農(nóng)業(yè)院校數(shù)控基礎實驗教學的研究

郭洪宇++李士軍

摘 要：數(shù)控機床編程與操作是機械類專業(yè)學生的一門重要的專業(yè)課程，數(shù)控基礎實驗是學生的必修實驗課程，是實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。本文對農(nóng)業(yè)院校中的數(shù)控基礎實驗教學存在的重視程度不夠、設備投入少等問題進行了研究，并以吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術學院機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生為研究對象，為使數(shù)控基礎實達到更好的效果，對一些教學方式進行了改進。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)院校；數(shù)控；實驗；研究

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161032061

數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作進行控制的技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點[1]。合格的數(shù)控類人才既要具備扎實的機械綜合基礎知識，還要具備嫻熟的實際操作能力[2]。對于高校中的機械類專業(yè)學生來說，數(shù)控基礎實驗是一個夯實數(shù)控基礎知識，提高動手能力的重要過程；農(nóng)業(yè)院校中機械專業(yè)屬于非重點學科，數(shù)控基礎實驗存在著重視程度不夠、設備投入少等問題，如何使教學效果符合人才培養(yǎng)方案的目標，調(diào)動學生學習數(shù)控及機械專業(yè)知識的積極性、主動性[3]，是目前農(nóng)業(yè)院校從事數(shù)控基礎實驗教學的教師需要認真思考的問題。

1 數(shù)控基礎實驗教學的特點

“實踐出真知”。作為工科課程，只有理論知識的講授不能滿足人才培養(yǎng)方案的要求。數(shù)控基礎實驗作為數(shù)控機床編程與操作這門理論課的輔助教學內(nèi)容，與其他課程的實驗環(huán)節(jié)采取的方式基本一致，即以提高學生獨立自主的創(chuàng)新實踐能力為目標，以加深對理論知識的理解和提高學生的動手能力為目的，以實驗教師的講授和實驗指導書的內(nèi)容為依據(jù)，以學生的驗證和實際操作為過程。

相比于理論課程，人才培養(yǎng)計劃中給實驗教學所安排的課時是比較有限的。數(shù)控基礎實驗的內(nèi)容具有一定的代表性和應用性[4]，既要完成對重點理論編程知識的操作驗證，又要指導學生綜合運用機械類相關專業(yè)知識，進一步激發(fā)學生的思考能力和創(chuàng)新能力。因此，數(shù)控基礎實驗可分為驗證性實驗和綜合性運用實驗。數(shù)控系統(tǒng)都有一套編程的指令和方法，這部分的理論知識固定而且相對抽象，單純依靠課堂上書本的講授，無法使學生真正理解常用的手工編程方法和指令，最后將知識的學習停留在機械式的死記硬背上，驗證性實驗可通過操作機床對一些編程指令進行實際驗證，幫助學生加深對理論知識的理解與掌握。

數(shù)控機床編程與操作是一門學科融合性很強的理論課程，需要通過數(shù)控基礎實驗將相關自動編程軟件綜合運用，包括：計算機輔助設計軟件，二維設計使用的AutoCAD軟件、三維實體設計的Solidworks、Pro-E軟件等；計算機輔助制造軟件，數(shù)控車床應用較多的Mastercam軟件、數(shù)控加工中心應用較多的UG軟件等。同時在編程與操作過程中還會運用到其他機械類專業(yè)知識，例如：畫法幾何及機械制圖，機械設計、互換性與測量技術等。通過對各門課程的綜合性運用的實踐，可以提高學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力，

一些先進制造技術的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景需要在數(shù)控基礎實驗中向?qū)W生進行一定的介紹和講解，例如：3D打印技術、先進鈑金成形技術、先進精密切割技術等。通過介紹和講解，使學生及時了解前沿科技，拓寬學生的知識面和視野。

