數(shù)控技術(shù)課程授課形式改革及創(chuàng)新實踐模式探索

史 勇 ，高澤斌 ※，李雪蓮 ，宋 玲 ，王曉暄

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計重點實驗室）

“數(shù)控技術(shù)”課程是新疆農(nóng)業(yè)大學工科機械類及近機械類專業(yè)的一門專業(yè)核心課，是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、解決實際問題能力以及訓練工程技術(shù)人員基本素質(zhì)、促進學生全面發(fā)展的主干課程。課程與大學物理、理論力學、材料力學等先修課程有著直接的關(guān)系，是上述課程內(nèi)容的深化與應(yīng)用。同時，該課程還與機械制造基礎(chǔ)、機械制造工藝學、電液控制技術(shù)等課程聯(lián)系緊密。因此，學生對數(shù)控技術(shù)課程專業(yè)知識的掌握程度，不僅影響到學生的實踐能力及創(chuàng)新意識，同時也對學生的專業(yè)發(fā)展及就業(yè)有著至關(guān)重要的作用。

目前新疆農(nóng)業(yè)大學數(shù)控技術(shù)課程的授課形式主要采用多媒體授課方式。盡管多媒體課件更加形象和生動，并可以展示相關(guān)的數(shù)控加工視頻和動畫，但這種教學模式仍無法實現(xiàn)本科創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。隨著高等工科教育的改革以及新疆農(nóng)業(yè)大學機械類專業(yè)卓越人才培養(yǎng)計劃的實施，本科課程授課學時被縮減，同時對學生的創(chuàng)新能力和實踐能力提出更高要求[1]。因此，為了適應(yīng)機械制造企業(yè)對本科生專業(yè)能力的要求，同時滿足少課時情況下對創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，需要對數(shù)控技術(shù)課程的授課形式和實踐模式進行探索和研究。

新疆農(nóng)業(yè)大學數(shù)控技術(shù)課程教學小組，依托校級教研教改項目—“機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)課程組教學基層組織建設(shè)”[2]、校級授課競賽獲獎科目—“數(shù)控技術(shù)”，以及國家級教育部地方所屬高?！氨究平虒W工程”大學生校外實踐教育基地（新疆農(nóng)業(yè)大學—新疆中收農(nóng)牧機械公司工程實踐教育中心）的支持下[3]，利用現(xiàn)代教學理念完成對數(shù)控技術(shù)課程的教學方法、手段以及實踐模式的改革與探索。

1 我校數(shù)控技術(shù)課程現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 數(shù)控技術(shù)課程現(xiàn)狀

圖1 我校“數(shù)控技術(shù)”課程體系的構(gòu)成

我校數(shù)控技術(shù)課程共34學時，其中講課28學時，數(shù)控編程實驗環(huán)節(jié)6學時。理論授課主要以教師的講解為主，數(shù)控編程實驗環(huán)節(jié)主要借助宇龍數(shù)控仿真軟件講解西門子數(shù)控系統(tǒng)和發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的編程方法、機床的模擬操作及典型零件的模擬加工等。實驗環(huán)節(jié)要求學生自行完成相關(guān)平板類零件的設(shè)計，并使用編程代碼進行典型零件程序的編制，最后利用宇龍數(shù)控仿真軟件模擬零件的加工過程。實驗仿真無誤后，進入數(shù)控加工實訓環(huán)節(jié)，實訓需要2周時間，要求學生以3-5人小組為單位，以各小組設(shè)計的典型零部件為加工對象，完成典型零件數(shù)控加工工藝過程卡和工序卡的編制，并核驗所編制數(shù)控程序的準確性，利用數(shù)控機床進行空運行驗證，程序準確無誤后，再使用數(shù)控車床、數(shù)控加工中心（三軸、四軸或五軸）完成零件的最終加工。

1.2 數(shù)控技術(shù)課程教學存在的問題

1.2.1 傳統(tǒng)授課形式影響學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

數(shù)控技術(shù)課程涉及專業(yè)知識面較為廣泛，包括機械制造工藝學、計算機控制技術(shù)、數(shù)控編程、控制工程基礎(chǔ)、機電控制系統(tǒng)及傳感器技術(shù)等專業(yè)知識[4-5]，這類知識在前期的專業(yè)課程學習中學生都有所掌握，但掌握程度不均勻，影響學生接受新課程、新知識的一致性。教師授課過程中只能通過填鴨式的講解，配合多媒體課件上的圖片和動畫幫助學生回顧相關(guān)的原理和知識，造成學生被動地復習和彌補所缺知識，無法在數(shù)控技術(shù)新課程新領(lǐng)域獲取更多知識儲備和突破點。在實驗環(huán)節(jié)過程，由于學時較少，教師只能講解簡單典型零部件的編程方法，幫助學生掌握數(shù)控編程技術(shù)，極大影響到學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1.2.2 實踐環(huán)節(jié)的單一影響學生的動手能力

