中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控專業(yè)仿真教學(xué)方法研究

王德強(qiáng)　郭炯

摘 要：隨著CNC、CAM/CAD等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展速度也在日益加快，社會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)的需求也推動(dòng)了廣大中等職業(yè)學(xué)校對(duì)數(shù)控應(yīng)用技術(shù)的高度關(guān)注，但多數(shù)中等職業(yè)學(xué)校因受到硬件設(shè)施、師資力量、教學(xué)安全等因素的限制，實(shí)操訓(xùn)練難以開展，因此仿真教學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，在中等職業(yè)學(xué)校被廣泛應(yīng)用。

仿真教學(xué)就是用電腦來(lái)模擬真實(shí)自然現(xiàn)象或社會(huì)現(xiàn)象，學(xué)生模擬扮演某一角色進(jìn)行技能訓(xùn)練的一種教學(xué)方法，從概念來(lái)看仿真教學(xué)的本質(zhì)還是教學(xué)方法，因此在具體實(shí)施過(guò)程中，必須從實(shí)施準(zhǔn)備和實(shí)施過(guò)程兩個(gè)方面充分考慮各種可能性，最終得出最優(yōu)結(jié)果。

1 數(shù)控專業(yè)開展仿真教學(xué)的必要前提條件

1.1 硬件設(shè)施

基于斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的數(shù)車仿真教學(xué)，必須以計(jì)算機(jī)為載體，利用仿真軟件的模擬效果對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。因此在教學(xué)硬件設(shè)施方面必須達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：一是作為仿真訓(xùn)練的載體和教學(xué)實(shí)施主要場(chǎng)所，必須有一間由投影儀、計(jì)算機(jī)、視頻展示臺(tái)、中央控制系統(tǒng)等現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備組成的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室；二是為了使仿真訓(xùn)練達(dá)到更好的效果，在教學(xué)過(guò)程中將虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，還應(yīng)具備一定數(shù)量的數(shù)控車床，隨時(shí)方便學(xué)生將仿真訓(xùn)練和現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行對(duì)比。

1.2 學(xué)生

第一、仿真教學(xué)做為中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控車專業(yè)的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生所掌握的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，要求學(xué)生具備一定的理論知識(shí)水平，而且這些已經(jīng)掌握的理論知識(shí)必須具備這樣幾個(gè)特點(diǎn)。一是全面，以數(shù)控車專業(yè)階梯軸的加工為例，要想完成一次車削加工，學(xué)生必須全面掌握機(jī)械制圖、金屬工藝、加工工藝、尺寸計(jì)算、公差配合、機(jī)床工作原理等基礎(chǔ)性理論知識(shí)，將所有這些理論知識(shí)綜合運(yùn)用在一起才有可能完成一次零件加工任務(wù)，因此在仿真訓(xùn)練過(guò)程中學(xué)生對(duì)制圖、金屬、工藝等方面理論知識(shí)的掌握缺一不可。二是準(zhǔn)確，為了順利完成一次零件加工任務(wù)，無(wú)論是在虛擬環(huán)境內(nèi)的仿真加工還是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)際操作，都必須要求操作者所掌握的理論知識(shí)100%準(zhǔn)確無(wú)誤，否則都將對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生致命的影響，例如，如果學(xué)生在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)45#鋼的金屬性能把握不夠，那么在刀具選擇、切削用量、切削速度三個(gè)方面將產(chǎn)生致命的錯(cuò)誤，在實(shí)際操作中將會(huì)發(fā)生斷刀、飛刀、工件報(bào)廢等嚴(yán)重后果，在仿真訓(xùn)練中軟件將會(huì)自動(dòng)停止，甚至直接導(dǎo)致整個(gè)訓(xùn)練徹底失敗。

第二、數(shù)控車仿真教學(xué)作為一項(xiàng)技能訓(xùn)練，在訓(xùn)練過(guò)程中多數(shù)情況都是模擬實(shí)際工作場(chǎng)景中，幾個(gè)學(xué)生一組，分工合作共同完成某項(xiàng)復(fù)雜工作任務(wù)，這需要學(xué)生具有一定的團(tuán)隊(duì)合作能力，在面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)要有發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，當(dāng)然這些能力可以通過(guò)仿真訓(xùn)練逐步強(qiáng)化，但學(xué)生在進(jìn)入仿真訓(xùn)練前必須已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ)，否則強(qiáng)化將無(wú)從談起。