2 數(shù)控基礎實驗教學存在的主要問題

2.1 對教學的重要性認識及設備投入不足

在農(nóng)業(yè)院校中堅持以農(nóng)為優(yōu)勢和特色，涉農(nóng)專業(yè)屬于學校優(yōu)先發(fā)展和扶持的學科，有限的教學、科研經(jīng)費必然會向這些學科傾斜，工科專業(yè)與學校其它涉農(nóng)專業(yè)可共享的資源很少，學校發(fā)展的領導者與決策者們自然對于工科專業(yè)重視程度不足，導致工科類專業(yè)的發(fā)展基礎很薄弱、發(fā)展緩慢[5]。有限的資源更多分配給理論課程，對于課時量安排很少的實驗的重視程度更是不足，甚至有的任課教師對于實驗課程采取了“太麻煩了就不上了”、“反正期末考試還是以試卷成績?yōu)橹?，又不是實驗成績”的消極態(tài)度。

在許多開設工科專業(yè)的農(nóng)業(yè)院校中，由于數(shù)控基礎實驗室的建設和相關數(shù)控設備的投入所需經(jīng)費額度很大，為了完成人才培養(yǎng)方案的最低要求，僅配置了一些檔次較低的經(jīng)濟型數(shù)控機床作為實驗設備[6]，數(shù)量很少、檔次很低，導致實驗課學生都是以“看”和“聽”為主，動手操作數(shù)控設備的機會很少甚至沒有，實驗課變成了“實驗室中的理論課”；大型、復雜的數(shù)控設備及先進制造技術涉及到的設備在農(nóng)業(yè)院校的數(shù)控實驗室中更是空白，學生面臨著校內(nèi)實驗設備僅能滿足簡單實驗需求，校外無合適的實訓基地，沒有機會接觸到最先進的數(shù)控技術的尷尬局面，更別說發(fā)揮學生的創(chuàng)造性。最終導致農(nóng)業(yè)院校中工科類專業(yè)的學生在日后的就業(yè)和繼續(xù)深造中同很多工科院校畢業(yè)的學生相比存在明顯的劣勢和差距。

2.2 教學內(nèi)容陳舊，教學方式單一

重課堂教學，輕實驗教學的觀念依然嚴重，加之數(shù)控實驗設備數(shù)量的嚴重不足、檔次的參差不齊。一些教師將本應更多進行實際操作的實驗變?yōu)檠菔緦嶒灒趯嶒炇页霈F(xiàn)最多的情景是老師一個人操作機床講授，學生圍在設備四周聽，一些學習主動性強的學生會努力跟著老師的思路學習，而一些本來對理論知識就掌握不好的學生就會自己走開不再聽老師的講授，致使實驗課在學生心中可有可無。

實驗按照過時的實驗指導書進行，內(nèi)容陳舊、形式單一，缺乏對學生掌握數(shù)控技術知識和技能的連貫性、系統(tǒng)性的能力鍛煉。實驗教學的效果僅僅停留在為更好地掌握書本上的理論知識服務的層面上，沒有根據(jù)生產(chǎn)單位對于數(shù)控乃至機械類人才的實際需求來把握和改進數(shù)控基礎實驗。實驗方法和內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性，沒有設置綜合運用數(shù)控設備的實驗，沒有根據(jù)學生的需要自主開發(fā)的實驗，缺少對學生掌握數(shù)控類知識興趣度的培養(yǎng)，缺少對學生獨立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.3 教學與生產(chǎn)實際及新技術發(fā)展相脫節(jié)

數(shù)控基礎實驗教學中很多設置的實驗項目與生產(chǎn)實際脫節(jié)，與目前生產(chǎn)單位采用的最新進技術差距很大。

學生所完成的實驗內(nèi)容和操作的機床很多都還是幾年前甚至幾十年前的老技術、老設備，由于缺少對于生產(chǎn)環(huán)節(jié)實際過程的了解與認識，缺少具有實際生產(chǎn)經(jīng)驗的教師的指導，缺少操作和熟悉較先進數(shù)控設備的機會，導致學生在進行完數(shù)控基礎實驗課程后只會機械式的將實驗課的內(nèi)容操作下來，而不是真正掌握如何利用數(shù)控設備進行機械加工，時間久了對于學習過的知識越來越生疏，并且無法在畢業(yè)之后立即轉(zhuǎn)換角色投入到新的工作崗位。