我校學生在進行數(shù)控技術(shù)課程實踐環(huán)節(jié)之前已經(jīng)完成了金工實習、機械工程認識實習、機械制造生產(chǎn)實習、機械制造工藝學實習等環(huán)節(jié)。在這些實踐環(huán)節(jié)過程中，學生已經(jīng)頻繁接觸到數(shù)控機床并親眼目睹過數(shù)控機床的操作和加工過程。但是由于數(shù)控技術(shù)課程開設(shè)在大四第一學期，導致學生在前期實踐環(huán)節(jié)中對數(shù)控加工技術(shù)不了解和興趣不高，對工廠的數(shù)控機床更是避而遠之，這不僅對實習的效果會帶來影響，同時也影響到后續(xù)課程的學習。數(shù)控實訓環(huán)節(jié)又安排在學生大四上半學期期末，此時就業(yè)、考研的壓力和畢業(yè)設(shè)計的壓力接踵而來，學生已缺乏完成這一實習環(huán)節(jié)的耐心和信心，導致學生自行設(shè)計并加工完成的零件依然是常見的簡單典型零部件，實習作品缺乏亮點，同時影響到學生的動手能力和實踐水平的提高。

2 數(shù)控技術(shù)教學授課形式改革

2.1 數(shù)控技術(shù)理論授課與討論、案例分析、實訓訓練相結(jié)合的教學模式建設(shè)

針對數(shù)控技術(shù)傳統(tǒng)的課堂教學方法無法培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的問題，在課程的授課模式上，采用授課與課堂討論、案例分析、實訓訓練相結(jié)合的教學模式[6]。課堂教學過程中，采用理論授課、小組討論、案例分析和實操訓練相結(jié)合的形式進行。小組討論主要引導學生結(jié)合“機械制造工藝學課程設(shè)計”環(huán)節(jié)來討論典型零件加工工藝過程的制定，加強學生完成指定零件數(shù)控加工工藝的能力，這樣不會占用實驗課時間，學生能利用實驗課時間去學習更多的軟件操作和模擬加工。案例分析和實操訓練主要通過讓學生自行下載安裝新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院現(xiàn)有的“宇龍數(shù)控模擬仿真軟件”，每完成4學時的課程學習，學生即可在宿舍利用模擬軟件仿真加工課本上的案例和例題，以深化對數(shù)控編程指令的理解。同時，教師廣泛搜集先進制造技術(shù)和制造工藝資源給學生安排模擬仿真案例，以深化學生的理論學習，推動學生對課程的參與度和自主思考能力。

2.2 以“聽、說、讀、寫”相結(jié)合的數(shù)控技術(shù)課堂授課方法改革

在數(shù)控技術(shù)課程講解過程中，通過校級教研進行了以“聽、說、讀、寫”相結(jié)合的數(shù)控技術(shù)授課形式。教師在備課過程中，結(jié)合新疆本地制造業(yè)的現(xiàn)狀，搜集大量數(shù)控編程及數(shù)控先進技術(shù)的案例，結(jié)合課本基礎(chǔ)知識給學生講授。這樣，學生在“聽”的過程中，能快速獲取知識，并且能激起學生學習興趣。在“說”的過程中，讓學生表達自己在課余時間和前期機械制造實踐環(huán)節(jié)所搜集和掌握的數(shù)控先進技術(shù)及編程案例，在課堂上與教師和其他同學共同探討?！白x”的過程，主要給學生提供數(shù)控學習網(wǎng)站和相應(yīng)數(shù)控技術(shù)參考課件及相關(guān)科普類、科研類文章，引導和約束學生自學?！皩憽钡倪^程，要求每位學生在每個學習階段（目前擬定4節(jié)課）都要完成課后典型零件加工程序的編寫、包括零件工藝分析過程、程序的編制以及仿真模擬，并將仿真結(jié)果在課堂上給師生展示，以加強對知識的理解和鞏固。

2.3 合理借助計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成課程的授課

為了擴展學生的知識掌握范圍，同時幫助學生課下及時復習課堂上所學知識，筆者已在“新疆農(nóng)業(yè)大學課程中心”建立了“數(shù)控技術(shù)”網(wǎng)絡(luò)課程，并將相關(guān)的多媒體課件和視頻資料以及典型例題完成了上傳。因此，在授課環(huán)節(jié)中借助于網(wǎng)絡(luò)課程資源，給學生展示相關(guān)的數(shù)控加工視頻和先進制造技術(shù)[7]。學生在網(wǎng)絡(luò)學習過程中，也可對網(wǎng)絡(luò)課程提出相關(guān)的意見和建議，并搜集更新更好的教學資料和資源分享給教師，教師通過篩選后上傳至課程中心。后期網(wǎng)絡(luò)課程資料和資源較為全面和成熟時，可安排學生自行完成課前預(yù)習和課后復習。同時，在授課過程中，教師還可建立與數(shù)控技術(shù)相關(guān)的微信公眾號，學生關(guān)注后，每天可以利用通訊設(shè)備完成數(shù)控相關(guān)技術(shù)和知識的掌握和學習。

