新工科與職業(yè)本科背景下傳統(tǒng)數(shù)控加工類本科教學(xué)改革研究

駱 靜,幸晉渝

(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院工程訓(xùn)練中心,四川 樂山 614000)

關(guān)鍵字：新工科;傳統(tǒng)本科;職業(yè)本科;數(shù)控加工;教學(xué)質(zhì)量

0 引 言

數(shù)控機床作為裝備制造業(yè)的關(guān)鍵性設(shè)備,其相關(guān)技術(shù)是支撐我國高科技產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,實現(xiàn)裝備制造技術(shù)現(xiàn)代化的重要保障[1-3]。為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn),服務(wù)國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需求,推動新型工科建設(shè)再深化、再拓展、再突破、再出發(fā),探索高校數(shù)控加工相關(guān)專業(yè)面臨的新形勢、新情況已迫在眉睫。同時“職業(yè)本科”已在各個職業(yè)技術(shù)學(xué)院興起,而數(shù)控專業(yè)正是各個職業(yè)院校打造的重點專業(yè),作為傳統(tǒng)本科,必須做出改革以應(yīng)對“職業(yè)本科”的發(fā)展。

由于數(shù)控機床屬于大中型的實驗實訓(xùn)設(shè)備,教學(xué)所需的臺套數(shù)也比較多,所以對于開設(shè)數(shù)控加工相關(guān)專業(yè)的很多高校來說,購買新設(shè)備的資金壓力較大。而升級老設(shè)備所需資金則要少得多,同時也能達(dá)到接近新設(shè)備的教學(xué)效果,不失為一種可行的辦法。以升級、全面維護(hù)和保養(yǎng)后的數(shù)控機床為基礎(chǔ),可以發(fā)展出許多新的教學(xué)項目,大大提升教學(xué)效果,跟上新時代、新工科的步伐。

在不增加任何建設(shè)成本的情況下通過教學(xué)環(huán)節(jié)優(yōu)化、教學(xué)流程優(yōu)化等措施僅僅能讓數(shù)控加工類課程的教學(xué)質(zhì)量實現(xiàn)小幅提高,而想要實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的大幅提高并不現(xiàn)實,而通過大量購買新機床新工具則要耗費大量資金,對于許多高校來說也很難實現(xiàn),因此通過少量建設(shè)經(jīng)費實現(xiàn)較大幅度的教學(xué)質(zhì)量提高編程最可行的方案。

下文將以成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院的數(shù)控實驗室改造和數(shù)控類課程教學(xué)改革為例(圖1),探討傳統(tǒng)的數(shù)控專業(yè)在面臨新工科、職業(yè)本科形勢下,如何利用更少的課程軟件、硬件建設(shè)費用完成教學(xué)質(zhì)量的提高。

數(shù)控機床的數(shù)量與同時上課的學(xué)生人數(shù)永遠(yuǎn)是一對無法調(diào)和的矛盾體。數(shù)控機床昂貴,很少有高校能滿足一人一臺進(jìn)行實訓(xùn)授課。以一個30人的教學(xué)班為例,往往只能做到2～3人共用一臺機床,甚至有的高校5～6人共用一臺,而且大多數(shù)高校的數(shù)控教學(xué)設(shè)備都落后于企業(yè),十幾年前出廠的數(shù)控機床在許多高校都還存在。因此,探索一條在有限經(jīng)費的條件下最大限度提高教學(xué)質(zhì)量,且盡量跟上“新工科”步伐的最新教學(xué)模式勢在必行。而在有限的經(jīng)費下,傳統(tǒng)的授課場所和一些硬件配套應(yīng)該適當(dāng)改進(jìn)以適應(yīng)新設(shè)備、新儀器、新教學(xué)方法的新授課模式,以實現(xiàn)最好的教學(xué)效果。

1 教學(xué)模式的改變帶來教學(xué)的質(zhì)量變化

1.1 理論實踐一體化教學(xué)

傳統(tǒng)的工科課程基本上是理論課與實踐課程分開上,先理論后實踐,這樣的授課方式是常見的授課方式,但并非最佳方式?；诟脑焐売媱潓⒗碚撜n搬進(jìn)實驗室,對授課方式和授課內(nèi)容進(jìn)行新的調(diào)整,邊講邊做,邊做邊學(xué),邊學(xué)邊改。在不改變課時的前提下使授課內(nèi)容進(jìn)一步優(yōu)化,授課質(zhì)量大幅提高,即實現(xiàn)教學(xué)“理實一體”。

1.2 改善知識遺忘

充分利用好改造升級的新實驗場地和實驗設(shè)備,擺脫傳統(tǒng)理論課與實驗課分開教學(xué)出現(xiàn)的問題,比如:理論課新學(xué)的知識沒有在實驗課上及時加以鞏固,記憶不深、容易忘記;再比如,在理論課上學(xué)生一個問題還沒搞懂,隨著課程的繼續(xù)進(jìn)行,新的問題又產(chǎn)生,而等到上實驗課的時候,之前的疑問可能早已忘記。而采用“理實一體”教學(xué)能使剛學(xué)的理論知識通過實驗及時加以鞏固,學(xué)生記憶深刻。

