數(shù)控技術(shù)課改的項目設(shè)計與項目教學(xué)實踐

丁國龍　蘇旭武

摘 要 在普通本科院校針對機(jī)械設(shè)計、制造及自動化大類專業(yè)進(jìn)行數(shù)控課改，實施項目教學(xué)法，項目設(shè)計是數(shù)控教學(xué)課改的核心。和一般職業(yè)院校的數(shù)控實訓(xùn)課改不同，本科數(shù)控課改推行項目教學(xué)法有其特殊性。本文從項目教學(xué)法適用對象出發(fā)，重點進(jìn)行了項目的設(shè)計，并對項目教學(xué)法實施過程以及實施效果進(jìn)行了分析和研究，通過教學(xué)實踐，證明數(shù)控技術(shù)課改的項目設(shè)計是行之有效的。

關(guān)鍵詞 項目設(shè)計 項目教學(xué)法 數(shù)控 理實一體化

0 前言

類似于項目課程的教學(xué)實踐活動可以追溯到16世紀(jì)末意大利羅馬的藝術(shù)建筑學(xué)校開展的建筑設(shè)計比賽，此后，這一形式被法、德等國所借鑒，并傳入歐洲其他國家和美國，但這種具有項目特征的活動在當(dāng)時主要作為職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)考試的組成部分。任魏娟[1]研究了職業(yè)教育中的項目教學(xué)法，將項目教學(xué)法定義為以源于企業(yè)真實任務(wù)需求的項目產(chǎn)品或服務(wù)為基本的教學(xué)材料，將學(xué)習(xí)者引入工作情境中，通過師生、生生間對真實、復(fù)雜問題的合作探討，在任務(wù)完成過程中實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)，最終形成完整職業(yè)能力的教學(xué)方法。華麗娟[2]以“數(shù)控加工技術(shù)”課程中的數(shù)控加工實訓(xùn)為例，分析項目教學(xué)法在實訓(xùn)中的實施方法，通過實施過程中學(xué)生應(yīng)掌握的數(shù)控工藝編程及操作能力分析，研究其教學(xué)效果。劉峻等[3]研究如何在數(shù)控教學(xué)中有效地利用“項目教學(xué)法”進(jìn)行創(chuàng)造性技能的培養(yǎng)，闡述了“項目教學(xué)法”實施流程，并通過螺紋軸的數(shù)控加工，說明了項目教學(xué)法在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用。綜上所述，項目教學(xué)法在職業(yè)教育中的應(yīng)用實踐證明，該方法在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、思考的積極性、實踐操作能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識等多方面都展現(xiàn)出來巨大的優(yōu)勢，行之有效。這些優(yōu)勢也可直接借鑒到本科數(shù)控課改。

然而和職業(yè)教育不同，普通本科院校針對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)四年制本科生實行數(shù)控課改，推行項目教學(xué)法有其特殊性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）課程性質(zhì)；（2）項目設(shè)計；（3）教師角色。因此，本文將結(jié)合我們自己的實踐經(jīng)驗，分別從這幾個方面闡述項目教學(xué)法在我們數(shù)控課改的應(yīng)用。

1 課程性質(zhì)

我們數(shù)控課改是將“數(shù)控技術(shù)”、“數(shù)控自動編程”以及“數(shù)控加工工藝”三門課資源整合成“數(shù)字化制造技術(shù)”這門課，共4個學(xué)分，學(xué)時為四周。前期課程為“工程圖學(xué)”、“機(jī)械設(shè)計”、“機(jī)械制造基礎(chǔ)”、“機(jī)械制造技術(shù)”、“電工電子學(xué)”、“互換性與技術(shù)測量”。課程以項目方式進(jìn)行理實一體化的教學(xué)，使學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理，掌握數(shù)控加工工藝編程及操作，理解數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的原理與組成，具備一定的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)能力。主要學(xué)習(xí)內(nèi)容有數(shù)控機(jī)床概論、數(shù)控加工工藝、數(shù)控車削與銑削編程、數(shù)控自動編程、數(shù)控插補原理、位置檢測裝置、伺服系統(tǒng)組成等。與職業(yè)院校的數(shù)控課改相比，課程的內(nèi)容更多、更復(fù)雜。

2 能力培養(yǎng)要求

課程的目標(biāo)是使學(xué)生掌握機(jī)床的數(shù)控技術(shù)的基本原理，數(shù)控指令系統(tǒng)，數(shù)控加工工藝及程序編制，數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)與原理，伺服驅(qū)動系統(tǒng)原理以及數(shù)控裝備的一般開發(fā)方法。主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生如下幾方面的能力：

掌握數(shù)控技術(shù)的基本理論和所涉及的基本技術(shù)，具有分析、選用和設(shè)計機(jī)械設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)的能力；掌握常用數(shù)控機(jī)床的基本操作以及數(shù)控加工工藝的制定，具有編制、分析和調(diào)試數(shù)控加工程序的能力；掌握數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)處理方法和數(shù)控自動編程方法；掌握數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的原理與組成，具有初步開發(fā)數(shù)控裝備的能力；了解數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新理論、新技術(shù)和最新發(fā)展趨勢。

