數(shù)控加工理實(shí)一體化課堂實(shí)踐探索與改革

摘 要：由于數(shù)控加工設(shè)備成本過高、雙師型教師參差不齊，一些高職院校數(shù)控加工理實(shí)一體化課程一直受實(shí)驗(yàn)條件限制?；诮虒W(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)特色高水平高職學(xué)校和專業(yè)建設(shè)計(jì)劃要求，以教師下企業(yè)鍛煉和師生技能大賽為驅(qū)動(dòng)，本文以對(duì)機(jī)械類專業(yè)兩年的實(shí)際教學(xué)改革，提出了一種可以充分鍛煉學(xué)生的數(shù)控加工理實(shí)一體化教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 理實(shí)一體化 教學(xué)模式

0 引言

結(jié)合中國(guó)特色高水平高職學(xué)校和專業(yè)建設(shè)計(jì)劃的內(nèi)容，高職院校需要對(duì)各類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行逐步提升，其中數(shù)控編程加工理實(shí)一體化課程作為機(jī)械類專業(yè)的必修課程，在上課形式與方法上一直有人探索前進(jìn)，數(shù)控加工技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代后期為適應(yīng)加工復(fù)雜外形零件而發(fā)展起來的一種自動(dòng)化加工技術(shù)。在中國(guó)工業(yè)迅猛發(fā)展的今天，多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)躋身世界前列，基礎(chǔ)制造業(yè)在其中做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。在如今的職業(yè)教育形式和國(guó)家發(fā)展背景下，如何提高高職院校學(xué)生數(shù)控編程加工水平，是一個(gè)特別值得探索的問題。

1 之前的課程內(nèi)容設(shè)置

在之前的數(shù)控課程中理實(shí)一體化的內(nèi)容設(shè)置為兩學(xué)期。數(shù)控車、數(shù)控銑理論學(xué)時(shí)分別為64，一個(gè)學(xué)時(shí)為40分鐘，其中包含基本編程指令的學(xué)習(xí)和利用CAXA制造工程師、UG軟件進(jìn)行電腦自動(dòng)編程的學(xué)習(xí)。前者在教室完成，后者在機(jī)房完成。另外成周實(shí)訓(xùn)課程安排在期末最后幾周集中完成，具體課程設(shè)置情況如表1。

2 改革前面臨的問題

2.1 數(shù)控加工設(shè)備成本過高

數(shù)控加工設(shè)備造價(jià)高，占地面積大，學(xué)校現(xiàn)有數(shù)控實(shí)訓(xùn)車間一個(gè)。其中FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床10臺(tái)，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)三軸加工中心一臺(tái)、四軸加工中心一臺(tái)、線切割機(jī)床一臺(tái)。數(shù)車目前勉強(qiáng)能滿足數(shù)控車削加工教學(xué)，但加工中心過少，教學(xué)受到限制。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中出現(xiàn)20幾個(gè)人圍著一臺(tái)數(shù)控加工中心的現(xiàn)象，使數(shù)控銑削的操作加工部分得不到充足的訓(xùn)練。

2.2 雙師型教師參差不齊

大多數(shù)教師都是在學(xué)校畢業(yè)之后就走到了教師崗位，沒有在企業(yè)實(shí)踐過的經(jīng)驗(yàn)。這樣教師會(huì)根據(jù)自己的教學(xué)方式制定課程標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)訓(xùn)計(jì)劃，因此會(huì)比較注重理論的教學(xué)，在理論課上的比重分配上花費(fèi)了大量的時(shí)間，忽略了實(shí)踐的重要性。這種現(xiàn)象的主要原因在于教師缺乏操作機(jī)床的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此導(dǎo)致學(xué)生也不會(huì)獲得較多的上機(jī)經(jīng)驗(yàn)，則會(huì)對(duì)編程指令理解不夠深刻，也對(duì)自己編制的程序沒有信任感，進(jìn)而對(duì)機(jī)床本身會(huì)有畏懼心理。正所謂知其然而不知其所以然，對(duì)學(xué)生自身的職業(yè)發(fā)展也產(chǎn)生了局限性。

