí)踐融合較深的課程，但長(zhǎng)期以來(lái)本科型的數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)，理論知識(shí)學(xué)習(xí)占有較大比重，使學(xué)生感覺(jué)枯燥。而通過(guò)仿真實(shí)踐使G代碼的學(xué)習(xí)形象化，使數(shù)控原理的學(xué)習(xí)具體化，有利于激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣，教師應(yīng)該在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中灌輸專業(yè)知識(shí)，爭(zhēng)取做到實(shí)踐過(guò)程中的每一環(huán)節(jié)都能把理論知識(shí)與工廠中的實(shí)際情況如產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)利益聯(lián)系在一起，比如實(shí)踐中對(duì)切削用量的選用，可以直接與工件的質(zhì)量、工件的加工成本計(jì)算掛鉤。通過(guò)這樣的仿真實(shí)踐，學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣會(huì)得到提高，因此在具體教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該時(shí)刻把強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)興趣作為教學(xué)的一個(gè)重要指導(dǎo)原則。
　　4.結(jié)語(yǔ)
　　本文分析應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)存在的教學(xué)方面的矛盾，圍繞數(shù)控仿真實(shí)踐教學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，分析數(shù)控技術(shù)仿真實(shí)踐在本科型數(shù)控人才培養(yǎng)中的意義，就如何緩解數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)要求的“強(qiáng)”與“廣”雙重要求矛盾，給出融合數(shù)控編程、系統(tǒng)原理及操作實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)指導(dǎo)方案，并對(duì)具體教學(xué)方法給出對(duì)策，為應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)教學(xué)改革提供借鑒，為課程的建設(shè)提供幫助。
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