本科“ 數(shù)控技術(shù)”精品課程建設(shè)實踐探索

□劉有余，許德章

( 安徽工程大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

精品課程建設(shè)是教育部高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分，旨在建設(shè)一批具有一流教師隊伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點的示范性課程[1]。我校自1992年開設(shè)“數(shù)控技術(shù)”課程，經(jīng)過近二十年的不懈努力，1998年定為專業(yè)必修課，2005年評為校級優(yōu)秀課程，2006年評為校級精品課程，2007年獲批為安徽省精品課程，又經(jīng)過四年的重點建設(shè)，現(xiàn)已取得一定成效。本文總結(jié)與介紹該課程建設(shè)中的實踐與探索。

一、課程地位及建設(shè)目標(biāo)

數(shù)控機床是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法，綜合了計算機、自動控制、電氣傳動、精密測量、機械制造和管理信息等技術(shù)，是自動化機械系統(tǒng)、機器人、柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)等高新技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著科技的飛速發(fā)展，以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代制造技術(shù)正逐漸取代傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)，數(shù)控機床和機器人在機械制造業(yè)中的應(yīng)用和推廣，使得數(shù)控技術(shù)越來越顯示出其重要性。

“數(shù)控技術(shù)”是一門理論性與實踐性并重的課程，是機械類和近機類本科專業(yè)必修的主干專業(yè)課之一，該課程在我國各高校開設(shè)歷史不長，且課程內(nèi)容更新較快，因而是各高校重點建設(shè)課程[2]。近年來，根據(jù)我校辦學(xué)層次、特色，及學(xué)科優(yōu)勢，我們進行立體化、全方位建設(shè)，以“培養(yǎng)德、智、體、美等全面發(fā)展的, 適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)需要, 從事數(shù)控加工設(shè)備研發(fā)、使用、維護和生產(chǎn)管理等應(yīng)用型高級專門人才”為專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握數(shù)控技術(shù)的基本原理和基礎(chǔ)知識，了解現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的理論和方法，學(xué)會數(shù)控加工工藝處理和手工編制數(shù)控程序的能力，并培養(yǎng)學(xué)生達到正確使用數(shù)控設(shè)備的能力。

二、“數(shù)控技術(shù)”課程建設(shè)

(一)教學(xué)內(nèi)容

1.課程內(nèi)容體系的重構(gòu)。“數(shù)控技術(shù)”課程體系包括理論課(“機床數(shù)控技術(shù)”)、實驗課(“數(shù)控技術(shù)實驗”)和實踐課(“數(shù)控加工實訓(xùn)”或“數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計”)。分專業(yè)背景因材施教，課程配置如圖1所示。理論課(40學(xué)時)以數(shù)控加工信息流為主線進行教學(xué)，主要講授：數(shù)控加工工藝、數(shù)控加工編程、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)、數(shù)控機床故障診斷及維護、計算機數(shù)控裝置、數(shù)控輪廓控制原理、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)、數(shù)控機床位置檢測裝置等。對機制、車輛等偏機類專業(yè)側(cè)重于前四項(占用30學(xué)時)；對測控等偏電類專業(yè)側(cè)重于后四項(占用30學(xué)時，圖1中加粗顯示)。實驗課(8學(xué)時)在所設(shè)6個項目中選做3項，圖1中左側(cè)3項供偏機類專業(yè)選用，右側(cè)加粗3項供偏電類專業(yè)選用?！凹庸ぶ行木C合加工實驗”和“數(shù)控插補設(shè)計綜合實驗”分別是綜合性和設(shè)計性實驗。實踐課分專業(yè)設(shè)置，偏機類專業(yè)進行三周的“數(shù)控加工實訓(xùn)”，有三大類課題，主要實踐各類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計、手工及自動編程，各類機床的操作方法。偏電類專業(yè)進行兩周的“數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計”，也有三大類課題，主要實踐數(shù)控刀補、插補，及代碼編譯等模塊的實現(xiàn)。

圖1 課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)圖

2.教學(xué)內(nèi)容組織方式。理論課以教學(xué)與自學(xué)兩種方式進行，編程指令以法拉克系統(tǒng)為主進行，輔以介紹華中數(shù)控系統(tǒng)，“伺服系統(tǒng)”等章節(jié)僅作原理性介紹，不局限某些教材作過多的硬件電路介紹。受學(xué)時所限，“位置檢測裝置”與“故障診斷及維護”僅介紹基本理論與方法，詳細內(nèi)容以教師安排引導(dǎo)，學(xué)生自學(xué)，集中答疑的形式進行。實驗教學(xué)摒棄傳統(tǒng)演示驗證模式，強化綜合性、設(shè)計性、探索性實驗[3]，發(fā)揮學(xué)生主動性，提高學(xué)生綜合運用知識的能力和啟迪創(chuàng)新意識?！皵?shù)控加工實訓(xùn)”和“數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計”讓學(xué)生綜合運用相關(guān)知識、靈活采用相關(guān)方法自主進行；對學(xué)生按課題性質(zhì)分組，實行一人一題方式。

