電氣工程專業(yè)“數(shù)控技術應用”教改研究與實踐

朱益利,張建生

(常州工學院電氣與光電工程學院，江蘇常州213002)

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電氣工程專業(yè)“數(shù)控技術應用”教改研究與實踐

朱益利,張建生

(常州工學院電氣與光電工程學院，江蘇常州213002)

摘要：為培養(yǎng)學生綜合應用所學知識的能力，電氣工程專業(yè)開設“數(shù)控技術應用”課程作為大四學生的一門綜合性選修課，以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，提高學生就業(yè)競爭力。傳統(tǒng)數(shù)控技術的教學內容及模式難以適應電氣類學生的需求，針對這一問題從教學內容、校企合作、教學團隊、教學方法和考核方式等方面進行了一系列教學研究與改革，實踐表明改革是行之有效的。

關鍵詞：學生培養(yǎng)；電氣工程；數(shù)控技術；教改

電氣工程及其動化專業(yè)為常州工學院第1批承辦的本科專業(yè)之一。自辦學以來，本專業(yè)確立了“以區(qū)域微特電機制造和電力及能源裝備制造兩大優(yōu)勢產業(yè)為背景，培養(yǎng)適應區(qū)域經濟社會發(fā)展需求、具有較高的崗位競爭力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)的應用型電氣工程技術人才”的專業(yè)定位，致力于培養(yǎng)能夠從事電氣產品的研制開發(fā)和電氣系統(tǒng)試驗分析、運行維護、技術管理并具備良好綜合素質的應用型本科人才。

迄今為止，已經培養(yǎng)電氣工程類應用型本科人才1 500余名。經過10多年的建設與發(fā)展，本專業(yè)取得了一系列理論與實踐成果，綜合實力排名在國內同類高校中位居前列。為培養(yǎng)社會急需的應用型人才，應用型本科院校必須深入地開展各項教育教學改革[1]。順應《中國制造2025》的行動綱領，結合常州產業(yè)優(yōu)勢，為培養(yǎng)高水平應用型人才，學校在電氣工程專業(yè)開設了“數(shù)控技術應用”課程。

1存在的問題

目前，學校擔任電氣工程專業(yè)“數(shù)控技術應用”教學任務的老師大多是按照傳統(tǒng)教學內容進行教學，其中數(shù)控手工編程部分(加工程序的編制)占用了大量學時，且大多停留在理論知識。由于電氣工程專業(yè)學生缺乏機械學科相關知識，對機械加工制造理解較為困難，不能消化課上所學知識。教學內容偏離了電氣工程專業(yè)設置該課程的初衷——鍛煉學生綜合運用所學電氣方面知識的能力[2-3]。

2改革措施

2.1修改教學大綱，調整上課內容

“數(shù)控技術應用”是介紹數(shù)控機床控制原理和數(shù)控系統(tǒng)應用的一門綜合性課程，不僅具有較強的理論性，同時具有較強的實踐性[4]。課程以數(shù)控機床為研究對象，研究數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理、組成部分以及其在數(shù)控機床上的應用。通過課程學習，使學生掌握數(shù)控機床的基本組成、數(shù)字控制技術的基本原理和方法，學會數(shù)字控制系統(tǒng)的組成部分和基本設計方法。

考慮到電氣工程專業(yè)學生特點，應減少加工程序的講解內容，以了解為主。將教學重點放在數(shù)控系統(tǒng)的基本原理和設計方面：①數(shù)控插補原理。通過對脈沖增量插補算法、數(shù)據采樣插補算法、逐點比較法插補原理、數(shù)字積分插補原理、數(shù)據采樣插補原理的學習，讓學生掌握數(shù)控加工編程指令是如何通過計算機系統(tǒng)轉化為實際運動指令的過程；②開環(huán)驅動系統(tǒng)、開環(huán)驅動系統(tǒng)的工作原理、步進電動機及其性能指標、脈沖驅動電源、脈沖分配與速度控制、傳動間隙及傳動誤差、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)軟件的內容及速度控制、步進電動機環(huán)形分配程序、步進電動機自動升降速程序、傳動間隙及傳動誤差軟件補償程序等知識，使學生掌握開環(huán)伺服執(zhí)行機構的基本原理；③閉環(huán)伺服驅動系統(tǒng)、直流電機伺服系統(tǒng)、交流電機伺服系統(tǒng)，使學生熟悉閉環(huán)伺服執(zhí)行機構的基本原理；④人機交互界面的設計與開發(fā)，使學生熟悉數(shù)控機床人機交互界面的開發(fā)流程；⑤數(shù)控機床中的位置檢測裝置，使學生掌握數(shù)控機床中常用傳感器的基本原理及使用方法；⑥主軸及其它輔助功能的實現(xiàn)，使學生掌握PLC及相關電氣控制知識如何應用到數(shù)控機床中；⑦新型磁懸浮電主軸的基本原理及設計思路，開闊學生的視野，綜合運用所學過的“電裝制圖”“自動控制”“數(shù)字電路技術”“模擬電路技術”“傳感技術”“電力電子技術”“電機原理”“單片機原理”等課程知識。