第三，在進(jìn)行復(fù)雜軸類零件仿真加工訓(xùn)練時(shí)，為使訓(xùn)練取得更好的效果，學(xué)生需要對(duì)訓(xùn)練核心內(nèi)容數(shù)控車床具有一定的了解。一方面是對(duì)車床工作模式的熟悉，學(xué)生需要先進(jìn)行一段時(shí)間的普車加工訓(xùn)練，全面掌握車床的工作原理和工作任務(wù)范圍，另一方面學(xué)生要對(duì)數(shù)控車床外形、操作面板等基礎(chǔ)性內(nèi)容有所了解。

1.3 教師

中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控車床仿真教學(xué)受其特殊性的影響，對(duì)教師提出了更高的要求。在仿真訓(xùn)練中，學(xué)生首次將所掌握的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)能力，因此作為整個(gè)訓(xùn)練的主導(dǎo)者，必須具有相當(dāng)高的綜合素質(zhì)。一是作為一門綜合性技能訓(xùn)練課程，老師對(duì)有關(guān)理論知識(shí)的掌握必須高于學(xué)生，不僅要做到全面、準(zhǔn)確，還要做到能夠熟練應(yīng)用。二是基于斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的中職數(shù)控車仿真訓(xùn)練作為一項(xiàng)新興高科技教學(xué)手段，要求教師必須能夠熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)、投影儀等各種先進(jìn)的教學(xué)輔助設(shè)施，能夠熟練操作斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，可以快速處理對(duì)訓(xùn)練過(guò)程出現(xiàn)的軟件設(shè)置錯(cuò)誤、操作不當(dāng)造成軟件失靈等問(wèn)題。三是在仿真訓(xùn)練過(guò)程中，學(xué)生多數(shù)時(shí)間將處于自主操作練習(xí)的狀態(tài)，為保證每位學(xué)生都可以達(dá)到一定的訓(xùn)練效果，教師必須做好課前學(xué)情分析，至少掌握80%左右學(xué)生的理論水平和能力水平，這樣才有可能在有限的訓(xùn)練時(shí)間內(nèi)做到較為全面的因材施教，提高學(xué)生的仿真訓(xùn)練效果。

2 數(shù)控專業(yè)開展仿真教學(xué)基本方法

根據(jù)中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)目標(biāo)和中職數(shù)車專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，我認(rèn)為中職數(shù)控專業(yè)仿真教學(xué)的實(shí)施必須圍繞理論知識(shí)向技術(shù)能力轉(zhuǎn)化為核心，以滿足實(shí)操訓(xùn)練需求為主要目的，使學(xué)生能夠熟練運(yùn)用已掌握的理論知識(shí)解決實(shí)際操作中的問(wèn)題。因此中職數(shù)控仿真教學(xué)目標(biāo)具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：一是能夠熟練運(yùn)用當(dāng)節(jié)訓(xùn)練的核心理論內(nèi)容，解決實(shí)際操作問(wèn)題。二是能夠用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論知識(shí)解釋仿真訓(xùn)練中所觀察到的各種現(xiàn)象。三是綜合運(yùn)用已經(jīng)掌握的理論知識(shí)和技術(shù)能力，完成某一零件的模擬加工。四是通過(guò)仿真訓(xùn)練，熟悉數(shù)控車床操作方法和規(guī)范，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并停止可能造成任務(wù)失敗和有一定安全隱患的錯(cuò)誤操作。為了順利完成這些教學(xué)目標(biāo)并全面發(fā)揮仿真軟件在教學(xué)中的特殊效果，必須具體實(shí)施教學(xué)過(guò)程中，必須在不同的階段運(yùn)用不同的方法，將理論學(xué)習(xí)、仿真訓(xùn)練和實(shí)操訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能全面發(fā)揮斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的優(yōu)勢(shì)，徹底激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在此，我將其為四個(gè)階段。