(二)教學(xué)條件

1.教材使用與建設(shè)。本著因材施教的原則，根據(jù)授課對象的不同，本課程采用的主講教材有兩套：偏機類專業(yè)采用筆者主編的《機床數(shù)控技術(shù)》；偏電類專業(yè)采用筆者主編的《數(shù)控技術(shù)》。另外，我們還選用張建鋼等編著的《數(shù)控技術(shù)》作為參考教材。教材建設(shè)注重與教學(xué)內(nèi)容改革、課程體系改革、教學(xué)方法和手段改革、人才培養(yǎng)模式和教育思想觀念轉(zhuǎn)變結(jié)合起來，以專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)為根據(jù)，以課程大綱為指導(dǎo)，在理論知識上包含數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)理論，在實踐能力上培養(yǎng)編程、操作與維護、測試與調(diào)整等基本技能，并在重視能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上促進學(xué)生整體素質(zhì)的提高。

課程組結(jié)合學(xué)校實際教學(xué)條件，遵循能力培養(yǎng)規(guī)律，還組織編寫了系列配套實驗實訓(xùn)教材：《數(shù)控加工工藝與編程》、“數(shù)控技術(shù)實驗指導(dǎo)書”、“數(shù)控技術(shù)分級實訓(xùn)大綱”、“數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書”，這些教材較好地實現(xiàn)了能力培養(yǎng)目標(biāo)。

2.擴充性資料使用情況。為促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)，課程組還編制了多種擴充性資料。如：“數(shù)控技術(shù)習(xí)題集”、“數(shù)控技術(shù)試題庫”、“數(shù)控機床操作錄像”、“數(shù)控技術(shù)CAI課件”；同時，筆者開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“數(shù)控技術(shù)虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件”，使抽象的教學(xué)形象化，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，降低了學(xué)習(xí)的難度。教研室擁有西門子和法拉克系統(tǒng)的各類技術(shù)手冊，作為教學(xué)參考資料，教研室將若干年對外提供技術(shù)服務(wù)的生產(chǎn)零件實例的圖紙、工藝卡片、數(shù)控程序提供給學(xué)生課余學(xué)習(xí)，典型零件的示例做成展板供現(xiàn)場教學(xué)使用。

3.實踐性教學(xué)環(huán)境?！跋冗M數(shù)控和伺服驅(qū)動技術(shù)安徽省重點實驗室”的“數(shù)字化設(shè)計制造實驗室”面積近800m2，共有設(shè)備：法拉克系統(tǒng)數(shù)控車10臺、法拉克系統(tǒng)數(shù)控銑10臺、法拉克系統(tǒng)加工中心2臺、電火花數(shù)控線切割機床2臺、X-Y平臺10套、快速原型機2臺。多媒體教學(xué)機房配有80臺高性能計算機，并配有CAXA系列軟件。機房與數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)通訊，可進行分布式數(shù)控加工與實訓(xùn)教學(xué)。

4.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。已開通“數(shù)控技術(shù)”精品課程網(wǎng)站，課程組制作的“數(shù)控技術(shù)”網(wǎng)上資源(課程說明、教學(xué)大綱、授課計劃表、授課課件、備課筆記、授課教案、虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件、教學(xué)錄像、數(shù)控機床操作錄像、實驗指導(dǎo)書、實訓(xùn)指導(dǎo)書、課程設(shè)計指導(dǎo)書、試題庫、習(xí)題集、歷年試題等)已在我校教學(xué)中得到了應(yīng)用，可自由下載學(xué)習(xí)。課程組已組建“數(shù)控技術(shù)網(wǎng)上論壇”，可及時回答學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題。課程組與這些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境動態(tài)聯(lián)系，及時更新教學(xué)內(nèi)容，以保證教學(xué)內(nèi)容的新穎。

(三)教學(xué)方法與教學(xué)手段

1.教學(xué)方法。課程組根據(jù)本科教育的特點和我校資源現(xiàn)況，探索出很多行之有效的教育教學(xué)方法，應(yīng)用于不同的教學(xué)內(nèi)容中。