2 實驗實訓(xùn)場地的改造帶來的教學(xué)變化

2.1 讓學(xué)生放下手機

在改造升級前,由于實驗設(shè)備臺套數(shù)不足,且只有少量的桌椅,導(dǎo)致很多學(xué)生無事可做,時常處于“游蕩”狀態(tài),教學(xué)質(zhì)量低下且管理困難。而依托目前的實驗室新布局,即增加了40個固定座位,且加裝了黑板和插座,一半學(xué)生留在操作區(qū),一半學(xué)生留在理論教學(xué)區(qū),機床操作位置始終維持有2～3人,讓每個學(xué)生在上課時間段都能動起來、學(xué)起來,要么編寫程序,要么撰寫實驗報告,大大地降低了管理難度,提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.2 讓安全系數(shù)大幅提高

數(shù)控加工是高速旋轉(zhuǎn)與高速移動相結(jié)合的工種,長期以來都是實驗室安全教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)。為確保學(xué)生的安全操作,實驗室實施了許多提升安全性的辦法,但由于設(shè)備老化嚴(yán)重,實驗室布局規(guī)劃不太合理,安全風(fēng)險始終無法根除。在增加理論教學(xué)區(qū)域和升級實驗設(shè)備后,配合教學(xué)過程安排的改進(jìn),安全系數(shù)大幅提高。

3 數(shù)控設(shè)備的升級帶來的教學(xué)變化

3.1 加裝USB接口帶來的教學(xué)變化

經(jīng)過對數(shù)控系統(tǒng)的升級和硬件維護(hù)與保養(yǎng),教學(xué)操作變得更簡單高效,精度更高,表面質(zhì)量更好。在改造升級前,由于實驗室部分設(shè)備不支持USB接口,一些難度相對較大且具有實踐意義的復(fù)雜輪廓零件無法加工,而目前企業(yè)中的數(shù)控機床普遍具有的與自動編程程序?qū)拥墓δ芤驳貌坏綉?yīng)用。加裝USB接口后,既可基于此擴展出許多以前不可能開設(shè)的實驗項目,比如數(shù)控車的自動編程,也可以讓學(xué)生加工出難度更大的零件,快速提升學(xué)生的數(shù)控加工能力,如圖2～5所示。因此,升級后的設(shè)備將支持實驗內(nèi)容的改進(jìn)和優(yōu)化,盡量做到與企業(yè)需求對接,是真正的實踐教學(xué)。

圖2 組合零件的加工Fig.2 Combined parts processing

圖3 配合軸的加工Fig.3 Machining of mating shaft

圖4 手機模具的加工Fig.4 Mobile phone mold processing

圖5 渦輪葉片的加工Fig.5 Machining of turbine blades

3.2 系統(tǒng)升級帶來的教學(xué)變化

FANUC數(shù)控系統(tǒng)在機械加工領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛[4],是國內(nèi)目前最主流的數(shù)控系統(tǒng),絕大多數(shù)的數(shù)控編程教材也是基于該系統(tǒng)編寫。但是FANUC系統(tǒng)比較昂貴,以10萬元級別的數(shù)控車為例,光是數(shù)控系統(tǒng)就比國內(nèi)同類型產(chǎn)品貴1～2萬元。因此我院采購了從原廣州數(shù)控分出來的拓普康系統(tǒng),由于其從一開始就是參照FANUC系統(tǒng)而設(shè)計,因此完全能滿足教學(xué)的需要,而且該系統(tǒng)還有一個其他系統(tǒng)沒有的功能——“手脈試切”,即在自動狀態(tài)下可以通過手輪手動控制X軸和Z軸的進(jìn)給運動。該功能非常適合首次接觸數(shù)控機床的新手,既可以有效避免學(xué)生在“懵”的狀態(tài)下按下自動運行按鈕,導(dǎo)致車刀直接撞上工件或卡盤,造成嚴(yán)重的安全事故,又可以慢慢“欣賞”自己編程的軌跡,這對于第一次操作數(shù)控機床的學(xué)生來講意義重大。

4 結(jié) 論

在“新工科”和“職業(yè)本科”的雙重壓力下,對于數(shù)控加工這樣既傳統(tǒng)又職業(yè)化的專業(yè),必須做出改革與創(chuàng)新才能應(yīng)對新的形勢發(fā)展,不然就會被時代所淘汰?；谇拔乃?成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院用相對較少的資金進(jìn)行了數(shù)控設(shè)備的升級和實驗實訓(xùn)場地的布局調(diào)整,實現(xiàn)了更大的學(xué)生容量、更安全的操作、更簡單方便的管理、更好的教學(xué)質(zhì)量,所加工的零件種類更多、質(zhì)量更高,更接近企業(yè)的實戰(zhàn)化學(xué)習(xí)。