數(shù)控課程教學模式研究

張海云 司馬中文 趙玉剛

摘 要 為培養(yǎng)數(shù)控技術的應用型人才，適應機床數(shù)控技術日新月異發(fā)展的需要，對機床數(shù)控技術課程的教學模式進行改革。結合多種現(xiàn)代化的教學手段和多媒體數(shù)控實驗室，理論教學采用課堂授課、現(xiàn)場教學和雙語教學相結合的全方位的教學模式，實驗教學采用模擬驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗等不同的實驗方法，取得較為理想的教學效果。

關鍵詞 數(shù)控課程；多媒體數(shù)控實驗室；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2013）03-0092-03

Research on Teaching Model of Numerical Control Course//Zhang Haiyun， Sima Zhongwen， Zhao Yugang

Abstract In order to train CNC technology talents and meet the needs of the quick development of CNC machine tools and technology， reform was done on the course of machine tool numerical control technology. Combined with a variety of modern teaching methods and multimedia control laboratory， new teaching models were used. Classroom instruction， on-site teaching and bilingual teaching were adopted as the form of theoretical teaching， while simulation and verification experiment， designing experiments and comprehensive experiment were introduced in the experimental teaching. The results indicate that it is an ideal teaching model for the numerical control course.

Key words numerical control course； multimedia control laboratory； experimental teaching

大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術，已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力的重要途徑。而我國機床工具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的信息表明，我國機床消費量為世界第一，我國機床的數(shù)控化率正在向發(fā)達國家的數(shù)據(jù)靠攏，中國逐漸成為“世界制造中心”。因此，整個制造業(yè)對從事數(shù)控編程、數(shù)控加工和數(shù)控設備維修的數(shù)控高級應用人才的需求每年還將繼續(xù)增加。作為培養(yǎng)數(shù)控技術人員的高校，已把數(shù)控技術課程作為現(xiàn)代機械制造類專業(yè)的專業(yè)主干課程之一。很多高校也在對數(shù)控技術課程的授課模式和授課內(nèi)容進行不斷的改革與探索[1-3]。如何提高數(shù)控技術課程的教學質(zhì)量，搞好數(shù)控課程的教學工作，是高校教師面臨的一個重要課題。筆者結合自己的教學工作，探索了幾種行之有效的教學方法。

1 全面正確認識課程特點

數(shù)控技術課程作為數(shù)控專業(yè)主干課程之一，有其自身固有的特點。只有正確認識課程特點，授課中才能有針對性。

1.1 知識面寬

數(shù)控技術是一門綜合了多個技術領域的多學科交叉的綜合技術，是高度的自動化控制技術，也是近年來應用領域中發(fā)展十分迅速的一項高新技術。它是集機械設計與制造工藝、電子技術、自動控制理論、計算機技術、傳感器技術、軟件技術、信息技術、機電一體化技術等于一體的多學科的綜合技術。

1.2 理論性強，實踐性更強

該課程具有較強的理論性，學習本課程的目的是使學生在短時間內(nèi)掌握數(shù)控機床的基本概念、數(shù)控原理、插補原理、硬件和軟件結構、進給伺服系統(tǒng)、檢測原理、手工編程和計算機輔助編程等內(nèi)容，掌握典型的數(shù)控車床、銑床的編程知識與操作。因此，數(shù)控技術首先是一門系統(tǒng)性較強的理論課。同時，數(shù)控技術課程又是一門實踐性很強的課程[4]，離開實踐就談不上素質(zhì)培養(yǎng)，實踐是知識轉化并升華為素質(zhì)的根本條件。教學中的很多環(huán)節(jié)，都必須用相應的實驗或實訓教學來加深對理論知識的鞏固與理解，如數(shù)控機床結構剖析、數(shù)控加工工藝分析、數(shù)控編程、數(shù)控機床的操作與維修等都離不開實踐。

1.3 知識更新快

隨著計算機技術、控制技術的飛速發(fā)展，對傳統(tǒng)的制造業(yè)提出嚴峻的挑戰(zhàn)，許多發(fā)達國家包括發(fā)展中國家對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出更新的制造模式。數(shù)字化的控制技術正在發(fā)生根本性的變革，傳統(tǒng)的、封閉的數(shù)控系統(tǒng)已越來越不適應加工的要求，因此必須采用基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)涉及的領域也在不斷拓展，在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術。數(shù)控系統(tǒng)的功能不斷完善，可實現(xiàn)高速、高精、高效控制，可自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，可在線診斷和智能化處理故障。數(shù)控系統(tǒng)的集成化程度不斷提高，可與CAD/CAM集成為一體，實現(xiàn)中央集中控制的群控加工。