(1)講練結(jié)合教學(xué)：將“教、學(xué)、練”融為一體，適于需要較強邏輯思維、而在傳統(tǒng)教學(xué)中較難進行的課程內(nèi)容。教師在講清基本概念、基本理論與方法后，布置學(xué)生進行實踐訓(xùn)練。如在講解“數(shù)控編程指令”時，介紹完一類編程指令后，就給出相應(yīng)圖紙，由學(xué)生應(yīng)用編程模擬器編制數(shù)控加工程序，仿真模擬檢驗是否正確。這種即學(xué)即練的教學(xué)方式，提高了學(xué)習(xí)效率，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

(2)師生互動教學(xué)：教師授課中善于提出問題，學(xué)生可進行討論或爭論，提出解決方案，教師適時引導(dǎo)，使學(xué)生從中領(lǐng)會教師思路，提高分析解決問題的能力，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教育理念。如在講解“刀具補償”時，教師可讓學(xué)生思考使刀位點沿工件輪廓正確運動的兩種方式，并展開討論，從而說明刀具補償功能的作用。

(3)案例剖析教學(xué)：數(shù)控加工的零件是千差萬別的，我們通過介紹典型零件的加工方法，使學(xué)生能做到舉一反三，重點培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。如介紹“數(shù)控車床編程加工”時，我們僅剖析一個典型的加工案例，學(xué)生便能做到對同類零件加工的觸類旁通。

(4)現(xiàn)場實物教學(xué)：數(shù)控技術(shù)的某些概念比較抽象，如“數(shù)控機床坐標(biāo)系”、“對刀”、“換刀”等，可把教學(xué)地點選到“數(shù)控實訓(xùn)中心”，面對具體的數(shù)控機床進行講解或操作。這樣有利于把抽象概念具體化，降低學(xué)習(xí)難度。

(5)企業(yè)應(yīng)用技術(shù)講座：現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅猛，課程教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用水平之間存在著滯后性。課程組每年定期從“奇瑞汽車有限責(zé)任公司”、“蕪湖永達科技有限責(zé)任公司”等技術(shù)先進企業(yè)邀請專家來校舉行“企業(yè)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用講座”，以適應(yīng)技術(shù)的快速發(fā)展。

(6)雙語教學(xué)：課程部分章節(jié)可實行雙語教學(xué)，如：“數(shù)控加工編程”和“計算機數(shù)控裝置”簡單易懂，可結(jié)合法拉克英文操作系統(tǒng)進行教學(xué)。不會造成學(xué)生理解上的困難，同時，也利于培養(yǎng)學(xué)生閱讀英文數(shù)控文獻的能力。

2.教學(xué)手段。

(1)多媒體教學(xué)輔以傳統(tǒng)教學(xué)：課程許多內(nèi)容如“數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)”、“孔加工的數(shù)控編程”等復(fù)雜抽象，采用了多媒體輔助教學(xué)，有利于增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。課程組開發(fā)制作出二維、三維模擬動畫和數(shù)控加工操作視頻。這些教學(xué)資源輔以傳統(tǒng)教學(xué)手段，極大提高了教學(xué)效果。

(2)軟件仿真教學(xué)：課程有些內(nèi)容如“數(shù)控輪廓控制原理”、“數(shù)控機床位置檢測裝置”等復(fù)雜難學(xué)，為改變當(dāng)前教學(xué)中“紙上談兵”現(xiàn)象，筆者開發(fā)的“數(shù)控技術(shù)虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件”，采用實驗和課堂演示的方式，把復(fù)雜的原理仿真出來，通過調(diào)節(jié)基本參數(shù)演示結(jié)果，讓學(xué)生在實踐中理解參數(shù)涵義。

(3)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)：利用“精品課程網(wǎng)”和“數(shù)控技術(shù)網(wǎng)上論壇”平臺實施網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

三、結(jié)束語

經(jīng)過安徽省精品課程建設(shè)，“數(shù)控技術(shù)”目前已形成鮮明特色：把握專業(yè)方向，適應(yīng)學(xué)校發(fā)展，順應(yīng)企業(yè)需求；師資力量雄厚，教學(xué)科研成果豐厚，教學(xué)資料豐富，教學(xué)效果良好；實驗設(shè)施完備，實踐教學(xué)條件良好。今后,我們將深化課程教學(xué)改革，以“國家精品課程”為奮斗方向,在教材建設(shè)、師資隊伍、教學(xué)方式、教學(xué)成效等方面科學(xué)規(guī)劃，建成省內(nèi)外取得公認(rèn)的教學(xué)水平高、教學(xué)效果好，產(chǎn)生一定影響的且符合我校發(fā)展目標(biāo)定位的精品課程。

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