新工科背景下應(yīng)用型本科高校數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)改革與實踐

皖西學(xué)院實驗實訓(xùn)教學(xué)管理部 李 明 夏 松 秦海波 馬 銳

霍邱縣第一人民醫(yī)院 屠魯培

數(shù)控裝備在現(xiàn)今機(jī)械制造業(yè)中具有重要的戰(zhàn)略性作用。文章論述了數(shù)控實訓(xùn)的重要意義，分析了當(dāng)前應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)的數(shù)控實訓(xùn)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀中存在著的問題，結(jié)合皖西學(xué)院在數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)改革過程中的舉措，進(jìn)行了相關(guān)實踐研究。

0 概述

在“中國制造2025”背景下，“智能制造”人才需求巨大，新工科專業(yè)是以智能制造、機(jī)器人等用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。當(dāng)今世界各制造強(qiáng)國投入大量人、財和物來促進(jìn)數(shù)控技術(shù)及其裝備的革新（王其飛,劉敬猛,凌有鑄.一種基于ARM+FPGA新型數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,25(03):20-23;薛光明.淺談針對本科數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)的幾點(diǎn)意見[J].職業(yè)圈,2007(8):109-110）。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的普遍應(yīng)用，給機(jī)械產(chǎn)品的形狀復(fù)雜程度、尺寸精度檔次、生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了新變化。本科階段對學(xué)生的數(shù)控技能培育對增強(qiáng)學(xué)生的動手實踐能力，理論聯(lián)系實際的能力，思維創(chuàng)新的能力等具有重要意義，在新工科背景下應(yīng)用型本科高校數(shù)控實訓(xùn)更應(yīng)得到重視與加強(qiáng)。

1 本科數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀及其存在的問題

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國每年數(shù)控人材缺口達(dá)30萬。全國各大高校也因此加快了數(shù)控實訓(xùn)基地建設(shè)的步伐,引進(jìn)了大量的數(shù)控實訓(xùn)設(shè)備和教學(xué)人員。實訓(xùn)基地的環(huán)境和實訓(xùn)教學(xué)成果有了很大的改善。但在快速發(fā)展的步伐中的同時,很多本科院校，尤其是應(yīng)用型本科院校也面臨著很多問題（蔣占四,機(jī)械類本科數(shù)控技術(shù)系列課程整合與教學(xué)研究[J].廣西輕工業(yè),2010(12):68-70），具體問題分析如圖1中所示。

圖 1 本科數(shù)控實訓(xùn)存在的問題

（1）學(xué)生培養(yǎng)導(dǎo)向模糊

本科學(xué)生的個體素質(zhì)、教學(xué)特點(diǎn)、就業(yè)定位和社會對本科畢業(yè)生的期望與專科學(xué)生存在很大不同。?？祁惖臄?shù)控教學(xué)，優(yōu)勢在于其自身的特點(diǎn)的單一和明確的市場定位，就業(yè)市場也更為認(rèn)可專科學(xué)生的實踐水平。鑒于就業(yè)壓力,部分本科院校開始忽視自身的教學(xué)特點(diǎn),將自家學(xué)生和專科學(xué)生放在相同需求層次上培養(yǎng)，而這樣既壓縮了專科生的就業(yè)空間，又舍棄了本科生的優(yōu)勢，浪費(fèi)了教育資源。

（2）教學(xué)設(shè)計不夠完善

數(shù)控技術(shù)知識體系主要包括數(shù)控加工原理、數(shù)控程序的編制、機(jī)床構(gòu)造和機(jī)床實際操作。然而目前的數(shù)控技術(shù)的教改研究偏重在數(shù)控編程方面，強(qiáng)調(diào)數(shù)控程序的編制，而忽略了數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)，機(jī)械原理以及機(jī)床實際操作，這樣做將直接導(dǎo)致理論教學(xué)與實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)脫節(jié)，消減學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和自主研發(fā)能力。

（3）實訓(xùn)中心硬件條件落后

部門院校的師資力量薄弱，學(xué)生將大量的實訓(xùn)時間用在了操作仿真軟件上，通過數(shù)控仿真軟件觀測實訓(xùn)模型的數(shù)控加工過程，然而實際操作機(jī)床加工時則采用尼龍棒和塑料塊等廉價甚至劣質(zhì)材料代替金屬毛坯進(jìn)行加工，有的甚至不對學(xué)生進(jìn)行機(jī)床實際操作的教學(xué)，實訓(xùn)效果遠(yuǎn)比不上使用金屬毛坯進(jìn)行加工。

