卓越計劃背景下探究式教學(xué)在數(shù)控加工技術(shù)課程中的應(yīng)用

王高升　鄧奕　關(guān)躍奇　曹亮

【摘要】根據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的實施要求和湖南工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)培養(yǎng)目標，采用探究式教學(xué)模式在數(shù)控加工技術(shù)課程教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進行教學(xué)改革探索與實踐，旨在為卓越計劃背景下制造類專業(yè)課的教學(xué)改革提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師教育培養(yǎng)計劃 探究式教學(xué) 數(shù)控加工技術(shù)

【基金項目】2017年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目、湖南工程學(xué)院校級教學(xué)改革研究重點項目研究成果；湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題（課題編號：XJK013CGD073）研究成果；湖南省“十三五”機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)綜合改革項目（湘教通[2016]276）研究成果；2010年湖南省精品課程《機床數(shù)控技術(shù)》研究成果。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0202-02

2010年我校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)被教育部批準為全國高校“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）首批試點專業(yè)之一[1]，本專業(yè)主要培養(yǎng)能在制造業(yè)一線從事機械產(chǎn)品的設(shè)計、制造、工程應(yīng)用和管理等方面的機械工程類應(yīng)用型現(xiàn)場工程師。近年來，我們以實施卓越計劃為契機，對本專業(yè)課程體系進行了優(yōu)化和整合，改革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法，并取得了一定的成效。

數(shù)控加工技術(shù)是典型的機與電相結(jié)合的課程，同時也是專業(yè)核心課程，這門課程的主要特點是包含寬廣的基礎(chǔ)理論及知識，集機械設(shè)計與制造工藝、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制原理、機電一體化技術(shù)等多學(xué)科的技術(shù)[2]；課程理論性強，數(shù)控原理、編程技術(shù)、機床結(jié)構(gòu)等知識均要求掌握，工程實踐聯(lián)系也十分緊密，要求有一定的應(yīng)用技能。

通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生較全面熟知并能運用數(shù)控加工技術(shù)的一些理論知識，熟識數(shù)控機床的控制方式和結(jié)構(gòu)，有分析、選用滿足零件加工需求機床及系統(tǒng)的能力；掌握數(shù)控加工程序的編寫和調(diào)試的方法，了解數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)等。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，由于教學(xué)內(nèi)容抽象，灌輸式教學(xué)讓學(xué)生學(xué)得枯燥，學(xué)生以應(yīng)付考試為最終目標，難以實現(xiàn)課程教學(xué)目標。

1.探究式教學(xué)模式

探究式教學(xué)應(yīng)用在教學(xué)中的最先提出者杜威先生，他認為科學(xué)的教育不全是教會學(xué)生怎樣解決問題，同時要培養(yǎng)出學(xué)生的獨立探究與思維的能力，注重體驗式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生們的自主探究欲望。在教學(xué)中應(yīng)用探究式教學(xué)主要是采用從引導(dǎo)到發(fā)現(xiàn)的教學(xué)模式，基本過程是先分析遇到的問題，提出解決該問題的辦法，再通過實驗設(shè)計等方式來推理考證解決辦法，最后總結(jié)和提高。學(xué)生知識在這種過程中的形成方式，能將學(xué)生從以往的知識被動接受者向知識的主動探究者進行轉(zhuǎn)變。

2.探究式教學(xué)在課程教學(xué)中的實踐

數(shù)控加工技術(shù)課程面臨的問題：一方面知識更新快，伴隨自動控制技術(shù)的發(fā)展，涉及的領(lǐng)域不斷在拓展、涵蓋知識的面在不斷更新，教材內(nèi)容已遠遠不能跟蹤技術(shù)的發(fā)展；另一方面伴隨卓越計劃的要求，教學(xué)改革的深化，雖然課程內(nèi)容在不斷優(yōu)化、整合，但基本知識和基本要求要保證，新知識要不斷進入課堂，而課程教學(xué)學(xué)時卻在不斷壓縮[3-5]。課時由最初的兩門課共72學(xué)時減少到一門課的32課時。所以教學(xué)方法與手段必須更新以適應(yīng)變化的新形勢，教學(xué)團隊在數(shù)控加工技術(shù)課程中的采用探究式教學(xué)，主要內(nèi)容如下。

2.1優(yōu)化整合內(nèi)容

數(shù)控加工技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容很廣，教學(xué)中按照一條主線進行講授，即按照數(shù)控機床的控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服裝置和機床結(jié)構(gòu)四大組成部件。如要編寫出數(shù)控程序不難，但編的程能否建立在合理的數(shù)控加工工藝上，充分發(fā)揮設(shè)備的技術(shù)性能需要對機床的控制方式較為了解才能完成。因此，數(shù)控程序的編制這部分內(nèi)容按照一平臺兩手段進行講授，一平臺即數(shù)控加工工藝平臺，兩手段為數(shù)控車和數(shù)控銑。

由于數(shù)控機床的特點，其編程系統(tǒng)有多種類型，F(xiàn)ANUC系列與SINUMERIK在國內(nèi)各占相當大的比例，國內(nèi)華中數(shù)控，廣州數(shù)控也有一定份額，教材中往往沒有全部介紹，講課中也不可能一一涉及。雖然在不同數(shù)控系統(tǒng)加工程序的組成格式上差別不大，但指令代碼的意義和應(yīng)用方法要求等差別較大。因此，對這部分內(nèi)容進行拓展，將不同系統(tǒng)常用數(shù)控編程指令匯總比較，并匯集不同系統(tǒng)的數(shù)控程序格式模板。

