基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的數(shù)控技術課程教學改革與實踐

馮濤 邱昕洋 劉志杰 王宏斌 陳軍

摘要：根據(jù)數(shù)控技術課程的特點，從加強工程實踐能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)出發(fā)，總結和歸納了數(shù)控技術教學改革涉及的主要方面，在教學內(nèi)容上，探索了課程內(nèi)容體系的重構和教學內(nèi)容組織方式，論述了四種教學方法和三種教學手段，并對加強實踐教學環(huán)節(jié)，努力培養(yǎng)學生的實踐動手能力進行了有意義的探索和實踐。課程教學改革成果可供兄弟院校借鑒。

關鍵詞：數(shù)控技術；創(chuàng)新能力；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）13-0064-02

一、引言

近年來，隨著我國市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是《中國制造2025》的發(fā)布，給機械制造業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，創(chuàng)新型國家建設目標對機械工程人才的培養(yǎng)提出了新的要求。與國外大學相比，我國大學對能力培養(yǎng)重視不夠，學生發(fā)展的主動性、能動性不足，學生的創(chuàng)新能力不足。因此，積極探索教育教學的新思路新方法，具有重要的意義?！稊?shù)控技術》是機械設計制造及其自動化專業(yè)的重要專業(yè)課，本項目就是在借鑒國內(nèi)外數(shù)控技術教育改革優(yōu)秀成果和繼承西北農(nóng)林科技大學數(shù)控技術教學現(xiàn)有優(yōu)勢和特色的基礎上，對現(xiàn)有數(shù)控技術教學內(nèi)容和教學方法進行改革研究，針對我校機械設計制造及其自動化專業(yè)自身特點，研究數(shù)控技術課程必要的理論知識和實踐能力，從而形成理論教學體系、實踐教學體系，以期為我校和我國數(shù)控技術教育的改革和發(fā)展做出有益的探索。

二、教學內(nèi)容改革

（一）課程內(nèi)容體系的重構

數(shù)控技術課程體系包括理論課、實驗課和實踐課。分專業(yè)背景因材施教，課程配置可參考表1：理論課教學內(nèi)容及學時分配。理論課以數(shù)控加工信息流為主線進行教學，主要講授：數(shù)控加工工藝、數(shù)控加工編程、數(shù)控機床機械結構、數(shù)控機床故障診斷及維護、數(shù)控插補和刀補原理、計算機數(shù)控裝置、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、車輛工程、農(nóng)業(yè)機械化工程等偏機械類專業(yè)側(cè)重于前五項；對機電工程專業(yè)機械內(nèi)容和電子內(nèi)容同樣重要，各占用20學時。實驗課在所設6個項目中選做3項，加工中心綜合加工實驗和數(shù)控插補設計綜合實驗分別是綜合性和設計性實驗。實踐課分專業(yè)設置，機制、車輛工程、農(nóng)業(yè)機械化工程、機電工程各專業(yè)進行4周的工程基礎訓練，其中有數(shù)控加工技術的初步認識訓練，包括XY數(shù)控平臺的訓練以及數(shù)控車的訓練，數(shù)控雕刻機、線切割加工和數(shù)控加工中心的加工演示，讓學生對數(shù)控加工有初步的認識；機制專業(yè)學生在三年級進行2周的現(xiàn)代設計與制造綜合訓練，是CAD/CAM/CNC的綜合訓練，主要實踐各類零件的數(shù)控加工工藝設計、自動編程、各類機床的操作方法，其他專業(yè)的學生利用實踐平臺可進行創(chuàng)新項目的實施。

（二）教學內(nèi)容組織方式

理論課以課堂教學與自學兩種方式進行，編程指令以FAUNC系統(tǒng)為主進行，輔以介紹SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)，對機制、車輛工程和農(nóng)業(yè)機械化工程專業(yè)數(shù)控伺服系統(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。受學時所限，故障診斷及維護僅介紹基本理論與方法，詳細內(nèi)容以安排學生自學，然后集中答疑的形式進行。實驗教學強化綜合性、設計性、探索性實驗，發(fā)揮學生主動性，提高學生綜合運用知識的能力和啟迪創(chuàng)新意識。現(xiàn)代設計與制造綜合訓練，讓學生綜合運用相關知識、靈活采用相關方法自主進行；對學生按任務性質(zhì)分組，實行一人一題方式。教學過程中根據(jù)當代裝備制造業(yè)的發(fā)展需要不斷更新教學內(nèi)容，重點講述目前大中型企業(yè)普遍應用的現(xiàn)代數(shù)控技術，并使教學內(nèi)容緊密聯(lián)系工程實際。

