數(shù)控技術(shù)教學(xué)改革淺談

陳家兌

摘? 要 數(shù)控技術(shù)人才是21世紀(jì)的急需人才。本著培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、提高學(xué)生數(shù)控技術(shù)應(yīng)用能力的原則，對數(shù)控技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革，通過對課程關(guān)系的梳理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采取多樣化的教學(xué)方法、立體化的實(shí)驗體系、新的考核機(jī)制，增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解與掌握，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 數(shù)控技術(shù);教學(xué)改革;實(shí)驗體系;考核機(jī)制

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）20-0089-03

Teaching Reform of Numerical Control Technology Course//CHEN Jiadui

Abstract The numerical control technology talents are urgently needed in the 21st century. The teaching reform of the numerical control technology course are carried out based on the principle of?cultivating the students comprehensive quality and improving their?ability to apply numerical control technology. The teaching contents?are adjusted by analyzing the relationship between the numerical control technology and other courses， and the diversified teaching methods， new experimental system and new assessment mechanismare adopted. Teaching reform has enhanced students understanding and mastery of theoretical knowledge， improved students practical ability and innovative ability， and achieved good teaching results.

Key words numerical control technology; teaching reform; experi-mental system; assessment mechanism

1 引言

數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用引起制造業(yè)的變革，使得制造業(yè)有了跨越式發(fā)展，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。同時，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍、應(yīng)用水平以及數(shù)控裝備的研發(fā)水平?jīng)Q定了一個國家的制造業(yè)水平的高低。2015年，高檔數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人一起被列入《中國制造2025》的十個重點(diǎn)領(lǐng)域[2-3]，這標(biāo)志著我國正在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)及其裝備，進(jìn)而提高我國制造業(yè)水平。大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)及其裝備必將能夠使我國快速實(shí)現(xiàn)從制造大國轉(zhuǎn)變成為制造強(qiáng)國，提高我國的綜合國力。

數(shù)控技術(shù)人才隊伍建設(shè)是擴(kuò)大數(shù)控技術(shù)普及范圍、提高數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平以及增強(qiáng)數(shù)控技術(shù)研究能力的關(guān)鍵因素，是實(shí)現(xiàn)我國從制造大國到制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵措施之一[4]，也是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)智能化的重要保障之一。為此，在新工科教育背景下，如何培養(yǎng)出既具備較強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床操作能力，又掌握扎實(shí)的數(shù)控技術(shù)理論知識的數(shù)控技術(shù)人才，是數(shù)控技術(shù)課程的重要任務(wù)，也是數(shù)控技術(shù)課程全體任課教師亟待思考的問題。

2 數(shù)控技術(shù)課程的目標(biāo)與現(xiàn)狀

課程目標(biāo)? 數(shù)控技術(shù)是機(jī)械制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課之一，以培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)發(fā)展需要的數(shù)控技術(shù)人才為目標(biāo)，旨在通過課程的教學(xué)使學(xué)生掌握數(shù)控技術(shù)的基本理論與技術(shù)，具有分析、選用、維護(hù)數(shù)控機(jī)床的能力，熟練編制、分析和調(diào)試數(shù)控加工程序，具備設(shè)計、制造數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的基本能力，為學(xué)生今后從事復(fù)雜機(jī)電控制系統(tǒng)和現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)工作奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

課程現(xiàn)狀? 作為機(jī)械制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，數(shù)控技術(shù)通常開設(shè)在大學(xué)本科的第六學(xué)期。傳統(tǒng)教學(xué)采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相分離的教學(xué)模式，其中理論教學(xué)32學(xué)時、實(shí)踐環(huán)節(jié)八學(xué)時。

在理論教學(xué)中，任課教師采用多媒體技術(shù)對課程的核心內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，教什么，學(xué)生就學(xué)什么，屬于填鴨式教學(xué)，教師成為教學(xué)的主體，學(xué)生在教學(xué)活動中處于被動地位，缺少主觀能動性;在教學(xué)內(nèi)容上存在與其他課程重復(fù)的情況，浪費(fèi)了教學(xué)學(xué)時，也容易導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)煩躁情緒和心理;教學(xué)方式單一，一般都是采用多媒體教學(xué)，即采用幻燈片+少量短視頻相結(jié)合的方式，比較適合簡單的教學(xué)內(nèi)容，但在復(fù)雜和難以理解的教學(xué)內(nèi)容上就顯得蒼白無力。

