基于創新能力培養的數控技術課程教學改革與實踐

馮濤 邱昕洋 劉志杰 王宏斌 陳軍

摘要：根據數控技術課程的特點，從加強工程實踐能力與創新能力培養出發，總結和歸納了數控技術教學改革涉及的主要方面，在教學內容上，探索了課程內容體系的重構和教學內容組織方式，論述了四種教學方法和三種教學手段，并對加強實踐教學環節，努力培養學生的實踐動手能力進行了有意義的探索和實踐。課程教學改革成果可供兄弟院校借鑒。

關鍵詞：數控技術；創新能力；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）13-0064-02

一、引言

近年來，隨著我國市場經濟的快速發展，特別是《中國制造2025》的發布，給機械制造業提出了新的挑戰，創新型國家建設目標對機械工程人才的培養提出了新的要求。與國外大學相比，我國大學對能力培養重視不夠，學生發展的主動性、能動性不足，學生的創新能力不足。因此，積極探索教育教學的新思路新方法，具有重要的意義。《數控技術》是機械設計制造及其自動化專業的重要專業課，本項目就是在借鑒國內外數控技術教育改革優秀成果和繼承西北農林科技大學數控技術教學現有優勢和特色的基礎上，對現有數控技術教學內容和教學方法進行改革研究，針對我校機械設計制造及其自動化專業自身特點，研究數控技術課程必要的理論知識和實踐能力，從而形成理論教學體系、實踐教學體系，以期為我校和我國數控技術教育的改革和發展做出有益的探索。

二、教學內容改革

（一）課程內容體系的重構

數控技術課程體系包括理論課、實驗課和實踐課。分專業背景因材施教，課程配置可參考表1：理論課教學內容及學時分配。理論課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、數控插補和刀補原理、計算機數控裝置、數控機床伺服系統、數控機床位置檢測裝置等。對機制、車輛工程、農業機械化工程等偏機械類專業側重于前五項；對機電工程專業機械內容和電子內容同樣重要，各占用20學時。實驗課在所設6個項目中選做3項，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，機制、車輛工程、農業機械化工程、機電工程各專業進行4周的工程基礎訓練，其中有數控加工技術的初步認識訓練，包括XY數控平臺的訓練以及數控車的訓練，數控雕刻機、線切割加工和數控加工中心的加工演示，讓學生對數控加工有初步的認識；機制專業學生在三年級進行2周的現代設計與制造綜合訓練，是CAD/CAM/CNC的綜合訓練，主要實踐各類零件的數控加工工藝設計、自動編程、各類機床的操作方法，其他專業的學生利用實踐平臺可進行創新項目的實施。

（二）教學內容組織方式

理論課以課堂教學與自學兩種方式進行，編程指令以FAUNC系統為主進行，輔以介紹SIEMENS數控系統，對機制、車輛工程和農業機械化工程專業數控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，故障診斷及維護僅介紹基本理論與方法，詳細內容以安排學生自學，然后集中答疑的形式進行。實驗教學強化綜合性、設計性、探索性實驗，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。現代設計與制造綜合訓練，讓學生綜合運用相關知識、靈活采用相關方法自主進行；對學生按任務性質分組，實行一人一題方式。教學過程中根據當代裝備制造業的發展需要不斷更新教學內容，重點講述目前大中型企業普遍應用的現代數控技術，并使教學內容緊密聯系工程實際。

三、教學方法與教學手段改革

（一）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，由學生編制數控加工程序，由教師檢驗是否正確。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，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，降低學生學習難度。

（二）教學手段

1.多媒體教學輔以傳統教學：為了提高課堂效率和學生的學習興趣，將全新的教學內容制成多媒體教學課件。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CAI課件、二維、三維模擬動畫和數控加工操作視頻。教師在講授數控原理和基礎知識的同時，就可播放視頻，使課堂教學與工程實際更加結合緊密，這不僅使數控技術的教學強化了學生工程實踐能力的培養，而且使理論課堂教學豐富多彩，取得了較好的教學效果。

2.軟件仿真教學：學生編程操作的困難大多數由于工藝不清楚，我們利用斯沃、VUNC數控加工仿真教學軟件，采用實驗和課堂演示的方式，把復雜的加工過程仿真出來，讓學生在實踐中理解代碼的涵義和數控工藝。

3.網絡教學：利用學校精品課程網和本科網絡教學平臺實施網絡教學。數控技術課程網上資源包括課程說明、教學大綱、教學日歷、西門子和法拉克系統的各類技術手冊等，已在我校教學中得到了應用，學生可自由下載學習。通過網上教學平臺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。

四、加強實踐教學的探索和實踐

實踐教學是培養高等應用型創新人才的重要途徑和保證，良好的實驗、實訓基地，對高等應用型創新人才的培養有著至關重要的作用。我校于2005年建成了具有先進制造裝備的綜合性工程訓練中心，是本科生工程素質教育和技能教育的實踐性教學基地，可進行分布式數控加工與實訓教學。工程訓練中心可以配合數控技術教學，為學生提供數控設備進行實踐操作，讓學生親自動手編制加工程序和操作機床，使學生對數控機床的學習由抽象的理性認識上升為感性認識，再通過感性認識進一步加深理解和掌握數控技術。實踐教學的實施是按照前面建立的實踐教學體系分層次進行的。同時，我們積極組織學生參加全國和陜西省數字建模大賽、機械創新設計大賽、數控加工創意大賽等，組建科技創新小組，讓學生對自己感興趣的數字化設備、機器人等親自設計、親自動手制作，近年來10余項項目獲得了國家和陜西省的獎勵，這些實踐環節都收到了良好的教學效果。

五、結束語

隨著科學技術的飛速發展，以數控技術和數控機床為核心的裝備制造業正在發生日新月異的變化，其中發展高檔數控機床和機器人是國家大力推動的關鍵領域。與工程實踐緊密結合的數控技術教學應該緊跟時代的步伐，從教學內容、教學方式和實踐環節等方面適應高等創新型人才培養目標，本課題進行了有意義的探索和實踐，收到了較好的效果。

參考文獻：

[1]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.

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