3 實驗教學的改革措施

3.1 提高對數(shù)控基礎實驗的認識程度

提高對數(shù)控基礎實驗的認識程度應從學校領導、教師和學生3個主體來進行。

學校包括學院領導作為學科建設的領導者和決策者，應認識到工科專業(yè)對于提升學校的綜合實力和競爭力的關鍵作用，對數(shù)控專業(yè)同其他涉農(nóng)專業(yè)的融合進行探討，為數(shù)控專業(yè)的發(fā)展爭取更多的政策和資金支持，加大對實驗設備投入的力度；適當增加數(shù)控基礎實驗的學時，加強對實驗教學的檢查與督導力度，將實驗課作為考核教師教學水平及評聘職稱的重要依據(jù)。

教師作為實驗課程的講授者和安排者，應首先重視數(shù)控基礎實驗的重要性和必要性，改變以前重理論、輕實驗的意識；提高自己的業(yè)務能力，注重對前沿科技的領悟與學習，并將這些內(nèi)容合理地設置到實驗教學中，加強對實驗指導的深度和廣度；重新修改和完善實驗指導書的內(nèi)容，對不再適應現(xiàn)在課程的內(nèi)容要堅決拿掉。

學生作為實驗課程的學習者，應改變以前對于實驗成績無所謂的態(tài)度，通過加大實驗成績在學生最終學業(yè)成績中的比重促使學生重視實驗課程；同時積極參與各類實踐、大學生競賽活動，通過成績的取得讓學生真正體會到數(shù)控基礎實驗的重要性，培養(yǎng)他們對于實驗課程的主動性、積極性，進而提高學生的動手操作能力和機械綜合設計能力。

3.2 爭取資金扶持，合理購置設備

吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術學院工程訓練中心數(shù)控基礎實驗室近年來根據(jù)學生實驗課程包括金工實習的實際需要，積極爭取中央和地方財政的實驗室建設專項資金，有計劃、有步驟地購置、換代了一批數(shù)控操作設備，主要包括：5臺配有FANUC0i mate-TD數(shù)控系統(tǒng)的CAK4850di數(shù)控車床，1套HNC-21wx（CAK3665SJ）數(shù)控車床及專用量具和專用工裝，1臺XKA714數(shù)控銑床，1臺D7130電火花成型機、1臺工業(yè)級快速成型機。

這些設備的陸續(xù)使用暫時緩解了數(shù)控實驗設備不足的局面，基本保證了機械專業(yè)學生數(shù)控基礎實驗的要求，但也要看到所購置的數(shù)控設備的種類、數(shù)量、質(zhì)量相比于工科院校還有差距，大型、復雜的數(shù)控設備及先進制造設備是今后利用專項資金的主要購置方向。

3.3 利用新技術改進實驗授課方式

運用多媒體技術將數(shù)控基礎實驗室現(xiàn)有數(shù)控設備和無法購置的數(shù)控設備以圖片、視頻、動畫演示等方式向?qū)W生加以講解[7]，有效彌補了因設備缺失而導致的某些數(shù)控實驗項目無法開展的弊端。通過一些有關先進制造技術的內(nèi)容的介紹，很好地激發(fā)學生對于數(shù)控技術和數(shù)控機床的興趣，例如在實驗課中帶領學生觀看德國DMG數(shù)控車削中心等先進機床加工復雜工件的視頻；利用PowerPoint、Frongtpage等相關軟件制作的有關實驗過程的“微課”，使學生覺得實驗課程不枯燥，能夠主動跟隨老師的思路完成實驗內(nèi)容。

注重數(shù)控加工模擬仿真系統(tǒng)的合理使用。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是一套基于虛擬現(xiàn)實的仿真軟件，采用計算機技術制作的“虛擬設備”來增強學生的實踐操作能力。目前， 比較常見的數(shù)控仿真教學軟件有宇龍 VNUC3.0、聯(lián)高VNUC、天傲 TNS- Ver 2.0等，這些軟件都能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控加工全過程的仿真[8]。數(shù)控仿真系統(tǒng)的合理使用可以一定程度上改善數(shù)控設備數(shù)量不足的局面。