實(shí)踐環(huán)節(jié)由于課時數(shù)以及設(shè)備條件的限制，往往采用簡單的加工零件進(jìn)行教學(xué)，而且是采取實(shí)驗小組模式，限制了學(xué)生的動手機(jī)會，往往容易出現(xiàn)一個實(shí)驗小組中只有少數(shù)幾個學(xué)生而不是每個組員都動手參與完成整個實(shí)驗零件加工的情況，不能較好地達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。

課程結(jié)束時的考核多采用卷面成績+實(shí)驗成績+課程平時出勤及表現(xiàn)的考核方式。其中，卷面成績是學(xué)生在課程結(jié)束時的卷面考試成績，比重較大，占總成績的70%;實(shí)驗成績往往是實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗報告進(jìn)行評定，占總成績的20%;課程平時出勤及表現(xiàn)是理論教學(xué)教師根據(jù)學(xué)生的出勤率、課堂互動表現(xiàn)及課后作業(yè)情況進(jìn)行評定，占總成績的10%。采用這種考核方式，學(xué)生為了順利通過課程考核，通常采取死記硬背的方式記憶課程的相關(guān)知識內(nèi)容，進(jìn)而達(dá)到通過卷面考試的目的。由于實(shí)驗成績沒有考慮體現(xiàn)學(xué)生的動手操作能力及創(chuàng)新能力，具有片面性，也降低了學(xué)生實(shí)踐的積極性。

這種傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠讓學(xué)生快速了解課程理論知識，完成教學(xué)任務(wù)，但是在提高學(xué)生的數(shù)控機(jī)床操作能力、動手能力、創(chuàng)新能力以及讓學(xué)生深入理解和融會貫通相關(guān)知識等方面難以實(shí)現(xiàn)，與新工科大學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)存在一定的差距。

3 數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)改革

梳理課程關(guān)系? 與數(shù)控技術(shù)相關(guān)的課程有機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、制造工藝學(xué)、電子電工學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)、機(jī)床電氣控制、單片機(jī)和傳感器技術(shù)等。其中，機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計和材料力學(xué)課程與數(shù)控機(jī)床的機(jī)械本體組成內(nèi)容相關(guān);制造工藝學(xué)和材料力學(xué)課程與數(shù)控加工工藝內(nèi)容相關(guān);電子電工學(xué)和單片機(jī)課程與數(shù)控裝置的軟硬件內(nèi)容相關(guān);機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程與數(shù)控機(jī)床加工控制原理相關(guān);機(jī)床電氣控制課程不僅與數(shù)控裝置相關(guān)內(nèi)容有關(guān)，而且與數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)內(nèi)容相關(guān);傳感器技術(shù)則與位置監(jiān)測裝置相關(guān)內(nèi)容有關(guān)?？梢?，數(shù)控技術(shù)課程與眾多基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程有著千絲萬縷的關(guān)系，在知識點(diǎn)上也必然存在重合的情況。因此，有必要對數(shù)控技術(shù)課程與相關(guān)課程的關(guān)系進(jìn)行梳理，打消學(xué)生對課程體系有炒剩飯的感覺，引導(dǎo)學(xué)生建立清晰、簡單的課程體系脈絡(luò)。

為此，在講述課程概述時，與學(xué)生一起理清、分析本課程與其他課程的關(guān)系、知識點(diǎn)的重合度，進(jìn)而在相關(guān)章節(jié)讓學(xué)生復(fù)習(xí)有關(guān)知識點(diǎn)，并在此過程中探討、釋疑學(xué)生之前所學(xué)知識的困惑，達(dá)到鞏固理論知識的目的，同時為課程的深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