2.3 課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置不合理

根據(jù)之前數(shù)控編程加工的理實(shí)一體化教學(xué)模式，看似布置合理，但是對(duì)于學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況不太理想。教師在教學(xué)過程中完全依靠PPT和軟件教學(xué)，會(huì)脫離實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)生在后期的實(shí)訓(xùn)中對(duì)機(jī)床完全不了解，特別是夾具和刀具以及切削參數(shù)的選用。更有甚者，因?yàn)闆]有見到過實(shí)物，學(xué)生對(duì)常用刀具和機(jī)床結(jié)構(gòu)都不認(rèn)識(shí)的情況下已經(jīng)將理論課程學(xué)習(xí)完成，此時(shí)想要糾正之前的固有思維將會(huì)特別困難。另外，如果在實(shí)訓(xùn)課程中還需要對(duì)工件坐標(biāo)系的建立（對(duì)刀操作）、編程指令的使用、軟件的使用等進(jìn)行教學(xué)，則成周實(shí)訓(xùn)教學(xué)就不能起到鞏固理論課堂所講內(nèi)容的作用，相當(dāng)于又在成周實(shí)訓(xùn)課程當(dāng)中再去講一遍基礎(chǔ)理論知識(shí)。

3 實(shí)踐探索后的整改內(nèi)容

3.1 課程標(biāo)準(zhǔn)重置

基于整改后的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合教師在企業(yè)的實(shí)踐、機(jī)械加工行業(yè)中企業(yè)用人需求和參加師生技能大賽的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。重置課程標(biāo)準(zhǔn)如表2。

課程標(biāo)準(zhǔn)的更改主要核心點(diǎn)在于理論課程和課內(nèi)實(shí)訓(xùn)的有效結(jié)合，增加了學(xué)生課內(nèi)實(shí)訓(xùn)的時(shí)間，讓學(xué)生可以邊學(xué)邊練，老師也可以合理調(diào)配自己的課內(nèi)實(shí)訓(xùn)時(shí)間，讓學(xué)生加深理解。另外，拉長(zhǎng)了成周實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，在最后的成周實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)以興趣為導(dǎo)向設(shè)置學(xué)生自設(shè)計(jì)加工環(huán)節(jié)，以緩解前課的枯燥無味感，同時(shí)也能將所學(xué)知識(shí)串聯(lián)在一起，這樣可以讓學(xué)生對(duì)制造行業(yè)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

3.2 課程整改內(nèi)容

3.2.1 課程整改思路

雙師型教師的嚴(yán)重不足，學(xué)生上課能帶給他們最大的引領(lǐng)的還是教師，教師的水平必須遠(yuǎn)高于學(xué)生很多，名師才能出高徒。因?yàn)榈貐^(qū)原因和實(shí)訓(xùn)教師薪資問題，經(jīng)驗(yàn)豐富的技師不會(huì)選擇來學(xué)校任教，安排教師下企業(yè)輪流實(shí)踐和參加師生技能大師賽，就能慢慢解決這一問題。改革思路流程如圖1所示，在課程實(shí)施的過程中發(fā)現(xiàn)，如果教授理論基礎(chǔ)的過程中合理有效地加入課內(nèi)實(shí)訓(xùn)，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合會(huì)起到事半功倍的效果。比如，在講完機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的概念后，接著安排上一兩節(jié)實(shí)訓(xùn)課程講解機(jī)床對(duì)刀；在講完刀具的概念和類型后，在車間現(xiàn)場(chǎng)展示刀具和刀具的使用，理論與實(shí)際緊密結(jié)合，有效加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

3.2.2 知識(shí)點(diǎn)高度凝練的理論課程

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工課程中理論課程、模擬仿真編程加工以及實(shí)訓(xùn)加工的有效結(jié)合，我們可以將理論教學(xué)的整個(gè)過程分為以下幾個(gè)模塊：

（1）數(shù)控加工理論課程模塊

介紹數(shù)控加工基本概念、常用刀具和夾具等；講解數(shù)控編程基礎(chǔ)知識(shí)，包括基本編程指令的應(yīng)用、自動(dòng)編程軟件（CAXA、中望、UG等）的學(xué)習(xí)等。

