“數控技術”理論、虛擬、實踐一體化課程的構建

張有強 廖結安 趙勁飛 羅樹麗

摘要：通過對國內外綜合課程建設的分析和研究，提出了構建“數控技術”理論、虛擬、實踐一體化課程的指導思想，并進行了課程體系和教學內容的設計。基于“課程基礎知識講授—基礎工藝實踐—編程原理與課堂研討—虛擬過程設計—實踐操作”的教學過程，探索建立“數控技術綜合課程”的教學內容、教學團隊、教學資源和教學模式，實現數控技術理論、虛擬制造、生產實踐課程的有機結合。

關鍵詞：課程建設；理論與實踐；一體化課程；綜合課程教材

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）11-0169-02

一、引言

“數控技術”、“數控加工工藝”和“數控加工實習”是機械類專業的技術基礎課和實踐課[1，2]，三個課程聯系緊密、相輔相成。但是由于教學計劃、教學任務安排需要以及教學老師教學科室的不同，導致課程分工過細，理論課與實踐課長期處于分離的狀態，理論課老師與實踐課指導老師之間不能相互協同，沒有形成理論與實踐教學的有機整合，因此，三門課程結合部分銜接不合理等問題，導致這三門課程的教學質量不能得到有效提高。

2010年東南大學林萍華教授就提出教師應該參入實驗和實踐教學，以便拉近教師與學生的距離，實現理論與實踐相結合[3]。加拿大滑鐵盧大學機械系開設一門“工程實踐綜合課程”，課程內容包括機械制圖、機械制造實踐、機械制造工藝、產品設計與制造案例等[4，5]，建立由理論課教師主導、實踐課教師參入的理論與實踐相結合的課程體系，將專業基本知識、技術原理與工藝實踐和項目實踐緊密結合，使課堂、實驗室、實訓基地成為師生討論、學習、實踐和創新的基地，取得了良好的教學效果。

二、構建“數控技術綜合課程”的指導思想

“數控技術”、“數控加工工藝”、“數控加工實習”是機械類專業的技術基礎課和實踐課。重點是通過實踐和技術原理學習，獲得有關數控原理基礎知識、數控編程方法，分析零件結構工藝性和加工工藝性的基本能力，進行數控加工工藝設計的基本能力，操作數控加工裝備的基本能力和綜合設計與制作的能力。因此構建“數控技術綜合課程”的指導思想為：通過課堂、虛擬加工實驗室、實習車間的有機結合，使學生首先建立數控工藝裝備與零件數控加工工藝過程的感性認識；然后通過典型零件虛擬制造與實踐操作，研討零件結構工藝性、數控加工工藝，數控加工程序制定，提高學生零件設計和工藝過程設計的能力以及操作工藝裝備的能力；通過競賽項目的研制，建立工程意識，培養學生的綜合設計與制作能力以及綜合工程實踐能力。

三、“數控技術綜合課程”課程教學團隊和教學內容的建設

（一）“數控技術綜合課程”課程教學團隊構建

按照“數控技術綜合課程”課程建設的指導思想，“數控技術”、“數控加工工藝”、“數控加工實習”三門課程相關教師形成一個團隊，一起討論制定教學內容、教學計劃；理論教學老師參與實踐教學指導，實踐教學老師參與理論教學課堂；優化課程教學內容的銜接，增多實踐教學、理論教學老師互相學習的機會，慢慢形成一體化教學理念。

（二）“數控技術綜合課程”課程教學內容建設

打破原來分別開設理論課“數控技術”、“數控加工工藝”和實踐課“數控加工實習”的傳統，按照教學內容，將每一知識點的教學按照先理論到虛擬實驗再到實習車間進行實踐教學；先了解基礎理論知識，再借助數控仿真軟件模擬和生產實踐論證，最后再回歸課堂討論總結，對存在的問題進行研討、獲得解決問題的方案和創新報告。

打破傳統的老師講授，學生做筆記或拷貝老師的PPT的教學方式。從數控基礎理論、數控加工工藝制定基本方法、數控編程基本知識、數控機床操作方法等方面針對性地設置教學內容。

1.數控基礎理論、數控機床的結構與原理。通過課堂理論講授和自主學習，再進實驗室，利用數控機床電氣控制與維修實訓臺和實訓機床部件組成實訓考核教學設備進行論證學習；從伺服電機的控制、變頻器控制、電動刀架、霍爾元件、接近開關的原理、編程、接線及在數控機床中的應用等進行考核學習。