調(diào)整教學(xué)內(nèi)容? 如前所述數(shù)控技術(shù)與其他相關(guān)課程存在一定的知識點(diǎn)重合，為了提高教學(xué)效率以及降低學(xué)生的學(xué)習(xí)疲勞度，以及合理安排教學(xué)，需要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。與本課程的前導(dǎo)課的任課教師進(jìn)行溝通，讓其對涉及本課程的相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行深入講解，使學(xué)生掌握相應(yīng)的理論知識。而本課程在講授過程中則對相應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整與刪減，比如精簡數(shù)控裝置、位置檢測裝置、伺服系統(tǒng)等內(nèi)容，對前導(dǎo)課涉及的知識僅進(jìn)行梳理、復(fù)習(xí)與歸納，重點(diǎn)講授前導(dǎo)課程沒有涉及的新知識、新理論;而加強(qiáng)數(shù)控加工工藝與編程的教學(xué)，深入詳細(xì)講解相關(guān)知識，同時增加數(shù)控加工仿真軟件教學(xué)與實(shí)踐內(nèi)容。

教學(xué)手段與方法多樣性? 傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，通常將授課內(nèi)容制作成幻燈片進(jìn)行教學(xué)，然后通過任課教師進(jìn)行講解。這種教學(xué)方式很容易導(dǎo)致學(xué)生感覺課堂枯燥，且不利于學(xué)生理解和掌握知識點(diǎn)。為此，在講解理論知識時應(yīng)采取多種教學(xué)手段和方法，使授課內(nèi)容變得生動形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，盡可能地幫助學(xué)生深刻理解與掌握理論知識，提高學(xué)習(xí)效率。比如對于抽象、難理解的內(nèi)容，通過制作三維動畫、錄像以及虛擬實(shí)驗進(jìn)行展示和介紹，使理論知識形象化、簡單化，便于學(xué)生理解;對于編程等動手能力和操作性要求高的內(nèi)容，利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，通過仿真模擬將整個加工過程直觀立體地展示出來，同時讓學(xué)生體會加工編程的方式方法以及各種指令的功用和加工過程;對于機(jī)床結(jié)構(gòu)和電氣硬件等內(nèi)容，則采用現(xiàn)場實(shí)物介紹方式，讓學(xué)生近距離、直觀地觀察、了解實(shí)物，并進(jìn)行實(shí)物與理論知識的對照。

實(shí)踐環(huán)節(jié)立體化? 數(shù)控技術(shù)的實(shí)驗課是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，直接影響學(xué)生能否較好地掌握理論課堂教授的知識，能否學(xué)以致用，并通過實(shí)踐環(huán)節(jié)達(dá)到了解—理解—掌握—創(chuàng)新的目的。傳統(tǒng)教學(xué)通常由實(shí)驗指導(dǎo)教師先進(jìn)行操作演示，然后學(xué)生根據(jù)實(shí)驗指導(dǎo)教師的模板進(jìn)行實(shí)踐操作。為了摒除這種不符合培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)模式，需要對實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)探索與創(chuàng)新。課程組通過與學(xué)院、實(shí)驗中心和學(xué)校的工程實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行溝通與協(xié)調(diào)，將學(xué)院的實(shí)驗中心和工程實(shí)訓(xùn)中心聯(lián)合起來，進(jìn)行設(shè)備資源和人力資源整合，為數(shù)控技術(shù)課程開設(shè)基礎(chǔ)性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗和開放性實(shí)驗，解決實(shí)驗設(shè)備不足和實(shí)驗課時不足的問題。

基礎(chǔ)性實(shí)驗主要是為學(xué)生開設(shè)數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識、數(shù)控機(jī)床本體的裝拆和零件加工程序的編寫仿真等實(shí)驗。通過數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識實(shí)驗，學(xué)生可以認(rèn)識數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、加工中心等不同類型的數(shù)控機(jī)床，并掌握各種數(shù)控機(jī)床的區(qū)別、功能和加工范圍。裝拆實(shí)驗可以使學(xué)生直觀、具體地了解數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)、各零部件之間的裝配關(guān)系，這種摸得著、看得見的方式可以比枯燥的理論教學(xué)獲得更好的教學(xué)效果。數(shù)控程序編寫仿真實(shí)驗使學(xué)生掌握數(shù)控加工工藝、編程指令并做到融會貫通，而且熟悉數(shù)控機(jī)床的操作要領(lǐng)。