（2）模擬仿真加工模塊

學(xué)習(xí)使用仿真軟件，如斯沃、NCSIMUL等；掌握仿真軟件的基本操作和驗(yàn)證方法；練習(xí)編寫加工程序并進(jìn)行仿真加工，驗(yàn)證程序的正確性。

（3）課程設(shè)計(jì)模塊

綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析和程序編寫；結(jié)合仿真軟件，對(duì)加工程序進(jìn)行模擬仿真和調(diào)試；按照實(shí)際加工要求，進(jìn)行數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)，并完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

（4）考核與評(píng)價(jià)模塊

理論考試：測(cè)試學(xué)生對(duì)數(shù)控加工理論知識(shí)的掌握程度；編程與仿真考核：檢驗(yàn)學(xué)生運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行編程和仿真加工的能力；實(shí)訓(xùn)加工考核：評(píng)估學(xué)生在實(shí)際數(shù)控加工設(shè)備上的操作技能和加工質(zhì)量。

通過以上模塊化流程，我們可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工課程中理論課程、模擬仿真編程加工以及實(shí)訓(xùn)加工的有效結(jié)合，提高學(xué)生在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段的數(shù)控加工綜合能力。

3.2.3 與理論課程有效結(jié)合的課內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程

在老師現(xiàn)場(chǎng)演練和講授之后，學(xué)生分組練習(xí)，組員之間互相交流學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。實(shí)訓(xùn)車間的布局合理化，在右側(cè)區(qū)域預(yù)留了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的理實(shí)一體化課桌，供學(xué)生討論工藝和編程等使用。

總的來說可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分是在機(jī)房進(jìn)行CAM軟件和仿真加工軟件教學(xué)，讓學(xué)生從模擬仿真加工到實(shí)物機(jī)床加工之間進(jìn)行一個(gè)過渡，驗(yàn)證程序的安全性，仿真加工在機(jī)房完成學(xué)習(xí)；另一個(gè)部分在實(shí)訓(xùn)中心數(shù)控車間完成實(shí)踐操作，結(jié)合教室和仿真環(huán)節(jié)所講內(nèi)容，在實(shí)物機(jī)床上進(jìn)行零件的真實(shí)加工，經(jīng)過前面的仿真加工檢驗(yàn)后，會(huì)大大地減少實(shí)訓(xùn)刀具和材料的損耗，以及降低了上機(jī)的事故發(fā)生。機(jī)房仿真加工教學(xué)和數(shù)控車間實(shí)物機(jī)床加工，在每一個(gè)指令講解時(shí)都需要成在臨近幾個(gè)課時(shí)完成，學(xué)生在這個(gè)階段跟著老師的課程設(shè)置認(rèn)真走完，教師嚴(yán)格考核他們的實(shí)踐成果，以此來完成對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的夯實(shí)。如此，學(xué)生通過前期的理論課程就可以牢牢掌握數(shù)控加工的知識(shí)基礎(chǔ)，為后續(xù)的成周數(shù)控實(shí)訓(xùn)打下牢固的基礎(chǔ)。

3.2.4 以興趣為導(dǎo)向的成周實(shí)訓(xùn)課程

興趣是最好的老師，興趣在數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)中可以起到激發(fā)作用，激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的熱情和動(dòng)力，從而更加投入地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，興趣還能激發(fā)學(xué)習(xí)者在實(shí)際操作中積極探索、勇于實(shí)踐，提高數(shù)控加工技能。前期的專業(yè)知識(shí)為興趣護(hù)航，扎實(shí)的專業(yè)功底，能在成周實(shí)訓(xùn)過程中減少加工事故減少。興趣和專業(yè)知識(shí)是成周實(shí)訓(xùn)的主要驅(qū)動(dòng)力，讓學(xué)生能夠在一個(gè)月左右的成周實(shí)訓(xùn)中堅(jiān)持到最后，學(xué)有所成。