三、教學方法與教學手段改革

（一）教學方法

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方法，應用于不同的教學內(nèi)容中。

1.講練結合教學：將教、學、練融為一體，適于需要較強邏輯思維、而在傳統(tǒng)教學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，布置學生進行實踐訓練。如在講解數(shù)控編程指令時，介紹完一類編程指令后，就給出相應圖紙，由學生編制數(shù)控加工程序，由教師檢驗是否正確。這種即學即練的教學方式，提高了學習效率，增強了學生學習的興趣。

2.師生互動教學：教師授課中善于提出問題，學生可進行討論或爭論，提出解決方案，教師適時引導，使學生從中領會教師思路，提高分析解決問題的能力，體現(xiàn)了以學生為主體的教育理念。如在講解刀具補償時，教師可讓學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：數(shù)控加工的零件是千差萬別的，通過介紹典型零件的加工方法，使學生能做到舉一反三，重點培養(yǎng)學生解決問題的能力。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：數(shù)控技術的某些概念比較抽象，如數(shù)控機床坐標系、對刀、換刀等，可把教學地點選到數(shù)控實訓中心，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，降低學生學習難度。

（二）教學手段

1.多媒體教學輔以傳統(tǒng)教學：為了提高課堂效率和學生的學習興趣，將全新的教學內(nèi)容制成多媒體教學課件。課程許多內(nèi)容如數(shù)控機床機械結構、孔加工的數(shù)控編程等復雜抽象，采用了多媒體輔助教學，有利于增強學生學習興趣，提高學習效果。課程組開發(fā)制作出CAI課件、二維、三維模擬動畫和數(shù)控加工操作視頻。教師在講授數(shù)控原理和基礎知識的同時，就可播放視頻，使課堂教學與工程實際更加結合緊密，這不僅使數(shù)控技術的教學強化了學生工程實踐能力的培養(yǎng)，而且使理論課堂教學豐富多彩，取得了較好的教學效果。

2.軟件仿真教學：學生編程操作的困難大多數(shù)由于工藝不清楚，我們利用斯沃、VUNC數(shù)控加工仿真教學軟件，采用實驗和課堂演示的方式，把復雜的加工過程仿真出來，讓學生在實踐中理解代碼的涵義和數(shù)控工藝。

3.網(wǎng)絡教學：利用學校精品課程網(wǎng)和本科網(wǎng)絡教學平臺實施網(wǎng)絡教學。數(shù)控技術課程網(wǎng)上資源包括課程說明、教學大綱、教學日歷、西門子和法拉克系統(tǒng)的各類技術手冊等，已在我校教學中得到了應用，學生可自由下載學習。通過網(wǎng)上教學平臺可及時回答學生學習中的問題，課程組與這些網(wǎng)絡教學環(huán)境動態(tài)聯(lián)系，及時更新教學內(nèi)容，以保證教學內(nèi)容的新穎。

四、加強實踐教學的探索和實踐

實踐教學是培養(yǎng)高等應用型創(chuàng)新人才的重要途徑和保證，良好的實驗、實訓基地，對高等應用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)有著至關重要的作用。我校于2005年建成了具有先進制造裝備的綜合性工程訓練中心，是本科生工程素質(zhì)教育和技能教育的實踐性教學基地，可進行分布式數(shù)控加工與實訓教學。工程訓練中心可以配合數(shù)控技術教學，為學生提供數(shù)控設備進行實踐操作，讓學生親自動手編制加工程序和操作機床，使學生對數(shù)控機床的學習由抽象的理性認識上升為感性認識，再通過感性認識進一步加深理解和掌握數(shù)控技術。實踐教學的實施是按照前面建立的實踐教學體系分層次進行的。同時，我們積極組織學生參加全國和陜西省數(shù)字建模大賽、機械創(chuàng)新設計大賽、數(shù)控加工創(chuàng)意大賽等，組建科技創(chuàng)新小組，讓學生對自己感興趣的數(shù)字化設備、機器人等親自設計、親自動手制作，近年來10余項項目獲得了國家和陜西省的獎勵，這些實踐環(huán)節(jié)都收到了良好的教學效果。

五、結束語

隨著科學技術的飛速發(fā)展，以數(shù)控技術和數(shù)控機床為核心的裝備制造業(yè)正在發(fā)生日新月異的變化，其中發(fā)展高檔數(shù)控機床和機器人是國家大力推動的關鍵領域。與工程實踐緊密結合的數(shù)控技術教學應該緊跟時代的步伐，從教學內(nèi)容、教學方式和實踐環(huán)節(jié)等方面適應高等創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標，本課題進行了有意義的探索和實踐，收到了較好的效果。

參考文獻：

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