運用新媒體技術：包括微信、微博、手機客戶端等手段，加強老師與學生之間的溝通，如果學生在理論課學習、實驗課學習過程中存在什么疑問可以通過QQ群、微信群等手段進行溝通，將實驗教學延伸至課外；通過讓學生添加微信、微博、客戶端當中的一些公眾號，例如微信中的“金屬加工”、“數(shù)控達人”等，可以及時獲知最前沿的數(shù)控技術和相關資料，這樣學生不出校園便可對數(shù)控技術的前沿領域有一定的了解和認知。

3.4 加強實驗室的開放程度，積極聯(lián)系校外實習基地

數(shù)控基礎實驗室的設置以及數(shù)控實驗設備的購置不僅是為了學生進行實驗而服務的，在完成好實驗課程的基礎上，面向機械類乃至全校師生開放，為學生參加各種實踐活動、參加各種全國級、省級比賽、參與相關教師的科研課題提供平臺。同時，也注重同學校其他學院的聯(lián)系，在相關項目上尋找學科融合的契機，實現(xiàn)共同發(fā)展。例如同吉林農(nóng)業(yè)大學信息技術學院進行合作，完成“EPS板材切割機”等項目的制造及結(jié)題等相關工作。

此外，工程技術學院機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生還有4周生產(chǎn)實習的機會，學校先后聯(lián)系了長春第一汽車集團、長春第二機床廠、長春拖拉機（集團）有限公司等一批企業(yè)建立校外實習實訓基地，為學生接觸實際生產(chǎn)提供了便利條件。

4 結(jié)束語

在數(shù)控基礎實驗教學的幾年時間里，這些針對于數(shù)控基礎實驗的教學方式的改進措施正在逐步執(zhí)行與深入，通過與廣大學生（特別是機械設計制造及其自動化專業(yè)）接觸，他們對于數(shù)控技術和數(shù)控機床都體現(xiàn)出了非常濃厚的學習興趣，只要做好相應的工作，將會更好地完成人才培養(yǎng)方案的相關要求，為學生后續(xù)課程的學習及今后的發(fā)展奠定良好的基礎。近年來，吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術學院的學生在全國大學生機械創(chuàng)新大賽、全國大學生金工技能大賽等一系列比賽活動中取得了國家級一等獎1項，省級一等獎和二等獎若干項的優(yōu)異成績，很多參賽作品的制作都是學生在實驗室由指導教師的指導下利用數(shù)控加工設備獨立完成的，這些成績的取得也會使學校相關領導更加重視實驗室的建設，為實驗室的逐步完善提供積極扶持。

參考文獻

[1]張楊林.我國數(shù)控技術的進展及發(fā)展趨勢[J].輕工機械，2006（2）：6-8.

[2]韓建海，胡東方，楊丙乾.數(shù)控技術實驗教學改革探討[J].實驗科學與技術，2007（10）：109-112.

[3]田耘，楊亞洲，郭穎杰，潘世強.農(nóng)業(yè)院校工科類學生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的研究與實踐[J].吉林農(nóng)業(yè)大學高等教育研究，2013（3）：30-32.

[4]宋玉梅，孔令波，王穎淑.數(shù)控實驗教學初探[J].長春大學學報，2000（6）：74-75.

[5]楊亞洲，趙麗萍，徐杰.農(nóng)業(yè)院校工科專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的途徑研究[J].學理論，2011（30）：189-190.

[6]韓建海，胡東方，楊丙乾.數(shù)控技術實驗教學改革探討[J].實驗科學與技術，2007（10）：109-112.

[7]孔曉玲，尹成龍，王睿，周潔，朱林，楊義.多媒體技術在金工實習中的應用[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2007（12）：62-64.

[8]田子欣，解金榜.仿真模擬技術在數(shù)控實踐教學中的應用[J].安陽工學院學報，2007（1）：157-159.

作者簡介：郭洪宇，碩士研究生，吉林農(nóng)業(yè)大學助理實驗師；李士軍，教授，碩士研究生導師，吉林農(nóng)業(yè)大學信息技術學院院長。