數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革與探索

陳典紅

【摘 要】數(shù)控技術(shù)是機電類專業(yè)的主干課程,本文從授課內(nèi)容、教材、授課方式、實踐環(huán)節(jié)安排等方面對該課程的教學(xué)進行了思考,提出了適合本校的教學(xué)體系。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控技術(shù) 教學(xué)探索 教學(xué)改革

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機械系統(tǒng),機器人, FMS ,CIMS , CAD/ CAM等高新技術(shù)的基礎(chǔ),是采用計算機控制機械系統(tǒng)實現(xiàn)高度自動化的橋梁。數(shù)控技術(shù)課程是機電結(jié)合的典型課程,也是機電類專業(yè)方向的一門帶有體系性、方向性和全局影響的重要的專業(yè)課。這門課程的特點是理論性強,涉及的基礎(chǔ)理論和知識面廣。此外,本課程與工程實際聯(lián)系緊密,要求一定的應(yīng)用技能。傳統(tǒng)教育模式都過于注重理論教育和加工方式的教育,缺乏學(xué)習(xí)的針對性、啟發(fā)性,同時由于實踐性環(huán)節(jié)較少,學(xué)生缺乏應(yīng)用性,在生產(chǎn)第一線解決實際問題的能力也比較差。在新技術(shù)新知識增加而課程學(xué)時減少,市場的人才需求不斷增加的新形勢下,必須進行教學(xué)內(nèi)容和方法的改進,保證學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性,不斷培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

一、教學(xué)安排中存在的問題

目前,我校數(shù)控教學(xué)現(xiàn)狀如下:

1.教學(xué)內(nèi)容與其他相關(guān)專業(yè)課程的銜接不夠,對該課程的關(guān)鍵技術(shù)和最新技術(shù)內(nèi)容講授只停留在一般概念介紹上,沒有給予聯(lián)系其他專業(yè)課的全面系統(tǒng)的講授。

2.有些教材中的內(nèi)容與目前數(shù)控領(lǐng)域的發(fā)展水平相距較遠,顯得較陳舊。在保證教學(xué)內(nèi)容系數(shù)完整的前提下,應(yīng)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,及時拋棄陳舊過時的內(nèi)容;課程內(nèi)容應(yīng)反映現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的先進水平,整體內(nèi)容以最新的編程技術(shù)、軌跡控制原理、現(xiàn)代交流數(shù)字控制系統(tǒng)為主線。

3.實踐教學(xué)學(xué)時的比重不夠,需要加強實踐環(huán)節(jié);教學(xué)內(nèi)容應(yīng)增加綜合性、設(shè)計性和研究性,啟發(fā)和鍛煉學(xué)生的分析問題和解決問題能力。

4.教學(xué)手段和方法上尚需進一步改進。

二、教學(xué)體系的構(gòu)建

1.構(gòu)建原則

針對我校在機電類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo):了解機械電子工程領(lǐng)域的發(fā)展方向,具有從事機電系統(tǒng)研究與技術(shù)開發(fā)的能力,能夠在汽車和機電行業(yè)、公司企業(yè)等部門從事汽車和機電產(chǎn)品開發(fā)與制造等方面工作的高級工程技術(shù)人才;因此在數(shù)控技術(shù)的課程教學(xué)中,要求學(xué)生不僅要掌握數(shù)控機床的使用,還要掌握數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)能力,因此,在本課程的教學(xué)安排中應(yīng)有以下原則。

(1)教學(xué)內(nèi)容的安排

①選擇合適的教學(xué)內(nèi)容,適應(yīng)不同專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的需要。數(shù)控技術(shù)課程是機電系機電類專業(yè)的重要專業(yè)課程,因為各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)不同,必須針對不同的需要采用不同的教學(xué)內(nèi)容。在我校,對以制造為主的專業(yè),如機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè),本門課程主要目的是培養(yǎng)學(xué)生具有數(shù)控編程的能力兼顧數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計,因此教學(xué)內(nèi)容主要突出數(shù)控車床編程、銑床編程、加工中心編程和計算機輔助編程。對機械電子工程專業(yè),本門課程的主要目的不僅要培養(yǎng)學(xué)生具有數(shù)控編程的能力,而且要使學(xué)生具備數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計能力,因此教學(xué)內(nèi)容除了要講授數(shù)控編程方面的知識,還要講授數(shù)控系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容,重點在數(shù)控軟硬件設(shè)計和進給伺服系統(tǒng)設(shè)計。只有根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)的實際需要,確定教學(xué)內(nèi)容,充分體現(xiàn)課程設(shè)置的意義,才能為實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)發(fā)揮作用。

