數(shù)控技術(shù)理實(shí)一體化教學(xué)改革與實(shí)踐

魏宏波 王瑋 高紅衛(wèi) 史革盟

摘? 要 通過分析數(shù)控技術(shù)課程特點(diǎn)，針對學(xué)生數(shù)量快速增長與教學(xué)設(shè)備不足的矛盾，學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會較少，無法滿足現(xiàn)代應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求的現(xiàn)狀，提出理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。介紹本院理實(shí)一體化數(shù)控實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成及特點(diǎn)，理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)施過程，通過改革，證明教學(xué)方式不僅安全，而且在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力方面，起到積極作用。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革;理實(shí)一體化教學(xué);數(shù)控技術(shù);數(shù)控實(shí)驗(yàn)室;數(shù)控仿真軟件

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）18-0124-03

1 引言

我國工科大學(xué)和工科大學(xué)生的數(shù)量都位居世界前列，我國也十分重視高等工程教育。工科專業(yè)課的實(shí)踐性較強(qiáng)，教學(xué)的目的之一是使學(xué)生掌握寬廣的專業(yè)知識，培養(yǎng)工程意識和實(shí)踐能力[1]。然而在實(shí)際教學(xué)過程中由于各種原因，工科的大部分課程還是側(cè)重于理論教學(xué)而忽視實(shí)踐教學(xué)，使得學(xué)生具有較強(qiáng)的專業(yè)理論知識，但是動(dòng)手實(shí)踐能力較弱，不能滿足社會對人才的需求。為了培養(yǎng)工科學(xué)生的工程意識，提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，有必要探討更加有效的教學(xué)模式。

2 數(shù)控技術(shù)課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)控技術(shù)課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，它不僅要求學(xué)生有扎實(shí)的理論知識，而且要有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力;要求學(xué)生既要掌握機(jī)床加工工藝及編程的相關(guān)知識，還要了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉機(jī)床的基本操作及加工。近年來，隨著數(shù)控人才需求增長的拉動(dòng)及在校學(xué)生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有設(shè)備數(shù)量已顯得力不從心。由于每臺數(shù)控設(shè)備非常昂貴，學(xué)校購置的數(shù)量有限，每個(gè)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手操作機(jī)會很少，實(shí)訓(xùn)效果不是很好。而且在課程設(shè)置上以理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)有所弱化，使學(xué)生動(dòng)手操作能力不足，與工科人才的培養(yǎng)目標(biāo)有偏離。

為了適應(yīng)社會對于應(yīng)用型人才的要求，需要學(xué)生既要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要有過硬的操作技能、技巧。由于學(xué)校設(shè)備現(xiàn)狀的制約，依靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式顯然不能滿足要求，迫切需要引入理實(shí)一體化教學(xué)，把理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)融為一體，把虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)有效對接，做到邊教、邊學(xué)、邊做，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力。

3 理實(shí)一體化數(shù)控教學(xué)的軟硬件構(gòu)成

理實(shí)一體化將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐提升理論，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，而且有利于教師理論與實(shí)踐的銜接，提高知識、技能和教學(xué)的能力。結(jié)合寶雞文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院實(shí)際情況，對本課程原有的課程結(jié)構(gòu)體系內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改革，精心選擇教材及教學(xué)內(nèi)容，保證在理論上滿足課程要求，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上覆蓋盡可能多的機(jī)床類型及加工工藝。

為了配合課程教學(xué)，學(xué)院建立數(shù)控實(shí)驗(yàn)室、理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)室等，其中數(shù)控加工中心兩臺、數(shù)控車床三臺、數(shù)控電火花加工機(jī)床一臺、數(shù)控線切割加工機(jī)床一臺、數(shù)控仿真系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)40個(gè)。這些實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備為數(shù)控理論實(shí)踐教學(xué)提供了必要的保障，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成零件的編程、仿真加工、實(shí)際加工的完整過程，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)中做、做中學(xué)。