2 理論課教學方法靈活多樣

數(shù)控技術理論課的學習，傳統(tǒng)的教學方法是單一的課堂教學，課堂教學時教師對著課本講各種控制指令和機床的運動部件的各種動作，需要學生具有很好的想象力，學生反映聽課“如聽天書”。這種單向灌輸式的教學方法，已不適應信息社會的發(fā)展，必須根據(jù)不同的授課內(nèi)容，采用全方位的立體教學模式和現(xiàn)代化教學手段，使信息由單向傳遞變?yōu)殡p向流動，這樣才能使學生對所學知識有一個系統(tǒng)的、全面的認識，以達到理想的教學效果。

2.1 課堂授課

對理論課的學習，課堂教學是主要的授課形式，主要講授基本理論知識，占總學時的70%左右。課堂教學也要做到以人為本，傳統(tǒng)的教學是以教師為中心、以書本為中心、以課堂為中心，重教有余、重學不足的單一教學方法。而要做到以人為本就是要以學生為主體，按照現(xiàn)代化的教學模式，充分體現(xiàn)學生的主體地位。

課堂授課過程中還要注意運用各種有效的教學手段，如多媒體動感文字圖片、模擬動畫、生產(chǎn)現(xiàn)場視頻、相關的音像教材等，做到圖文并茂，使之構成一套內(nèi)容豐富、表現(xiàn)形式多樣的立體教材。要注重因材施教，靈活多樣的教學方法也是保證教學效果的重要法寶。課堂上要注意采用不同的教學方法，如討論啟發(fā)式教學法、問答式教學法、案例式教學法、項目式教學法[4-6]等多種方法，不僅能激發(fā)學生的學習興趣，而且能收到事半功倍的效果，適應應用型本科教育。

例如，在講授逐點比較法差插補原理時，可設置問題：程序中給定的坐標是有限的，怎樣使刀具能夠沿著給定的軌跡（直線或圓?。┻\動呢？讓學生先自己思考、分析，而后筆者結合自己的科研工作，將用高級語言編制的插補程序（圖1）進行模擬運行，通過對程序的執(zhí)行和不同參數(shù)變化對運行軌跡的影響，使學生能對插補原理有一個感性的認識，明白刀具在加工過程中是怎樣運行的。這樣的情景設置和和動畫教學能夠使學生加深對知識的理解，同時培養(yǎng)學生獨立思考問題的能力，激發(fā)創(chuàng)新意識和學習的主動性。

2.2 現(xiàn)場授課

數(shù)控技術傳統(tǒng)的教學方式，理論教學和實驗教學是完全分離的。實踐證明，有些理論內(nèi)容單純在課堂上講解顯得很抽象，不便于學生接受和理解，這樣的內(nèi)容就考慮采用現(xiàn)場教學，這部分內(nèi)容大約占總學時的20%?，F(xiàn)場教學過程中可充分地利用實驗教學設備，使學生在教與學的互動過程中學習，這樣能夠發(fā)揮學生的主觀能動性，極大地調(diào)動他們的學習熱情，比課堂授課更直觀、更形象、更容易接受，教學效果比較理想。

如在講授編程五大功能指令（G功能、M功能、F功能、S功能、T功能）時，采用現(xiàn)場教學，利用學校數(shù)控技術研究所研發(fā)的由微型數(shù)控銑床、微型數(shù)控車床構建的數(shù)控多媒體實驗室，邊講解邊操作，在MDI方式下輸入相應的運行指令，其運行情況可以在屏幕上模擬，同時機床的相關部件可以實現(xiàn)相應的運動。這樣的授課方式能加深對編程指令的理解和掌握。又如，在講授機床各個坐標方向運動時，也可采用現(xiàn)場教學，在手動操作方式下，使機床各坐標方向實現(xiàn)相應的運動，以使學生加深對機床坐標系的認識。

現(xiàn)場教學用的數(shù)控多媒體實驗室如圖2所示。在多媒體教室進行現(xiàn)場授課，可以讓學生在很短的時間內(nèi)掌握書本知識、實驗技能、基本操作技能，時間短、效率高、效果好，同時也大大方便了教師的教學，大大減輕了教師的勞動強度。