一開始將學(xué)生分成6人左右一組，分工明確。在這個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之初，需要教師進(jìn)行引導(dǎo)，展示之前的優(yōu)秀學(xué)生作品，明確現(xiàn)有條件下可以設(shè)計(jì)的零件范圍。由于加工條件限制，加工中心需要保證每個(gè)小組都能使用，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量以回轉(zhuǎn)體零件為主，設(shè)計(jì)完成后教師需要把關(guān)零件的可加工的可實(shí)現(xiàn)性。因此這個(gè)環(huán)節(jié)要求有扎實(shí)的理論編程基礎(chǔ)做鋪墊，實(shí)踐證明在這個(gè)過程中學(xué)生有著濃厚的興趣去完成自己設(shè)計(jì)的零件，零件完成后成就感也很強(qiáng)。結(jié)合之前的機(jī)械制圖、極限配合與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制造工藝、金工實(shí)訓(xùn)、三維建模等課程的學(xué)習(xí)，以興趣為導(dǎo)向設(shè)置成周實(shí)訓(xùn)課程，根據(jù)現(xiàn)有毛坯料和設(shè)備，讓學(xué)生分小組自行設(shè)計(jì)想要加工的零件，并設(shè)立組長(zhǎng)。設(shè)計(jì)完成后，再由學(xué)生制定和填寫好工藝流程卡和工序卡后進(jìn)行零件加工，加工完成后進(jìn)行鉗工打磨與裝配。整個(gè)過程教師都需要審核與監(jiān)督，最后教師通過設(shè)計(jì)、工藝、加工三個(gè)環(huán)節(jié)為小組成員考核打分，折算計(jì)入學(xué)期總成績(jī)。

總之，以興趣為導(dǎo)向成周實(shí)訓(xùn)的重要性在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作精神，以及增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面。這對(duì)于學(xué)生將來的職業(yè)發(fā)展具有重要意義。

3.3 課程整改的成果展示

在教學(xué)實(shí)施過程中，產(chǎn)生了許多優(yōu)秀的作品。在實(shí)訓(xùn)完成后，為優(yōu)秀的作品設(shè)置了展覽區(qū)，供所有人參觀，同時(shí)砥礪后面參加數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)的學(xué)生，激發(fā)學(xué)生上課的積極性。

4 總結(jié)

在整個(gè)數(shù)控加工理實(shí)一體化課堂實(shí)踐探索與改革中，讓參與的所有教師都提升了對(duì)本課程的認(rèn)知，在專業(yè)技能上面也有了很大的提升。任何一門課程的改革都不是一蹴而就的，需有一個(gè)長(zhǎng)期不斷探索的過程。本文的課程實(shí)踐探索提供了一個(gè)數(shù)控加工理實(shí)一體化課程教學(xué)改革的方案，供各位教學(xué)同仁參考。

項(xiàng)目基金：四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院教改項(xiàng)目（SCHYJGC-2024-09）。

參考文獻(xiàn)

[1]黃登紅，洪小麗.《數(shù)控編程與加工技術(shù)》課程理實(shí)一體化教學(xué)改革探索[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.

[2]佟寶波.《數(shù)控車床加工零件》課程教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)的思考[J].機(jī)械管理開發(fā)，2023.

[3]朱達(dá)凱，范滌.“理實(shí)一體化”教學(xué)模式的研究與探索[J].職業(yè)教育研究，2006.

[4]王建平，徐萍.高職數(shù)控編程課程改革探析[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.

[5]劉霞.基于仿真軟件的數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)實(shí)踐[J].職業(yè)教育研究，2017.

[6]鄭佩榮，姜晨.“無界化”教學(xué)模式的創(chuàng)新實(shí)踐研究——以數(shù)控加工技術(shù)人才培養(yǎng)為例[J].教育教學(xué)論壇，2016.

[7]楊延華，李逸仙，董桂華.“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下教學(xué)模式探究——以“數(shù)控加工技術(shù)”課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2023.

[8]焦紅衛(wèi)，謝正.基于雙創(chuàng)型人才培養(yǎng)的《數(shù)控機(jī)床零件綜合加工》實(shí)踐課程建設(shè)[J].機(jī)械工程師，2022.