2.4 以學習過程為導向的學習效果評價模式的建立

通過已經(jīng)建成的新疆農(nóng)業(yè)大學教務(wù)處課程中心的“數(shù)控技術(shù)”網(wǎng)絡(luò)課程，要求學生通過網(wǎng)站中的PPT課件、圖片和視頻文件先進行課前自學，教師布置相應(yīng)的預(yù)習題，要求學生通過自學完成預(yù)習題的解答并寫在作業(yè)本上，作為平時成績的重要依據(jù)。在課堂講授過程中，對學生預(yù)先掌握好的知識不再進行詳細講授，通過學生的課堂交流和討論來鞏固這些知識。對于學生難以掌握的以及預(yù)習過程中沒有理解的知識，教師再進行全面的講解。課程的教學評價采用60%的考試成績、10%的實驗成績和30%的平時成績，通過學生預(yù)習題的完成情況、課堂的討論、資料的搜集以及每個階段的編程的完成情況來綜合評定學生平時成績[8]。

3 數(shù)控技術(shù)實驗與實踐課程的改革

3.1 根據(jù)地域特色更加針對性地講授數(shù)控編程語言

由于我校擁有配備西門子系統(tǒng)、發(fā)那科系統(tǒng)（四軸聯(lián)動加工中心）以及海德漢系統(tǒng)（五軸聯(lián)動加工中心）的數(shù)控機床和加工中心，而不同數(shù)控系統(tǒng)的編程語言差異較大，僅僅依靠數(shù)控實驗課時無法完成三套不同系統(tǒng)不同編程代碼的講授。因此，數(shù)控編程代碼的講解應(yīng)該根據(jù)新疆本地制造業(yè)的實際情況有針對性地給學生講解。通過對新研股份、中收農(nóng)牧機械有限公司等企業(yè)的調(diào)研得知，企業(yè)采用發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的機床較多。因此，在實驗課程環(huán)節(jié)，重點以新疆本地典型農(nóng)業(yè)機械零部件的設(shè)計、編程和加工為例，給學生主要講授發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的編程和操作。而對于西門子和海德漢數(shù)控系統(tǒng)的學習，教師可錄制相關(guān)教學視頻資料上傳至課程中心，學生通過登錄網(wǎng)站完成自學。

3.2 建立基于新疆農(nóng)業(yè)機械典型數(shù)控加工零件案例庫，不再以傳統(tǒng)零件作為學生實驗課程的案例

我校前期學生實驗環(huán)節(jié)編程的對象，主要以典型階梯軸零件為主，這類零件編程較為簡單。但是學生容易將已經(jīng)編制好的程序共享給下一屆學生，即使教師對零件的相關(guān)尺寸和形狀做了修改，但學生仍可以通過修改現(xiàn)有的程序完成任務(wù)，使得學生缺乏自主思考性，一旦零件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大的變動，他們將無從下手。因此，教師應(yīng)將廣泛搜集的企業(yè)數(shù)控機床的零件加工案例，并借助科研項目中典型及復雜零件的相關(guān)信息，建立課程實驗環(huán)節(jié)的案例庫。對學生進行分組，每組可指定一個特定零件，學生以小組為單位完成零件的編程和模擬仿真。這樣，實驗環(huán)節(jié)更加注重與科研項目、與企業(yè)現(xiàn)況的結(jié)合，同時也能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力[9-10]。

3.3 實驗環(huán)節(jié)與實訓環(huán)節(jié)同時進行

我校數(shù)控技術(shù)實驗環(huán)節(jié)和實訓環(huán)節(jié)間隔一個月，進入實訓環(huán)節(jié)時，部分學生已對機床的基本操作產(chǎn)生遺忘，因此需要實訓教師重新幫助學生復習機床的操作。學生在實驗環(huán)節(jié)采用的軟件模擬加工方法，雖然可順利加工出零件的形狀輪廓，但是無法驗證零件的精度，學生所編制的零件加工工藝和數(shù)控程序不是最佳方案。由于實驗和實訓環(huán)節(jié)的脫節(jié)，學生重新進行工藝和程序的編制又耽誤了大量時間，因此學生只好將程序進行簡單修改，然后導入數(shù)控機床計算機內(nèi)進行加工，這種做法極易造成機床的損壞。因此，將實驗環(huán)節(jié)與實習環(huán)節(jié)同時進行，工藝制定環(huán)節(jié)和編程環(huán)節(jié)由學生在課下完成，實驗課堂上教師負責輔導學生的模擬過程，如果模擬無誤，學生可提前進入實訓環(huán)節(jié)，對于實訓環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，學生可利用實驗課繼續(xù)修改和模擬程序，這樣可最大程度的保證機床不被損壞。

4 結(jié)束語

通過新疆農(nóng)業(yè)大學教研教改項目對“數(shù)控技術(shù)”課程的授課及實踐模式進行了改革，將理論授課與案例分析、實踐訓練相結(jié)合，并建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)資源課程，加強科研項目與教學環(huán)節(jié)的聯(lián)系。通過具體實踐，數(shù)控技術(shù)理論課程與實踐環(huán)節(jié)的總體教學水平和教學效果得到了明顯提升。今后，我們將以創(chuàng)建精品課程為目標，提出切實可行的精品課程建設(shè)計劃，加強學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，推動我院教學水平的提高，同時為學生提供優(yōu)質(zhì)的教學資源。