本科“ 數控技術”精品課程建設實踐探索

□劉有余，許德章

( 安徽工程大學 機械與汽車工程學院，安徽 蕪湖 241000)

精品課程建設是教育部高等學校教學質量與教學改革工程的重要組成部分，旨在建設一批具有一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等特點的示范性課程[1]。我校自1992年開設“數控技術”課程，經過近二十年的不懈努力，1998年定為專業必修課，2005年評為校級優秀課程，2006年評為校級精品課程，2007年獲批為安徽省精品課程，又經過四年的重點建設，現已取得一定成效。本文總結與介紹該課程建設中的實踐與探索。

一、課程地位及建設目標

數控機床是利用數字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法，綜合了計算機、自動控制、電氣傳動、精密測量、機械制造和管理信息等技術，是自動化機械系統、機器人、柔性制造系統、計算機集成制造系統等高新技術的基礎。隨著科技的飛速發展，以數控技術為核心的現代制造技術正逐漸取代傳統的機械制造技術，數控機床和機器人在機械制造業中的應用和推廣，使得數控技術越來越顯示出其重要性。

“數控技術”是一門理論性與實踐性并重的課程，是機械類和近機類本科專業必修的主干專業課之一，該課程在我國各高校開設歷史不長，且課程內容更新較快，因而是各高校重點建設課程[2]。近年來，根據我校辦學層次、特色，及學科優勢，我們進行立體化、全方位建設，以“培養德、智、體、美等全面發展的, 適應現代制造業需要, 從事數控加工設備研發、使用、維護和生產管理等應用型高級專門人才”為專業培養目標。通過本課程的學習，應使學生掌握數控技術的基本原理和基礎知識，了解現代數控技術的理論和方法，學會數控加工工藝處理和手工編制數控程序的能力，并培養學生達到正確使用數控設備的能力。

二、“數控技術”課程建設

(一)教學內容

1.課程內容體系的重構。“數控技術”課程體系包括理論課(“機床數控技術”)、實驗課(“數控技術實驗”)和實踐課(“數控加工實訓”或“數控技術課程設計”)。分專業背景因材施教，課程配置如圖1所示。理論課(40學時)以數控加工信息流為主線進行教學，主要講授：數控加工工藝、數控加工編程、數控機床機械結構、數控機床故障診斷及維護、計算機數控裝置、數控輪廓控制原理、數控機床伺服系統、數控機床位置檢測裝置等。對機制、車輛等偏機類專業側重于前四項(占用30學時)；對測控等偏電類專業側重于后四項(占用30學時，圖1中加粗顯示)。實驗課(8學時)在所設6個項目中選做3項，圖1中左側3項供偏機類專業選用，右側加粗3項供偏電類專業選用。“加工中心綜合加工實驗”和“數控插補設計綜合實驗”分別是綜合性和設計性實驗。實踐課分專業設置，偏機類專業進行三周的“數控加工實訓”，有三大類課題，主要實踐各類零件的數控加工工藝設計、手工及自動編程，各類機床的操作方法。偏電類專業進行兩周的“數控技術課程設計”，也有三大類課題，主要實踐數控刀補、插補，及代碼編譯等模塊的實現。

圖1 課程內容體系結構圖

2.教學內容組織方式。理論課以教學與自學兩種方式進行，編程指令以法拉克系統為主進行，輔以介紹華中數控系統，“伺服系統”等章節僅作原理性介紹，不局限某些教材作過多的硬件電路介紹。受學時所限，“位置檢測裝置”與“故障診斷及維護”僅介紹基本理論與方法，詳細內容以教師安排引導，學生自學，集中答疑的形式進行。實驗教學摒棄傳統演示驗證模式，強化綜合性、設計性、探索性實驗[3]，發揮學生主動性，提高學生綜合運用知識的能力和啟迪創新意識。“數控加工實訓”和“數控技術課程設計”讓學生綜合運用相關知識、靈活采用相關方法自主進行；對學生按課題性質分組，實行一人一題方式。

(二)教學條件

1.教材使用與建設。本著因材施教的原則，根據授課對象的不同，本課程采用的主講教材有兩套：偏機類專業采用筆者主編的《機床數控技術》；偏電類專業采用筆者主編的《數控技術》。另外，我們還選用張建鋼等編著的《數控技術》作為參考教材。教材建設注重與教學內容改革、課程體系改革、教學方法和手段改革、人才培養模式和教育思想觀念轉變結合起來，以專業課程體系結構為根據，以課程大綱為指導，在理論知識上包含數控技術的基礎理論，在實踐能力上培養編程、操作與維護、測試與調整等基本技能，并在重視能力培養的基礎上促進學生整體素質的提高。

課程組結合學校實際教學條件，遵循能力培養規律，還組織編寫了系列配套實驗實訓教材：《數控加工工藝與編程》、“數控技術實驗指導書”、“數控技術分級實訓大綱”、“數控技術課程設計指導書”，這些教材較好地實現了能力培養目標。

2.擴充性資料使用情況。為促進學生主動學習，課程組還編制了多種擴充性資料。如：“數控技術習題集”、“數控技術試題庫”、“數控機床操作錄像”、“數控技術CAI課件”；同時，筆者開發出擁有自主知識產權的“數控技術虛擬現實教學軟件”，使抽象的教學形象化，提高了學生學習的興趣，降低了學習的難度。教研室擁有西門子和法拉克系統的各類技術手冊，作為教學參考資料，教研室將若干年對外提供技術服務的生產零件實例的圖紙、工藝卡片、數控程序提供給學生課余學習，典型零件的示例做成展板供現場教學使用。