2.2校企合作，提升教學質量

1)與相關企業(yè)合作。聘請企業(yè)方面的專家進行技術指導，建立穩(wěn)定團隊合作機制，充分利用社會資源。在教學計劃制定、教學大綱修訂、校企師資互動、實驗實訓項目等方面，與企業(yè)開展全方位合作，促進教學質量的提高。

2)充分利用教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃高校學科專業(yè)”這一平臺，以“校代表制度”形式與企業(yè)開展深度合作，選拔優(yōu)秀的骨干教師作為校代表，負責學校與企業(yè)的聯(lián)系與溝通，把握社會最新需求，促進課程建設調研的常態(tài)化，根據每一年的調研情況，調整課程教學內容。

3)定期邀請企業(yè)技術人員來校，開展與課程相關的專題講座。課程教學中，實行“雙導師制”，由校內導師和企業(yè)導師共同指導，吸引學生進入開放實驗室開展課程相關的一些實踐活動，讓學生有目的地學習。

4)完善和企業(yè)合作的新技術應用推廣制度。通過教師與工程技術人員在技術項目和專業(yè)教學中的合作，及時吸納與畢業(yè)生就業(yè)崗位工作項目相關的新技術內容，保證課程內容的及時更新。

2.3打造教學團隊

通過以下一系列舉措，優(yōu)化教學團隊的結構，提升理論水平和實踐能力，造就一批教學名師和優(yōu)秀教學團隊。

1)組建數(shù)控課程教學團隊，遴選教學團隊帶頭人。充分發(fā)揮教學名師的引領示范作用，開展“名師公開課”“資深教師示范課”等活動，加強教學研究，打造優(yōu)質課堂。

2)健全老中青傳幫帶機制，實行新開課、開新課試講制度。鼓勵教師多前往企業(yè)，了解企業(yè)需求，以合作企業(yè)為依托，選派骨干教師掛職鍛煉。

3)以產品開發(fā)為紐帶，推行教師柔性進駐企業(yè)政策；以交流服務為推手，實施教師職業(yè)培訓計劃。

4)以項目申報為載體，校企共同培養(yǎng)“雙師型”教師。

2.4積極探索新教學方法

考慮到數(shù)控技術具有較強的工程應用背景，在“數(shù)控技術應用”的教學過程中，應綜合運用案例教學、技能訓練式教學、工程項目式教學、討論式教學等多種方法[5]。

課前，教師通過思考題或案例激發(fā)學生學習興趣進行課前預習。

課堂教學中，根據重點難點、實際應用和拓展內容分別采用“帶著學”“看著學”和“自己學”模式，實現(xiàn)互動式教學。教師運用多種現(xiàn)代化教學手段，對重要知識點進行漸進式講授和驗證，學生從定性理解到定量掌握，實現(xiàn)啟發(fā)式教學。

課后，學生自主訓練，鞏固提高所學知識，教和學的目的性、針對性更強，實現(xiàn)反饋式教學。

2.5加大實踐教學建設

1)豐富數(shù)控仿真加工方面的實踐內容。在插補原理部分，引導學生使用編程開發(fā)軟件(如Matlab和VC等)開發(fā)數(shù)控插補程序，使學生在掌握數(shù)控插補原理的基礎上，熟悉計算機編程開發(fā)的基本流程。

2)在手工編程部分，引導學生使用宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，更加形象、直觀地學習數(shù)控編程基本規(guī)則和機械加工過程。

3)在電控系統(tǒng)設計部分，引導學生使用斯沃數(shù)控仿真系統(tǒng)，搭建虛擬數(shù)控機床的電控系統(tǒng)，綜合運用所學的電氣相關知識，并熟悉虛擬仿真的基本流程。

4)開發(fā)綜合性和開發(fā)性實驗，加強數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)實驗室建設，如開放式計算機數(shù)字控制系統(tǒng)、數(shù)控交流伺服驅動系統(tǒng)、混合式步進電機驅動器、綜合應用實驗裝置(可以設控制器、伺服電機、電動刀架、主軸驅動等常用數(shù)控電氣方面的實驗)。

2.6加大課程資源建設

組織教師開發(fā)數(shù)控網絡課程平臺，平臺將動畫演示、仿真軟件、虛擬實驗3種現(xiàn)代化教學手段有機結合，提供了豐富的素材內容和類型，以彌補理論脫離實際的問題，使深奧的理論變得生動易懂，激發(fā)了學習興趣、增強了學習的目的性。