2.2教學(xué)方法與手段更新

2.2.1 小組討論法

第一章數(shù)控機床概述計劃課堂講授1課時，僅僅只能概述，但其包含的內(nèi)容非常豐富，包括數(shù)控機床的基本概念；數(shù)控機床的分類與應(yīng)用；數(shù)控技術(shù)的發(fā)展等，而這些內(nèi)容雖然有廣度但沒有深度，學(xué)生通過自學(xué)學(xué)習(xí)掌握。將這部分內(nèi)容簡單介紹后，設(shè)計了二十一個小課題，學(xué)生分成21個組，每組五人，以小論文的形式組織完成。每組自選組長，由組長進行組內(nèi)分工，學(xué)生反映良好。課程結(jié)束前挑選兩個組由組長進行介紹，用PPT演示，最后再點評。

在數(shù)控加工工藝編制章節(jié)，課后給定三類典型零件的工藝設(shè)計，同樣的21組學(xué)生每7組完成一類設(shè)計。并由將上次成績優(yōu)秀者的姓氏作為文字圖案加工，每一組學(xué)生的課題有共性也有個性，還有趣味性，學(xué)生在課題設(shè)計過程中，主動性強，與老師交流也較多。也挑選兩個組進行介紹，PPT演示，最后再點評。

2.2.2案例教學(xué)法

課堂上注意將企業(yè)的實踐要求與案例引入課堂。如數(shù)控編程指令中準備功能代碼從G0到G99共一百個，通常教材會比較全面的介紹得，但學(xué)生往往需要較長的時間才能掌握。因此在講授過程中，結(jié)合生產(chǎn)實際，只講解常用的G指令，同時通過案例的方式對實際加工生產(chǎn)過程中的編程經(jīng)驗與技巧進行講述，如如何使用最少的刀具來加工零件，如何提高加工的效率，如何使用刀具補償指令以及插補等內(nèi)容。講課時，歸納總結(jié)編程“八股文”，讓學(xué)生熟悉編程的“套路”后，各種中等難度的零件編程可有效完成。如我們通常將程序通常分成五個模塊，每個模塊中都由有一系列的指令：①程序頭模塊，主要由程序號和程序名按照特定的格式組成。②加工準備模塊，在此模塊中主要進行加工工藝的參數(shù)的設(shè)定，如建立坐標系、刀具大小種類的選擇T、加工速度F、主軸轉(zhuǎn)速S；以及加工過程中需要的輔助功能的開啟，如切削液等。③加工過程模塊，主要包括加工路線的確定，如直線查補、圓弧插補等。④循環(huán)切削模塊，主要包括各種循環(huán)指令模塊等。⑤程序結(jié)束模塊，該模塊內(nèi)主要包含關(guān)停在加工準備模塊和加工過程中開啟功能和取消建立的相關(guān)補償?shù)龋约胺祷氐街付ǖ膮⒖键c，結(jié)束程序等。endprint

2.2.3實驗教學(xué)法

本課程實驗環(huán)節(jié)是讓學(xué)生學(xué)中做做中學(xué)重要手段。由于整個專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)安排在低年級即進行了金工實習(xí)，學(xué)生也經(jīng)過了數(shù)控車銑的操作及演示實習(xí)，本課堂的實驗不可以內(nèi)容與前金工實習(xí)相重復(fù)。因此，實驗時先由實驗指導(dǎo)老師演練講解，作為學(xué)生溫故的過程，學(xué)生再根據(jù)要求完成現(xiàn)場編程操作的實驗內(nèi)容。雖然，有些學(xué)校采取進實驗室前先編程，但對于首次進入數(shù)控實驗室的學(xué)生，數(shù)控編程指令不同，難以操作，還可能造成事故。

2.2.4多媒體教學(xué)

多媒體的使用作為教學(xué)上的一種輔助手段已被大家廣泛應(yīng)用，雖然其在一定程度上能提高教學(xué)的效果，但不可倚重。適當?shù)陌鍟苡斜匾?。采用多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合方式。目前，網(wǎng)上大量的視頻內(nèi)容，精選之后進入課堂，可有效解決理論上講授難以理解的內(nèi)容，如步進電機工作原理，滾珠絲桿螺母副工作原理。

2.3探究式教學(xué)的缺點

探究式教學(xué)能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和思維能力，及合作的精神，自主學(xué)習(xí)的能力，但對于整個機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)人數(shù)來說，實在人太多了，課堂時間受限，不允許討論研討。

3.結(jié)論

針對目前數(shù)控加工技術(shù)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，進行的一些教學(xué)改革方面的探索與實踐。通過在課程教學(xué)中結(jié)合工程實際，使學(xué)生從以往的單向性、以掌握分割條塊的知識點為主的被動式課程學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)向綜合性、以解決數(shù)控加工技術(shù)中實際問題的自主課程學(xué)習(xí)；輔以案例式教學(xué)，突出工程實踐的應(yīng)用和創(chuàng)新兩方面能力的培養(yǎng)，通過對教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化整合、教學(xué)方法的改進和完善來組織教學(xué)，符合卓越計劃的培養(yǎng)目標要求，同時也能培養(yǎng)出滿足人才需求和企業(yè)實現(xiàn)無縫對接的學(xué)生。

參考文獻：

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[3]翁孝波. 基于MachineWorks的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].中國科學(xué)院研究生院（沈陽計算技術(shù)研究所），2015.

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作者簡介：

王高升，男，湖南婁底人，實驗師，研究方向：CAD/CAM教學(xué)與研究。endprint