3.實踐性教學環境。“先進數控和伺服驅動技術安徽省重點實驗室”的“數字化設計制造實驗室”面積近800m2，共有設備：法拉克系統數控車10臺、法拉克系統數控銑10臺、法拉克系統加工中心2臺、電火花數控線切割機床2臺、X-Y平臺10套、快速原型機2臺。多媒體教學機房配有80臺高性能計算機，并配有CAXA系列軟件。機房與數控機床聯網通訊，可進行分布式數控加工與實訓教學。

4.網絡教學環境。已開通“數控技術”精品課程網站，課程組制作的“數控技術”網上資源(課程說明、教學大綱、授課計劃表、授課課件、備課筆記、授課教案、虛擬現實教學軟件、教學錄像、數控機床操作錄像、實驗指導書、實訓指導書、課程設計指導書、試題庫、習題集、歷年試題等)已在我校教學中得到了應用，可自由下載學習。課程組已組建“數控技術網上論壇”，可及時回答學生學習中的問題。課程組與這些網絡教學環境動態聯系，及時更新教學內容，以保證教學內容的新穎。

(三)教學方法與教學手段

1.教學方法。課程組根據本科教育的特點和我校資源現況，探索出很多行之有效的教育教學方法，應用于不同的教學內容中。

(1)講練結合教學：將“教、學、練”融為一體，適于需要較強邏輯思維、而在傳統教學中較難進行的課程內容。教師在講清基本概念、基本理論與方法后，布置學生進行實踐訓練。如在講解“數控編程指令”時，介紹完一類編程指令后，就給出相應圖紙，由學生應用編程模擬器編制數控加工程序，仿真模擬檢驗是否正確。這種即學即練的教學方式，提高了學習效率，增強了學生學習的興趣。

(2)師生互動教學：教師授課中善于提出問題，學生可進行討論或爭論，提出解決方案，教師適時引導，使學生從中領會教師思路，提高分析解決問題的能力，體現了以學生為主體的教育理念。如在講解“刀具補償”時，教師可讓學生思考使刀位點沿工件輪廓正確運動的兩種方式，并展開討論，從而說明刀具補償功能的作用。

(3)案例剖析教學：數控加工的零件是千差萬別的，我們通過介紹典型零件的加工方法，使學生能做到舉一反三，重點培養學生解決問題的能力。如介紹“數控車床編程加工”時，我們僅剖析一個典型的加工案例，學生便能做到對同類零件加工的觸類旁通。

(4)現場實物教學：數控技術的某些概念比較抽象，如“數控機床坐標系”、“對刀”、“換刀”等，可把教學地點選到“數控實訓中心”，面對具體的數控機床進行講解或操作。這樣有利于把抽象概念具體化，降低學習難度。

(5)企業應用技術講座：現代數控技術發展迅猛，課程教學內容與生產技術應用水平之間存在著滯后性。課程組每年定期從“奇瑞汽車有限責任公司”、“蕪湖永達科技有限責任公司”等技術先進企業邀請專家來校舉行“企業數控技術應用講座”，以適應技術的快速發展。

(6)雙語教學：課程部分章節可實行雙語教學，如：“數控加工編程”和“計算機數控裝置”簡單易懂，可結合法拉克英文操作系統進行教學。不會造成學生理解上的困難，同時，也利于培養學生閱讀英文數控文獻的能力。

2.教學手段。

(1)多媒體教學輔以傳統教學：課程許多內容如“數控機床機械結構”、“孔加工的數控編程”等復雜抽象，采用了多媒體輔助教學，有利于增強學生學習興趣，提高學習效果。課程組開發制作出二維、三維模擬動畫和數控加工操作視頻。這些教學資源輔以傳統教學手段，極大提高了教學效果。

(2)軟件仿真教學：課程有些內容如“數控輪廓控制原理”、“數控機床位置檢測裝置”等復雜難學，為改變當前教學中“紙上談兵”現象，筆者開發的“數控技術虛擬現實教學軟件”，采用實驗和課堂演示的方式，把復雜的原理仿真出來，通過調節基本參數演示結果，讓學生在實踐中理解參數涵義。

(3)網絡教學：利用“精品課程網”和“數控技術網上論壇”平臺實施網絡教學。

三、結束語

經過安徽省精品課程建設，“數控技術”目前已形成鮮明特色：把握專業方向，適應學校發展，順應企業需求；師資力量雄厚，教學科研成果豐厚，教學資料豐富，教學效果良好；實驗設施完備，實踐教學條件良好。今后,我們將深化課程教學改革，以“國家精品課程”為奮斗方向,在教材建設、師資隊伍、教學方式、教學成效等方面科學規劃，建成省內外取得公認的教學水平高、教學效果好，產生一定影響的且符合我校發展目標定位的精品課程。

參考文獻：

[1]教育部.關于啟動高等學校教學質量與教學改革工程精品課程建設工作的通知[Z].教高，[2003]，1號.

[2]周建平.精品課程“數控技術”建設過程中的探索[J].高等理科教育,2009,(1):126-129.

[3]茍向鋒,楊晉,陳德道,王小榮.開放式綜合性數控加工實驗的設計與實踐[J].實驗室研究與探索, 2011,(3):137-144.

[4]許德章,劉有余.機床數控技術 [M].合肥:中國科技大學出版社,2011.

[5]何雪明,吳曉光,劉有余.數控技術(第二版)[M].武漢:華中科技大學出版社,2010.

[6]吳曉光.數控加工工藝與編程[M].武漢:華中科技大學出版社,2010.

[7]劉有余,王立濤,付立新,許德章.虛擬數控軌跡仿真系統研究與開發[J].制造技術與機床,2009,(5):66-69.