開發(fā)的主要資源包括：①數(shù)控機床設計和使用的一些操作規(guī)范和行業(yè)標準；②機械加工行業(yè)中的一些規(guī)范和工藝流程等；③各類現(xiàn)代化機床的工作原理及相關介紹；④企業(yè)實際生產過程的一些錄像或圖片；⑤收集數(shù)控機床相關的一些機械機構的三維數(shù)字化模型；⑥柔性化生產線的設計規(guī)則等；⑦相關企業(yè)主持過的項目案例及相關培訓教程等；⑧課程相關實踐指導書等。

另外,為便于學生對所學知識的練習、自查、鞏固，教師及時了解學生對知識的掌握情況，開發(fā)了基于VB的課程自助考試系統(tǒng)。系統(tǒng)界面清晰，操作方便，學生可以方便地進行習題練習、課程考試等，教師可以對試題進行錄入、刪除、修改、查詢等操作，可以通過手動和自動2種方式進行組卷、查詢、分析等。

2.7考核內容和方法的改革

在建好綜合實驗基地的基礎上，嘗試考試方法的新評價系統(tǒng)。教學過程中，學習效果的評價方式從單純的理論考試和僅以考試成績評價學生的傳統(tǒng)做法，向以考試為主、結合學習過程考核的多樣化考試方式轉變。一方面，注重學習過程的控制，注重對學生操作能力與知識運用的評價與考核，考核方式的多元化和多維化使學習評價更為準確客觀。另一方面，讓學生更多地參與到企業(yè)的具體生產流程中或者具體的設計開發(fā)任務中，根據不同階段以完成工程項目的方式實現(xiàn)對學生實踐動手能力和解決實際問題能力的評價。例如，讓學生設計數(shù)控機床的電控系統(tǒng)，并驗證設計方法的可行性，以設計報告形式提交。

采用實驗測試、現(xiàn)場答辯、教考分離等多種形式，來檢測學生對知識點、能力點的掌握程度。在考試內容方面，強化知識的綜合應用能力(如數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn))，弱化機械加工編程等內容。加大實踐考核在總成績中的比例，通過網絡考核、實踐操作考核等多種形式進行考試方法的改革，改變學習效果評價方式，積極調動學生的學習積極性和主動性。

每學期組織學生參加教學座談會和網上評教，院系領導堅持隨堂聽課制度，共同對教師的教學質量進行評價與監(jiān)控。

3結語

通過對電氣工程專業(yè)中“數(shù)控技術應用”教改研究與實踐，充分調動了學生積極性、主動性、創(chuàng)造性，不僅使學生能掌握“數(shù)控技術應用”課程的基本理論、基本知識和基本技能，而且鍛煉了學生綜合應用所學知識的能力，更重要的是培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。教學實踐表明，這一系列行之有效教學改革切合了電氣類學生的實際需求，取得了良好的成效。

[參考文獻]

[1]李文虎.論應用型本科院校的教學改革[J].常州工學院學報,2005,23(4)：101-103.

[2]王娟娟.國內外電氣工程專業(yè)課程設置的特點及比較研究[J].理工高教研究,2007,26(3)：94-95.

[3]趙彩虹,居榮,吳薛紅.提高電氣工程專業(yè)教育質量的研究與實踐[J].中國電力教育,2008(1)：60-61.

[4]趙亮.淺談應用型本科數(shù)控技術課程教學內容的設置與教學方式的改革[J].遼寧科技學院學報,2012(2)：59-60.

[5]楊筍,史亞貝.“數(shù)控機床”課程教學方法改革的研究[J].張家口職業(yè)技術學院學報,2011,24(1)：79-80.

責任編輯：周澤民

Teaching Reform and Practice of ″Numerical Control Technology″ Course for Electrical Engineering Majors

ZHU Yili,ZHANG Jiansheng

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

Abstract：In order to cultivate students′ practical ability of applying knowledge comprehensively,the course of numerical control technology application has been set up as an optional course for senior students majoring in electrical engineering so as to improve their employment competitiveness.The traditional teaching contents and mode for the numerical control technology course cannot meet the requirements of students.To solve this problem,a series of teaching reforms and researches have been carried out from aspects like teaching content,school-enterprise collaboration,teaching team,teaching methods and assessment methods,which is proved to be effective.

Key words：student cultivation;electrical engineering;numerical control;teaching reform

中圖分類號：G642

文獻標志碼：B

文章編號：1671- 0436(2016)01- 0082- 03

作者簡介：朱益利(1987—)，男，博士，講師。

基金項目：常州工學院課程建設項目(A3-4401-14-072)

收稿日期：2015-12-18

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.01.018