實訓(xùn)中心的在教學(xué)人員的配置上也存在不合理因素，一位數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)人員同時指導(dǎo)的學(xué)生數(shù)有限，實訓(xùn)過程中還要制止與避免學(xué)生的操作失誤和危險事故發(fā)生，所以實訓(xùn)老師的教學(xué)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，不會讓每一個學(xué)生都進(jìn)行機(jī)床操作加工，只是具有針對性地介紹數(shù)控加工過程操作，讓學(xué)生有個感官地概念性認(rèn)識，并不進(jìn)行實際加工操作。

有的實訓(xùn)中心的設(shè)備配置也較為落后，幾乎不具備實訓(xùn)教學(xué)的條件，而一臺數(shù)控加工設(shè)備本身價格不菲，若考慮其經(jīng)濟(jì)因素，引進(jìn)最新的設(shè)備，實訓(xùn)中心無法及時采購或不具備采購的條件，所以學(xué)生無法了解較為新的數(shù)控加工設(shè)備，學(xué)習(xí)較為前沿的技能。

2 數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)的改革實踐

數(shù)控加工與智能數(shù)控機(jī)床是機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展方向，數(shù)控實習(xí)是皖西學(xué)院機(jī)械專業(yè)重要的實踐環(huán)節(jié)，為保證數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，我們進(jìn)行了如下幾個方面的改革嘗試，實踐架構(gòu)體系如圖2所示。

圖2 數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)改革實踐方案

2.1 明確學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)

本科數(shù)控實訓(xùn)的教學(xué)方式,可以借鑒一些?？圃盒５慕?jīng)驗,結(jié)合本科教學(xué)的特點(diǎn),高水平的培養(yǎng)從事數(shù)控制造領(lǐng)域的人才（周小超.金工實習(xí)數(shù)控加工部分考核標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].電大理工,2015(2):10-11;張少伍,錢金明,李健.數(shù)控車削的加工程序編制[J].皖西學(xué)院學(xué)報,2004(05):68-70）,既培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控加工理論方面的知識，使其具有較強(qiáng)的數(shù)控理論功底,同時又進(jìn)行動手操作機(jī)床加工產(chǎn)品，使其具有較為熟練的數(shù)控實操技能,在理論聯(lián)系實際的同時又重視學(xué)生的創(chuàng)新能力的開拓。

結(jié)合地方性大學(xué)周邊的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才，企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)人員配置分為“產(chǎn)品設(shè)計師”、“制造工藝師”、“操作技工”三類。創(chuàng)新型應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)則定位在“制造工藝師”層面，這種人才定位不僅利于企業(yè)選擇他們所需要的人才，也利于本科院校明確自家學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2 數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)設(shè)計

學(xué)生學(xué)到的理論知識，很大程度上要經(jīng)過實訓(xùn)才能被學(xué)生掌握,才能實現(xiàn)理論到實踐的飛躍,學(xué)生頭腦中的相關(guān)知識體系才能被構(gòu)建和鞏固。在有限的課時里，教師應(yīng)盡力提高理論教學(xué)的教學(xué)效果和實訓(xùn)環(huán)節(jié)的實踐效果，避免占用學(xué)生過多的動手時間。理論課內(nèi)容的設(shè)置時應(yīng)考慮后期實訓(xùn)。理論課中還應(yīng)引入實訓(xùn)案例。實訓(xùn)教學(xué)時，教師講解演示機(jī)床加工的過程中，要回顧學(xué)生以前學(xué)到的理論知識,避免理論知識與實訓(xùn)操作脫節(jié)。

（1）在數(shù)控實訓(xùn)的教學(xué)設(shè)計方面，要結(jié)合實訓(xùn)中心軟硬件條件，應(yīng)遵循下面幾個原則：

1）完整性原則。數(shù)控實訓(xùn)內(nèi)容的安排，必須是完整的知識模塊,忌多忌雜，架構(gòu)精簡凝練，內(nèi)容充實飽滿。盡量把每個模塊的操作細(xì)節(jié)完整地呈現(xiàn)給學(xué)生。如在進(jìn)行數(shù)控CAM實訓(xùn)的時候（達(dá)式旻,發(fā)展數(shù)控實訓(xùn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].學(xué)理論,2010(19):226-227;王學(xué)鵬,中職數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)之淺見[J].文理導(dǎo)航·教育研究與實踐,2015(4)）,應(yīng)該將零件三維造型設(shè)計、自動編程過程、后期處理、仿真加工、首件試加工中的每一個環(huán)節(jié)都讓學(xué)生完完整整地經(jīng)歷一遍。皖西學(xué)院實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計如圖3所示。

圖3 實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)定

2）學(xué)生主體性原則。數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題，運(yùn)用所學(xué)過的理論知識分析問題，并最終解決問題的能力和習(xí)慣。