2.數控加工工藝制定基本方法、數控編程基本知識。設定典型零件為案例或者學生自主設置主題，設置2—3人的小組，以小組為單位進行討論學習，從數控加工工藝和數控編程綜合考慮的基礎上，進行最優化數控加工工藝規程制定以及數控加工程序的編制，首先課堂學習研討形成初步結果，進CAD/CAM實驗室模擬加工論證，再到課堂研討最終方案，最后到實踐工廠加工、檢測結果，形成報告。

3.數控機床操作方法。數控機床操作對于學生實踐來說具有一定的危險性，學生實踐教學過程中有很多限制；我們通過一體化課程教學模式，前期理論教學中運用數控實訓考核設備讓學生對機床結構和工作原理有一個深刻的認識，了解其中一些安全隱患、操作注意事項；再通過仿真模擬實驗平臺進行前期模擬加工，對工藝、程序、操作上的錯誤進行篩查，最后教學團隊現場指導，進行數控機床實踐操作。

四、“數控技術綜合課程”的系列教材編寫

（一）教材編寫的基本原則

在教材編寫中，主線應該保持不變，即數控原理—工藝原理—程序設計—操作規程。圍繞這個主線應該有一般知識闡述、參數設計、實踐驗證、案例實施與分析、結構工藝性項目實施與分析。這些內容應該穿插在相關章節中，同時又不破壞主線的整體性。

（二）教材主要內容與章節

為了保證“數控原理—工藝原理—程序設計—操作規程”這個主線，同時遵循“實踐—理論—再實踐”的認識規律，教材主內容為數控原理初步實踐、工藝原理、編程方法、數控加工實踐、工藝過程設計、案例實施與分析、結構工藝性與程序合理性分析、項目設計與實施。

根據上述教學內容安排，需要掌握數控車床結構與原理，數控車床加工工藝，數控車床編程，數控車床虛擬仿真，數控車床操作；數控銑床結構與原理，數控銑床加工工藝，數控銑床編程，數控銑床虛擬仿真，數控銑床操作；數控加工中心結構與原理，數控加工中心加工工藝，數控加工中心編程，數控加工中心虛擬仿真，數控加工中心操作；以及增加電火花成型加工和3D打印加工。只有這樣才能使教材與現實緊密相連，教材的修訂再版才能有新的內容。

五、結束語

實現理論與實踐課程的整合，就必須實現開放式教學，使教師和學生能夠合理安排教學時間，可以將課堂部分搬到實驗室或實訓基地，對學生的設計和制作進行研討和指導，從而拉近理論與實踐、教師與學生的距離。

以學生能力培養為中心，學生能力包括學習能力、實踐能力、創新能力等。打破傳統的課堂滿堂灌的方式，以問題和項目為導向，發揮學生自主學習等能動性，通過開放實驗室、實訓基地方式，利用教材和指導書，使學生通過實踐解決問題和實現項目功能。

本文是立足塔里木大學工程訓練中心建設的校級教學研究項目，目前已完成中心建設規劃，結合學校2017年重點課程建設項目計劃，利用現有實訓設備進行教學試點，前期“數控技術綜合課程”在教學內容、教學團隊、教學資源和教學模式上進行了探索，并對數控技術理論、虛擬制造、生產實踐課程進行試點，在學生學習積極性、實踐效果、實驗室、實訓基地開放時間、理論教師和實踐教師交流合作上都有明顯的提高和改善效果。

參考文獻：

[1]彭忠.《數控加工技術》課程一體化教學改革的探索與實踐[J].職業技術，2009，（106）：37-39.

[2]江波，章繼濤.數控技術理論與實踐一體化教學的探討[J].職業技術，2010，（113）：65-67.

[3]Lin Pinghua.Conceiving of Engineering practice and experimental teaching system reform[J].China University Teaching，2002，（9）：20-21.

[4]The department of mechanical engineering University of Waterloo：Introduction to Mechanical Engineering Practice，http：//www.ucalendar.uwaterloo.ca/1617/COURSE/course-ME.html#ME100S

[5]周世權，黃勝智，趙軼，等.理論—實踐結合的鑄造工藝教學案例分析[J].教育教學論壇，2017，（29）：186-188.