理實(shí)一體化教學(xué)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立理實(shí)一體化的教學(xué)環(huán)境，并配套項(xiàng)目式校本教材，將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)合二為一，全程構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)理論、實(shí)踐一體化，教、學(xué)、做一體化。數(shù)控機(jī)床理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)室將一機(jī)多模小型臺式數(shù)控車床/銑床、HNC-35學(xué)生機(jī)|交互式演示系統(tǒng)等部分通過網(wǎng)絡(luò)連接形成一個(gè)整體，構(gòu)建一體化教室環(huán)境，進(jìn)行數(shù)控編程和操作學(xué)習(xí)。教師可通過監(jiān)控系統(tǒng)對學(xué)生實(shí)操情況做到全面掌握，也方便學(xué)生觀察教師的操作，避免出現(xiàn)圍觀操作組織混亂的情況，在教學(xué)中能實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐交替進(jìn)行。

4 理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)施過程

理實(shí)一體化教學(xué)分為理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)及點(diǎn)評總結(jié)三個(gè)階段，理實(shí)一體化教學(xué)過程以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”來進(jìn)行，以教師提出的問題和話題來引導(dǎo)課程的進(jìn)行，讓學(xué)生在討論解決問題的過程中對所學(xué)的知識有更深刻的理解認(rèn)知，同時(shí)通過實(shí)踐動(dòng)手操作，從感知上進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的能力。

在理論教學(xué)階段，教師可以使用電子白板播放PPT課件或者電子教材，首先對項(xiàng)目任務(wù)的理論知識進(jìn)行授課，同時(shí)可使用投影儀播放教學(xué)視頻等。教師使用教師機(jī)示范操作及編程的過程，教師機(jī)上顯示屏的內(nèi)容通過教學(xué)軟件同步顯示到所有的學(xué)生機(jī)上，操作面板的教學(xué)過程通過攝像頭同步傳輸?shù)酵队皟x上進(jìn)行播放。如果需要加工示范，可由教師在小型數(shù)控機(jī)床上加工操作，整個(gè)操作過程通過攝像頭同步傳輸?shù)酵队皟x上進(jìn)行播放。

在實(shí)踐教學(xué)階段，理論教學(xué)完成后，教師將需要實(shí)踐操作的內(nèi)容、要求等下發(fā)到各個(gè)學(xué)生機(jī)上，讓學(xué)生結(jié)合課堂上學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)踐操作。在整個(gè)操作過程中，教師通過監(jiān)控電腦隨時(shí)查看任意一臺學(xué)生機(jī)的實(shí)際操作情況，學(xué)生也可在實(shí)踐過程中針對有疑問的地方通過教學(xué)軟件向教師提問，進(jìn)行師生互動(dòng)等。

在點(diǎn)評總結(jié)階段，教師在完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)教學(xué)后，將設(shè)置一個(gè)綜合訓(xùn)練題目交由學(xué)生實(shí)踐完成。學(xué)生完成后將程序上傳到監(jiān)控電腦上，教師可挑選有代表性的程序顯示在電子白板上進(jìn)行點(diǎn)評更正。完成點(diǎn)評更正后，教師可當(dāng)堂使用小型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證加工，同時(shí)在投影儀上實(shí)時(shí)播放，讓學(xué)生觀察并分析實(shí)際加工過程與模擬加工軌跡有何異同。

調(diào)試無誤的程序可以在實(shí)際的機(jī)床上進(jìn)行加工，同時(shí)開設(shè)有UG等CAD/CAM軟件課，在授課過程中加入自動(dòng)編程，將自動(dòng)編程生成的程序用仿真軟件進(jìn)行仿真。通過這樣的教學(xué)模式，將數(shù)控教學(xué)內(nèi)容完整地、緊密地結(jié)合在一起，達(dá)到理論知識和實(shí)踐教學(xué)相互促進(jìn)的目的。

5 理實(shí)一體化教學(xué)改革實(shí)例及效果

理實(shí)一體化教學(xué)能夠在理論教學(xué)的同時(shí)用實(shí)驗(yàn)對理論進(jìn)行驗(yàn)證。如數(shù)控車床的復(fù)合固定循環(huán)指令有G71、G72、G73、G76等多條指令[2]，這些指令的特點(diǎn)是只要給出精加工軌跡，數(shù)控機(jī)床就能夠按照給定的編程參數(shù)自動(dòng)完成零件的切削過程。在這個(gè)過程中不需要計(jì)算循環(huán)次數(shù)，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)精加工程序自動(dòng)確定走刀軌跡及循環(huán)次數(shù)，是車床編程中使用頻率非常高、要求學(xué)生必須掌握的一類重要指令。