（2）數(shù)控實訓(xùn)的教學(xué)方法，可以借鑒“行為導(dǎo)向教學(xué)法”、“任務(wù)驅(qū)動法”和“競賽教學(xué)法”等方法進(jìn)行設(shè)計。學(xué)生的實訓(xùn)接受速度有高低,可采用“分級任務(wù)教學(xué)法”進(jìn)行分級教學(xué),即以做任務(wù)的形式進(jìn)行分類實訓(xùn)，本組任務(wù)先完成的學(xué)生可進(jìn)入高一級別的任務(wù),考核結(jié)果以任務(wù)完成數(shù)量、效率和難度級別來判定。

（3）數(shù)控實訓(xùn)的教學(xué)手段，在實訓(xùn)開始前，通過放視頻講解，使學(xué)生了解最直觀的數(shù)控加工技術(shù)。加強(qiáng)研發(fā) CAI 課件和教學(xué)軟件，將數(shù)控機(jī)床、刀具、機(jī)床附件、加工過程等難于表達(dá)的、抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化，幫助學(xué)生掌握知識。實訓(xùn)結(jié)束后，組織學(xué)生到企業(yè)工廠參觀，讓學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)一線中的使用狀況。

2.3 完善實訓(xùn)教學(xué)考核內(nèi)容的設(shè)置

數(shù)控實踐操作能力，需要學(xué)生對產(chǎn)品生產(chǎn)全過程乃至工廠管理方面等全面理解。皖西學(xué)院在數(shù)控實訓(xùn)考核內(nèi)容設(shè)置上，做了如下安排：

（1）任務(wù)輸入分析，零件設(shè)計

學(xué)生接到實訓(xùn)任務(wù)的零件圖紙，能夠分析零件圖紙，知道加工技術(shù)要求，結(jié)合實訓(xùn)中心現(xiàn)有的設(shè)備條件，分析加工方法的選擇等。

（2）編寫加工工藝

針對零件的加工特點(diǎn)合理選擇數(shù)控加工方法，合理選擇毛坯材料和尺寸、機(jī)床種類、刀具種類、相關(guān)夾具設(shè)計，制定數(shù)控加工工藝路線，編制加工工藝卡，對于加工出來的零件，通過量具測量，檢驗零件尺寸是否合格，如果不合格的話，分析工藝路線中的不足。

（3）數(shù)控加工程序編寫

根據(jù)上述編寫的工藝卡片，能夠手工編制加工程序或利用相關(guān)的CAM軟件自動編程。要求學(xué)生能夠獨(dú)自建立工件坐標(biāo)系，設(shè)計合理的走刀路線；能夠把CNC程序輸入到機(jī)床面板中進(jìn)行空運(yùn)行，學(xué)會使用“圖形”功能查看刀位點(diǎn)軌跡是否正確，并修改加工程序；能夠優(yōu)化刀位點(diǎn)的路徑等。

（4）數(shù)控機(jī)床操作

對數(shù)控機(jī)床的操作要求學(xué)生能進(jìn)行工件對刀，設(shè)置刀偏、刀補(bǔ)等參數(shù)，能進(jìn)行刀位點(diǎn)坐標(biāo)驗證；掌握機(jī)床的“鎖定”運(yùn)行功能、實際加工過程的分析能力；能夠測量誤差大小、分析誤差誘因。

2.4 對師資建設(shè)方面進(jìn)行合理有效的規(guī)劃和建設(shè)

本科數(shù)控實訓(xùn)基地的建設(shè)，應(yīng)考慮教學(xué)規(guī)模的需求、場地限制，制定合理長久的發(fā)展規(guī)劃。在教師教員方面，應(yīng)盡可能引進(jìn)機(jī)械專業(yè)出身的、工廠里有過多年工作經(jīng)驗尤其是具有實操經(jīng)驗的人承擔(dān)實訓(xùn)教學(xué)工作。針對實訓(xùn)基地現(xiàn)有的教學(xué)人員，拿出合理的教師培訓(xùn)深造計劃,及時跟上數(shù)控技術(shù)等的更新。

3 結(jié)語

通過一系列數(shù)控實訓(xùn)方面的教學(xué)改革實踐，皖西學(xué)院學(xué)生參與數(shù)控實訓(xùn)的興趣有較大提高，學(xué)生的數(shù)控加工能力有明顯提升，培養(yǎng)了一批具有較強(qiáng)的實操能力和開拓創(chuàng)新能力的數(shù)控技術(shù)人才。同時，皖西學(xué)院這些改革實踐的成果，也可為今后其他本科高校開展數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)改革提供相關(guān)經(jīng)驗。