綜合性實(shí)驗是數(shù)控機(jī)床的操作實(shí)訓(xùn)，通過具有一定復(fù)雜性的零件的數(shù)控加工，使學(xué)生掌握數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、加工中心的操作與使用，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)零件加工需要合理選擇加工設(shè)備、編寫加工程序、設(shè)置刀具參數(shù)并完成產(chǎn)品加工以及數(shù)控機(jī)床維護(hù)的能力，進(jìn)一步鞏固理論知識。

開放性實(shí)驗是為對數(shù)控機(jī)床操作、設(shè)計、研制感興趣以及參加各類競賽項目的學(xué)生開設(shè)的，也是補(bǔ)充實(shí)驗課時不足的一種措施。開放性實(shí)驗室每個星期在非教學(xué)時間開放，并配備經(jīng)驗豐富的實(shí)驗師作為指導(dǎo)教師。學(xué)生根據(jù)自己的時間與需要，到實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)驗機(jī)床操作學(xué)習(xí)、科研任務(wù)等。參加如挑戰(zhàn)杯和大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的學(xué)生則可以在開放性實(shí)驗室進(jìn)行參賽作品的加工制作。開放性實(shí)驗不僅為學(xué)生提供了一個寬松的學(xué)習(xí)平臺，而且能進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、動手能力以及創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新課程考核機(jī)制? 對數(shù)控技術(shù)課程的考核方式也進(jìn)行創(chuàng)新。在實(shí)驗環(huán)節(jié)結(jié)束時，采取實(shí)驗報告、實(shí)驗作品與實(shí)驗匯報相結(jié)合的考核方式。課程組組織統(tǒng)一的實(shí)踐匯報活動，答辯組專家由任課教師和實(shí)踐指導(dǎo)教師共同組成。在匯報中，學(xué)生必須根據(jù)實(shí)驗作品要求闡述加工該作品的數(shù)控機(jī)床的原因、優(yōu)勢，介紹作品的加工工藝及加工程序的特點(diǎn)與不足，總結(jié)實(shí)踐環(huán)節(jié)的心得體會，并且回答答辯組教師提出的問題。實(shí)驗環(huán)節(jié)成績根據(jù)實(shí)驗報告、實(shí)驗作品與實(shí)驗匯報情況進(jìn)行評定，占比分別為30%、30%、40%。課程總成績由60%卷面成績+30%實(shí)驗成績+10%平時成績組成，與以往相比，卷面成績占比下降，而實(shí)驗成績占比上升。

4 教學(xué)效果

通過課程的教學(xué)改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯提高，在教學(xué)過程中教學(xué)互動性加強(qiáng)，主動添加任課教師和實(shí)驗教師的QQ和微信并主動提出學(xué)習(xí)中遇到的問題。學(xué)生積極參與實(shí)踐教學(xué)，在按質(zhì)按量完成基礎(chǔ)性實(shí)驗和綜合性實(shí)驗的基礎(chǔ)上踴躍參加開放性實(shí)驗，在此過程中體現(xiàn)出較強(qiáng)的動手能力、創(chuàng)新能力。與此同時，通過實(shí)驗環(huán)節(jié)，學(xué)生增強(qiáng)了對理論知識的理解與掌握;卷面考試的及格率達(dá)到100%，其中優(yōu)秀達(dá)到30%以上，良好達(dá)到40%以上，不及格率為零。

5 結(jié)語

數(shù)控技術(shù)課程改革不僅注重學(xué)生數(shù)控機(jī)床操作技能的培養(yǎng)，而且注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。充分利用學(xué)校資源構(gòu)建數(shù)控技術(shù)課程的立體化實(shí)驗體系，以學(xué)生為主體，通過有效的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生快速掌握課程理論知識，提高創(chuàng)新能力，強(qiáng)化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

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