②及時更新教學(xué)內(nèi)容,緊跟數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展,數(shù)控技術(shù)也突飛猛進,而數(shù)控技術(shù)課程的教材往往不能及時跟上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的步伐。所以課程教學(xué)中必須不斷擴充新的知識內(nèi)容。整體內(nèi)容以最新的編程技術(shù)、軌跡控制原理、現(xiàn)代交流數(shù)字控制系統(tǒng)為主線。通過新內(nèi)容的講授使得學(xué)生一方面及時掌握新的知識,同時也讓學(xué)生感到知識更新速度的迅猛,產(chǎn)生危機感和緊迫感,從而激發(fā)學(xué)習(xí)熱情,提高教學(xué)效果。更新內(nèi)容同時還應(yīng)刪除過時的內(nèi)容,比如在講授數(shù)控編程時,刪除舊的固定地址編程指令的介紹,注重手工編程的同時,強調(diào)自動編程及應(yīng)用技術(shù),使學(xué)生熟悉及掌握自動編程軟件,如CAXA制造工程師、MASTERCAM、UG、PRO/E、CIMATRON、SOLIDEDG等流行軟件;在講授插補原理時,除了講授逐點比較法的插補原理,再介紹一些其他常用的插補算法;再講解進給伺服系統(tǒng)時,結(jié)合科研經(jīng)驗再介紹一些企業(yè)中機電一體化設(shè)備上常選用的進給伺服系統(tǒng)的配置;講解數(shù)控軟硬件裝置時,可分單片機組成的簡單型數(shù)控系統(tǒng)和常用較高檔數(shù)控機床上使用的數(shù)控裝置兩種類型進行講解,以提高針對不同的需求的設(shè)計能力。通過更新教學(xué)內(nèi)容,使得課程教學(xué)目標(biāo)更加精要、實用。

(2)重視能力的培養(yǎng),強化實踐教學(xué)

目前,我校在數(shù)控技術(shù)教學(xué)的安排中,理論學(xué)時為42,實踐學(xué)時為4,這樣的安排對于一門綜合性和實踐性都較強的課程來說,實踐學(xué)時所占的比重遠遠不夠;教學(xué)中要加強實踐教學(xué)所占比例,并使理論教學(xué)與實踐教學(xué)交叉進行。教學(xué)中注重增加綜合性、設(shè)計性和研究性的內(nèi)容,啟發(fā)和鍛煉學(xué)生的分析問題和解決問題能力。

實踐教學(xué)可以不只是體現(xiàn)在課內(nèi)實驗上,也可以是在金工實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)中。為使學(xué)生對已有知識做到融會貫通,真正讓學(xué)生成為主體,實驗設(shè)計的一方面是側(cè)重數(shù)控機床操作和編程的實驗;另一方面是側(cè)重數(shù)控原理理解的實驗。

2.教材體系

根據(jù)教育部“十五”教材改革規(guī)劃精神,爭取逐步構(gòu)建適于新世紀要求的新型教材體系,即由主講教材、主要參考書目(可包括部分外文教材或書刊)、試題庫、多媒體課件、網(wǎng)上資源地址構(gòu)成的立體式教材體系。主講教材盡量選用教育部推薦優(yōu)秀教材或獲獎教材,如華中科技大學(xué)廖效果編的《數(shù)控技術(shù)》是高等學(xué)校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)面向二十一世紀課程教材、哈爾濱工業(yè)大學(xué)吳永章編的《數(shù)控技術(shù)》、上海交通大學(xué) 吳祖育編《數(shù)控機床》都是是公認的比較權(quán)威的好教材,比較適合我校學(xué)生的使用,可以選擇其一作為主講教材,其他可作為參考書目,再列出一個清單,于開課初向?qū)W生公布,指導(dǎo)學(xué)生自覺到圖書館查閱相關(guān)文獻。

多媒體演示光盤可與機械工業(yè)出版社、所選教材發(fā)行部及高等教育出版社聯(lián)系購買,并結(jié)合各自實際自行開發(fā)一部分;試題庫也可自行建立或購買;網(wǎng)絡(luò)資源可讓學(xué)生自己到校園網(wǎng)上查找。

3.授課方式

教學(xué)方法與教學(xué)手段是教給學(xué)生新知識和啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的正確手段,所以教學(xué)方法改革也是課程改革的重要組成部分。

(1)采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段

當(dāng)今科技發(fā)展迅速,知識爆炸。各門課程知識量巨增,用傳統(tǒng)方法,在有限學(xué)時已無法講授。大力開展CAI 教學(xué),多媒體技術(shù)集圖、文、聲、像、動畫于一體。在教學(xué)中充分運用它,變靜態(tài)為動態(tài)、變抽象為具體、變復(fù)雜為簡單、變枯燥為生動,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、課堂教學(xué)效果和單位時間教學(xué)容量。與此同時,發(fā)給每個學(xué)生講義資料,指出課程講述的基本概念、基本內(nèi)容、目的和要求。以便學(xué)生在課后能很好地消化、吸收,提高教學(xué)質(zhì)量。

