基于理虛實一體化的“數(shù)控加工編程與操作”教學(xué)改革研究

史紅燕

（濟南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，250000，山東濟南）

在中國制造2025 大背景下，數(shù)控技術(shù)是我國由制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆妵年P(guān)鍵，更是工業(yè)4.0 時代智能制造業(yè)強有力的基礎(chǔ)。因此，培養(yǎng)大批能熟練掌握多軸數(shù)控機床編程、操作、維修等技術(shù)的高技能人才是工科類高等職業(yè)院校形勢所趨。

高職院校“數(shù)控加工編程與操作”課程學(xué)生學(xué)習(xí)效果與企業(yè)數(shù)控崗位用工要求還存在一些差距，現(xiàn)從企業(yè)數(shù)控崗位人才需求、課程特點、課程現(xiàn)狀逐一進行剖析，突破傳統(tǒng)教學(xué)采用理-虛-實一體化的教學(xué)方式，不斷激發(fā)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣及提高數(shù)控機床實操能力，達到學(xué)生畢業(yè)后就能滿足企業(yè)單位用人需求的目的。

1 數(shù)控加工編程與操作課程剖析

1.1 數(shù)控技能人才培養(yǎng)方向

工業(yè)4.0 時代智能制造業(yè)飛速發(fā)展，越來越多的企業(yè)引進數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等先進數(shù)控設(shè)備，急需多軸數(shù)控加工技能人才。數(shù)控技能人才分為以下幾類。

第一類為數(shù)控車間操作工：主要負(fù)責(zé)數(shù)控機床的操作和日常檢查維護工作，應(yīng)具備掌握數(shù)控機床結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識、會選用刀具、能進行工件及刀具的裝夾、編制數(shù)控加工工藝文件、進行機床具體操作、機床日常維修維護、根據(jù)零件圖紙進行手工編程等能力。

第二類為數(shù)控技術(shù)人員：主要負(fù)責(zé)數(shù)控加工工藝編程與數(shù)控機床維護、維修。數(shù)控加工工藝編程人員需要掌握數(shù)控加工工藝方案的編制、工藝文件的實施，具備數(shù)控機床操作、維修維護和手工編程的能力，并能運用三維設(shè)計軟件進行三維造型設(shè)計及自動編程；而數(shù)控機床維護維修人員需要掌握數(shù)控系統(tǒng)特點、PLC 知識、機床參數(shù)設(shè)置等，具備數(shù)控機床操作、手動編程、自動編程和數(shù)控機床機械與電氣調(diào)試維修維護的能力。

通過學(xué)習(xí)數(shù)控加工編程與操作這門專業(yè)核心課，學(xué)生能夠具備數(shù)控加工工藝文件編制、機床操作、數(shù)控加工編程等能力。因此，學(xué)生畢業(yè)后能否勝任數(shù)控技術(shù)方面的工作，與有否學(xué)好數(shù)控加工編程與操作課程有十分密切的聯(lián)系。

1.2 課程特點

數(shù)控加工編程與操作是高職院校數(shù)控技術(shù)、機電一體化學(xué)生的專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生編制加工工藝文件、數(shù)控加工編程、操作數(shù)控機床等能力，是一門專業(yè)實踐性很強的課程。其中，先導(dǎo)課程機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、計算機二維繪圖CAD 等都為學(xué)習(xí)本課程打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)好本課程也將為后續(xù)學(xué)習(xí)數(shù)控加工實訓(xùn)、數(shù)控機床等課程做好鋪墊。

1.3 課程現(xiàn)狀及存在問題

數(shù)控加工編程與操作分理論課、數(shù)控加工編程虛擬仿真實訓(xùn)、數(shù)控加工實訓(xùn)三個階段進行授課，且不同階段的授課老師不同。理論課內(nèi)容包括數(shù)控機床坐標(biāo)系、數(shù)控機床的操作界面、數(shù)控加工工藝分析、刀具知識、切削參數(shù)設(shè)置、數(shù)控加工編程指令、數(shù)控車削典型實例、數(shù)控銑削實例等。分三個階段培養(yǎng)學(xué)生會產(chǎn)生以下問題。

（1）學(xué)生連續(xù)數(shù)周學(xué)習(xí)理論課，見不到機床實物，缺少直觀認(rèn)知。理論課比較枯燥，學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)效果欠佳。

（2）學(xué)生在傳統(tǒng)理論課上學(xué)習(xí)數(shù)控編程基本知識，遇到手動編程實例時，學(xué)生只會套用編程模板進行編程，編寫出的程序是否準(zhǔn)確合理，學(xué)生無法直接及時判斷，有待于進一步進行仿真驗證。