2.1 初學(xué)階段

學(xué)生在初學(xué)階段剛剛接觸數(shù)控機(jī)床，對(duì)程序編制、機(jī)床工作模式等仍然比較陌生，所以在這個(gè)階段教學(xué)工作仍要以理論學(xué)習(xí)為主，仿真軟件將作為教學(xué)的一個(gè)輔助設(shè)備出現(xiàn)在理論教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，主要起到輔助教學(xué)的作用?？梢杂山處煵僮鞣抡孳浖?，通過(guò)多媒體設(shè)備向?qū)W生展示所學(xué)理論知識(shí)的應(yīng)用方法。例如教師可以利用仿真軟件向?qū)W生展示G01和G00兩個(gè)指令的區(qū)別。同時(shí)，還可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)安排學(xué)生獨(dú)立使用仿真軟件，熟悉軟件的安裝和運(yùn)行，為今后進(jìn)一步開展仿真教學(xué)打好基礎(chǔ)。

2.2 建模階段

在這一階段當(dāng)中，學(xué)生已基本掌握了數(shù)控機(jī)床面板及數(shù)控仿真系統(tǒng)的簡(jiǎn)單操作方法，需要將理論與仿真有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將知識(shí)體系中的各種程序符號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)床動(dòng)作，建立數(shù)控加工的完整概念。在這一階段可以考慮較多的使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，由教師確定學(xué)習(xí)主線，輔導(dǎo)學(xué)生圍繞主線將理論知識(shí)逐一在仿真軟件上轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床模擬動(dòng)作，例如可以讓學(xué)生自行操作，將教師在初學(xué)階段所做的各種演示在仿真軟件上再現(xiàn)出來(lái)，強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握和理解。同時(shí)給學(xué)生更多的自主練習(xí)時(shí)間，讓學(xué)生了解不同數(shù)控系統(tǒng)（如法那克、西門子、廣數(shù)、華中等）的操作方式，盡快幫助學(xué)生在理論知識(shí)和操作技能兩者之間架起橋梁。

2.3 強(qiáng)化階段

在強(qiáng)化階段，教師需要向?qū)W生展示并講解一些完整的零件加工過(guò)程，可以考慮以項(xiàng)目式教學(xué)法為主，利用仿真軟件強(qiáng)大的模擬功能，輔導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，在仿真軟件上獨(dú)立完成各類零件的加工任務(wù)，這些可以從簡(jiǎn)單的外圓切削開始，然后逐漸加大難度。在這一階段，教師的理論教學(xué)時(shí)間應(yīng)逐漸縮短，在初期，可以由教師全盤講解一個(gè)零件加工的全過(guò)程，但隨著學(xué)習(xí)的逐漸深入，必須將項(xiàng)目教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，把更多的時(shí)間和空間交給學(xué)生，以探索式學(xué)習(xí)為主，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和工作的能力，全面強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立完成加工任務(wù)的能力。

2.4 轉(zhuǎn)化階段

在經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段的學(xué)習(xí)之后，多數(shù)學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)可以熟練地在仿真軟件上進(jìn)行一些較為復(fù)雜的零件模擬加工任務(wù)，但模擬教學(xué)畢竟不是真實(shí)的加工過(guò)程，它無(wú)法完全代替數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)。仿真系統(tǒng)與實(shí)際機(jī)床有著本質(zhì)的區(qū)別，學(xué)生無(wú)法體會(huì)到在機(jī)床上實(shí)際操作時(shí)感覺(jué)，特別在切削用量的選擇方面。因此，在轉(zhuǎn)化階段要合理安排時(shí)間，將仿真訓(xùn)練與實(shí)際數(shù)控機(jī)床操作訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，盡量讓學(xué)生在機(jī)床上進(jìn)行加工訓(xùn)練，將仿真軟件作為實(shí)操訓(xùn)練預(yù)習(xí)的一個(gè)工具，幫助學(xué)生解決在實(shí)操過(guò)程中遇到的難題，這樣可以保證程序的正確性，提高實(shí)操訓(xùn)練的成功率，減少在加工的過(guò)程中因程序問(wèn)題而造成的安全事故。

總之，把仿真軟件用于數(shù)控教學(xué)中，將有利于改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)水平。但同時(shí)要正確處理仿真與實(shí)際操作的關(guān)系，不能用仿真軟件完全代替數(shù)控實(shí)習(xí)，應(yīng)合理安排仿真與實(shí)際操作的時(shí)間。教育是高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)，如何利用現(xiàn)有的資源和設(shè)備，以最少的成本，培養(yǎng)具有現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)能力的新型機(jī)電一體化人才，是我們職業(yè)教育探索的主要方向。