但也不能拋棄傳統(tǒng)的教師課堂講授。否則,會變成“拉洋片”,學(xué)生跟不上,不理解,效果差。

(2)采用啟發(fā)式、討論式、研究式的教學(xué)方法

貫徹該教學(xué)法首先在思想上給以充分重視,而且要有措施?？梢圆扇∫韵罗k法。

①對講課內(nèi)容備課的同時,進行教學(xué)方法的備課

②采用課堂上與學(xué)生互動、啟發(fā)、學(xué)生自己講解等方法;

③征求同學(xué)的意見,改進教學(xué)方法;

采用啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)方法的目的是激發(fā)同學(xué)的積極思維,進行主動的學(xué)習(xí)。課內(nèi)教師應(yīng)少講、講精,把核心知識點講透。采取課堂提問、討論、下廠或?qū)嶒炇覅⒂^、課件與電教片演示、學(xué)生講授等方式學(xué)習(xí)。同時在講授課程內(nèi)容時,做到學(xué)科之間、課程之間相互滲透、相互補充、相互結(jié)合。使學(xué)生對整個學(xué)科有一個全面清楚的認識,有一個系統(tǒng)的知識構(gòu)架。考核方式也可由平時課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、期中抽查及期末考試等幾部分共同給出。

三、實踐環(huán)節(jié)的安排

由于數(shù)控技術(shù)課程是一門綜合性和實踐性都較強的課程,教學(xué)中要加強實踐教學(xué)所占比例,并使理論教學(xué)與實踐教學(xué)交叉進行。實踐環(huán)節(jié)安排應(yīng)注重增加綜合性、設(shè)計性和研究性的內(nèi)容,啟發(fā)和鍛煉學(xué)生的分析問題和解決問題能力。

本校在機電專業(yè)相關(guān)實驗室有數(shù)控伺服控制實驗室、工程訓(xùn)練中心數(shù)控車間,實驗設(shè)備主要有:開放式開環(huán)數(shù)控原理機;自行編制的插補原理仿真軟件;三菱FX2N-20GM定位控制器、MR-E-40A交流伺服放大器、HC-KFE43交流伺服電機、兩軸進給傳動機械系統(tǒng);數(shù)控車削加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、線切割機;CAXA/V2制造工程師等三維造型軟件。

根據(jù)本校機電專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和本課程的特點,本課程的實踐環(huán)節(jié)教學(xué)在以下幾個環(huán)節(jié)中體現(xiàn):(1)課內(nèi)實驗。(2)金工實習(xí)。(3)課程設(shè)計。(4)畢業(yè)設(shè)計。幾個環(huán)節(jié)的具體考慮和安排如下:

1.課內(nèi)實驗

課內(nèi)實驗是整個實踐環(huán)節(jié)安排的主要環(huán)節(jié),本校在課程改革之前總學(xué)時數(shù)為46,實驗學(xué)時為4,課程改革之后,總學(xué)時數(shù)為46,實驗學(xué)時為8。適當(dāng)增加了實驗學(xué)時的比重,但不會影響到課內(nèi)教學(xué)。課內(nèi)實驗的主要目的在于提高學(xué)生對數(shù)控系統(tǒng)的認識,掌握數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。主要實驗安排如下:

數(shù)控機床操作實驗:2學(xué)時;數(shù)控插補原理實驗:2學(xué)時;開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)原理實驗:2學(xué)時;閉環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計實驗:2學(xué)時。

2.金工實習(xí)

針對機電類專業(yè)的學(xué)生增加較多數(shù)控加工的學(xué)時,也是輔助數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)的有效手段,本校目前在4周的金工實習(xí)中安排1周時間的數(shù)控加工實踐,其中約3天在各種數(shù)控機床上操作,2天做CAXA/V2制造工程師等三維造型軟件或其他CAM軟件培訓(xùn),這樣的安排對數(shù)控技術(shù)課內(nèi)教學(xué)起到了非常有益的補充。

3.課程設(shè)計

數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計是數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)的延伸,學(xué)生通過對一個小型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計,能夠更好得理解和掌握數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的原理和方法。

4.畢業(yè)設(shè)計

對一些想進一步深入研究的學(xué)生,可以通過畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)完成一個較大較復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)來達到目的,也可以視為數(shù)控技術(shù)課程的更深入延伸。

四、總結(jié)

數(shù)控技術(shù)課程是機電類專業(yè)學(xué)生一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程,無論對于從事加工還是從事機床設(shè)計都有重要作用。本文結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)構(gòu)建了適合本校的課程教學(xué)體系,培養(yǎng)的基本方向是不僅要學(xué)生掌握數(shù)控編程和數(shù)控機床使用,而且需要掌握數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計;以此對教學(xué)內(nèi)容安排、教材、教學(xué)組織、實踐環(huán)節(jié)安排等進行了重新規(guī)劃設(shè)計,數(shù)控插補、開環(huán)閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。通過在本校的數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)安排中的實踐,這樣的安排學(xué)生反響較好,收到了預(yù)期的效果。

參考文獻:

[1]廖效果. 數(shù)控技術(shù)[M].武漢: 湖北科學(xué)技術(shù),2006.