2.3 雙語教學

隨著世界經(jīng)濟的一體化及世貿(mào)組織的加入，跨國界的企業(yè)間的業(yè)務往來日益頻繁，這就要求大學生要有一定的英語水平，這樣才能進行正常的貿(mào)易往來。目前我國機械制造業(yè)的數(shù)控化率正在不斷提高，是機床消費大國，而我國所使用的高檔數(shù)控機床大約有30%是進口的，其操作界面大多是純英文的，一些常用的CAD/CAM軟件（如UG、ProE等）也是英文版本，所以數(shù)控技術人員要能熟練地編寫程序、操作和維護機床，還必須有很強的英語應用能力。因此，有必要對數(shù)控技術課程實施雙語教學。目前，學校在理論教學中已開始嘗試雙語教學，這樣既培養(yǎng)學生數(shù)控技術方面的專業(yè)知識，又提高了學生的英語應用能力，適應了社會發(fā)展對人才的需求。

3 實驗形式不拘一格

為了提高學生的動手操作能力、創(chuàng)造能力、抽象思維能力和綜合判斷能力，在數(shù)控課程的教學中，還要加強和完善實驗教學環(huán)節(jié)[7]。本課程實驗的目的是讓學生通過實際動手掌握數(shù)控機床的基本操作，將所學的理論知識應用到實踐中來。因此，要求根據(jù)不同的實驗內(nèi)容采取不同的實驗方法。

3.1 模擬、驗證性實驗

理論課中講授的原理性的知識有必要在實驗中進行重新認識，對這些內(nèi)容可以開設認識性實驗。如機床的切削進給運動、快速運動等，可通過實驗教師編寫簡短的程序進行演示、驗證；或通過數(shù)控加工仿真系統(tǒng)（學校配有FANUC仿真系統(tǒng)、SIEMENS仿真系統(tǒng)等）對加工過程進行演示，既保證了程序的真實性，又培養(yǎng)了學生熟練操作機床的能力。

3.2 設計性實驗

為激發(fā)學生學習數(shù)控知識的興趣，要有針對性地開設設計性實驗，以便給學生更多的自行設計空間，充分發(fā)揮學生的潛能。對于數(shù)控加工部分有必要開設設計性實驗，如給學生一張零件圖紙，要求學生對工藝規(guī)程進行設計，包括分析圖紙、擬定加工方案、安排工藝順序、選擇刀具和夾具、規(guī)劃走刀路線、編制加工程序等，把所編制的程序通過相應的機床進行加工試驗。這樣學生有成就感，會激發(fā)學生的學習興趣、大大提高學習的積極性。

3.3 綜合性實驗

目前，機械制造行業(yè)要求培養(yǎng)的數(shù)控技術人才不僅是數(shù)控編程加工操作人員，還要能夠完成零件造型與自動編程，能對機床進行維護、維修等。因此，要求學生必須掌握從零件設計造型到數(shù)控編程加工操作的全部過程，所以在實驗時要開設一些綜合性的實驗。如山東理工大學開設的綜合性實驗之一是要求學生能用CAD/CAM軟件完成零件的造型、自動編程與加工。圖3為學生通過MasterCAM軟件對零件進行建模、自動生成數(shù)控加工程序，而后自己通過操作微型數(shù)控車床加工的零件。通過該綜合性實驗，學生基本掌握了零件從設計建模、工藝參數(shù)設置、數(shù)控程序生成到機床操作等基本知識和技能。同時，教師在授課實驗過程中故意對機床的某些機械或控制部分進行故障設置，讓學生自己查找原因，并進行維修維護。

4 總結

機床數(shù)控技術課程的教學是一門理論和實踐性較強的課程，只有正確認識數(shù)控課程的特點，緊密把握數(shù)控技術發(fā)展的前沿，不斷改革、不斷完善，不斷嘗試新的教學方法和教學手段，使之與時俱進，才能有效地增強授課的效果。目前探索出的課堂授課、現(xiàn)場教學、雙語教學相結合的理論教學方法和模擬驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗相結合的實驗實訓方法，已形成一套成熟的，集理論授課和實驗教學于一體的，具有應用型本科特色，適應機械類各專業(yè)教學要求的數(shù)控技術課程理論教學體系和實踐教學體系。在本教學體系中，學生在較好地掌握數(shù)控技術理論知識的前提下，能夠很好地與實踐相結合，教學效果顯著，適應了社會對高素質(zhì)人才的需求。

參考文獻

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