（3）理論課和實訓(xùn)課可能存在相同知識點內(nèi)容不同步的現(xiàn)象，也就是實訓(xùn)需要的理論知識在理論課上可能還未學(xué)完，這樣就會影響數(shù)控加工實訓(xùn)效果。

（4）理論課程、數(shù)控編程仿真實訓(xùn)、數(shù)控加工實訓(xùn)三個階段的授課教師不同，因不同的教師其數(shù)控機床實操經(jīng)驗、授課方式等不同，可能會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)起來知識點比較零亂、缺乏一定的邏輯性與系統(tǒng)性。

（5）理論課時偏多，達六十幾學(xué)時，但數(shù)控加工編程仿真實訓(xùn)只有二十幾學(xué)時，數(shù)控加工實訓(xùn)也只有二十幾學(xué)時，實踐課時偏少，學(xué)生掌握的數(shù)控加工編程與機床實操技能有限。

2 理-虛-實一體化教學(xué)改革

2.1 改革的必要性

鑒于數(shù)控加工編程與操作課程理論、仿真實訓(xùn)、數(shù)控實操實訓(xùn)三階段分開授課質(zhì)量效果欠佳，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，新的教學(xué)方法不斷出現(xiàn)，高職院校引進的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等設(shè)備也不斷完善。對于數(shù)控加工編程與操作這門課程，要打破傳統(tǒng)授課方式，采用項目式教學(xué)，將理論課程、數(shù)控加工仿真實訓(xùn)、數(shù)控加工實訓(xùn)三階段教學(xué)無縫銜接。采用理-虛-實一體化教學(xué)方式，理論課在仿真實訓(xùn)室進行。通過增加實踐課時，活躍課程氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和鍛煉學(xué)生的實操技能。

2.2 改革方案

采用理-虛-實一體化教學(xué)方式，將理論課在虛擬仿真實訓(xùn)室進行，教師隨講、學(xué)生隨練，通過宇龍仿真虛擬軟件熟悉數(shù)控機床的基本操作，檢驗手動編程的合理性與準(zhǔn)確性。通過多次、反復(fù)在仿真軟件練習(xí)，熟練地掌握機床知識和編程知識，然后再在數(shù)控機床上進行實際操作，能夠?qū)嵺`和理論有效結(jié)合。針對數(shù)控加工編程與操作課程特點，采取項目化教學(xué)方式。引入企業(yè)典型案例，分小組進行數(shù)控加工工藝方案設(shè)定、工藝方案編制、數(shù)控加工程序編寫、數(shù)控加工編程虛擬仿真、程序校驗、數(shù)控機床上實際操作。

（1）以數(shù)控加工工藝方案設(shè)定、操作機床、數(shù)控加工編程等能力培養(yǎng)為核心，以企業(yè)數(shù)控加工典型案例為載體，以數(shù)控技術(shù)專業(yè)崗位職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，選取和編排教學(xué)內(nèi)容。課程根據(jù)主要涵蓋機床坐標(biāo)系、機床操作基本方法、數(shù)控車削編程、數(shù)控銑削編程等實際項目進行設(shè)計。

（2）將理論課時壓縮，延長虛擬仿真學(xué)習(xí)時間。理論課改在虛擬仿真實訓(xùn)室進行，并采用宇龍仿真虛擬軟件進行仿真加工學(xué)習(xí)。學(xué)生根據(jù)分解的學(xué)習(xí)任務(wù)以小組的方式進行仿真操作，最后小組之間互相展示仿真的結(jié)果。通過小組間進行學(xué)習(xí)評價、同組員之間進行互評的方式，激勵學(xué)生好好學(xué)習(xí)。

（3）通過在虛擬仿真軟件中反復(fù)多次練習(xí)，調(diào)整好切削參數(shù)、選好刀具、程序檢驗無誤后，在數(shù)控機床上進行實際操作。由教師悉心引導(dǎo)學(xué)生，要求學(xué)生遵守安全生產(chǎn)操作規(guī)范，并使學(xué)生養(yǎng)成在實際操作數(shù)控機床過程中遇到問題及時做好記錄和總結(jié)的好習(xí)慣，提升學(xué)生實際操作機床的能力。

3 結(jié)論

數(shù)控加工編程與操作課程進行項目化教學(xué)，采用理-虛-實一體化的教學(xué)方式，在虛擬仿真實訓(xùn)室上理論課，通過教師隨講、學(xué)生隨練的方式，提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。在虛擬仿真軟件中反復(fù)多次仿真練習(xí)，程序檢驗無誤之后，在老師的悉心指導(dǎo)下，學(xué)生進入實訓(xùn)場地對數(shù)控機床設(shè)備進行實際操作訓(xùn)練，真正做到理-虛-實一體化。理論知識和實際操作相輔相成，使得數(shù)控加工編程與操作課程不再枯燥，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生數(shù)控機床實際操作能力和團隊協(xié)作能力。