3 項目設(shè)計

將數(shù)字化制造技術(shù)的3門課程資源整合后，我們把課程教學(xué)內(nèi)容分為四個部分組成：數(shù)控機(jī)床概論，數(shù)控加工工藝編程與操作，數(shù)控機(jī)床電氣原理（含數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)組成與原理），數(shù)控實習(xí)。項目設(shè)計以此為大綱為依據(jù)，設(shè)計了12個項目，以理實一體化的方式完成教學(xué)。各項目設(shè)計如表1：

4 項目的實施

（1）采用理實一體化的方式講授本課程，項目在實訓(xùn)車間、機(jī)房、實驗室完成。

（2）項目的完成包括以下環(huán)節(jié)：項目介紹、相關(guān)知識的講授、現(xiàn)場演示講解、學(xué)生計劃實施、仿真及上機(jī)實踐、項目完成評價等。

（3）數(shù)控車削編程以手工編程為主，數(shù)控銑削編程以自動編程為主。項目講授的實例并不一定是學(xué)生練習(xí)的題目，要求每人采用不同的題目，允許自主設(shè)計滿足項目要求的零件。

（4）數(shù)控實習(xí)不單獨安排2周時間，而是根據(jù)項目學(xué)習(xí)進(jìn)度穿插進(jìn)行，有利于項目的完成，不利之處由于數(shù)控設(shè)備輪換使用，給實訓(xùn)中心教學(xué)安排增加了難度，需要合理優(yōu)化各班進(jìn)度。

（5）項目的選用和時間安排允許有一定的彈性，尤其是針對不同的專業(yè)方向，可以有所取舍，并相應(yīng)的調(diào)整時間，如模具專業(yè)方向增加曲面加工、線切割、電火花機(jī)床、逆向工程的項目和時間，取消項目10-12。

（6）數(shù)控實操考核單獨安排一天，以抽題方式，完成編程與加工任務(wù)。

（7）數(shù)控編程與操作宜將虛擬仿真軟件的操作訓(xùn)練和實際上機(jī)床的真實訓(xùn)練結(jié)合起來。這種方法目前被職教院校廣泛采用，教學(xué)效果良好，可以減輕數(shù)控機(jī)床數(shù)量不能滿足一人一機(jī)的情況。

（8）項目10-12提供8臺固高GT400運動開發(fā)數(shù)控實驗臺，學(xué)生分為8組，每組4～5人進(jìn)行運動控制的二次開發(fā)，完成項目任務(wù)要求。

5 教師的角色

通常教師習(xí)慣了學(xué)科式理論課加實驗課、實訓(xùn)課的教學(xué)模式，而采用項目教學(xué)法，對教師的要求更高，教師的角色不僅是理論課老師，要完成理論知識的教學(xué)，而且是操作師傅，要具備實踐動手能力，邊講邊做，進(jìn)行實物演示。在我們教學(xué)團(tuán)隊中普遍具有博碩士學(xué)位和高中級職稱，但理論研究的能力并不等同于教學(xué)能力和實踐動手能力。理實一體化要求教師的知識面更廣，原理、結(jié)構(gòu)、工藝、編程、操作需面面俱到，而且要熟練操作，要達(dá)到這樣的要求，需要教師深入車間，加強培訓(xùn)。

6 結(jié)論

采用項目教學(xué)法，項目安排有層次，循序漸進(jìn)，不僅增加了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣，而且激發(fā)了學(xué)生的潛能。比如運動控制開發(fā)，我們給了三個選擇：（1）開發(fā)人機(jī)界面輸入G代碼，解釋G代碼，實現(xiàn)三軸運動；（2）在源程序中寫入G代碼，解釋并實現(xiàn)運動；（3）開發(fā)人機(jī)界面，輸入運動坐標(biāo)，不解釋G代碼，實現(xiàn)運動控制，增加選擇性后效果很顯著，少數(shù)同學(xué)選擇任務(wù)一，愿意挑戰(zhàn)難度大的任務(wù)。

通過項目教學(xué)將知識點串聯(lián)起來，以一種所學(xué)即所得的方式展現(xiàn)給學(xué)生，不僅使學(xué)生掌握了基本的知識，而且培養(yǎng)了學(xué)生的自信、自覺，通過學(xué)生當(dāng)時就取得的成果培養(yǎng)了學(xué)生的成就感。比如車銑零件，學(xué)生設(shè)計各種形狀的零件，編程加工得到實物很得意；逐點比較發(fā)插補仿真，看到自己的軌跡正確心中充滿了自豪；故障診斷排除故障后特別興奮等等。

課改教學(xué)采用小組工作法，特別注重培養(yǎng)學(xué)生社會能力。包括溝通、觀察、學(xué)習(xí)、動手、展示。采取分組法，小組之間討論激烈、各種意見碰撞，最后有統(tǒng)一，這個過程中，學(xué)生如何正確表達(dá)自己的觀點，如何聽取別人的意見，如何融合都是很好的鍛煉。

課改的實踐性很強，老師講的少，對學(xué)生的硬性要求少，給予學(xué)生充分的思考、動手時間和空間，效果好。學(xué)生喜歡。課改采用時間集中教學(xué)，時間上連續(xù)，使得學(xué)生的時間更集中，專注度更高，有利于學(xué)生掌握知識。

因此，我們經(jīng)常掛在嘴邊的“以學(xué)生為中心”，項目教學(xué)法正在逐步實現(xiàn)這個理想目標(biāo)，相信越來越近。

參考文獻(xiàn)

[1] 任魏娟.職業(yè)教育項目法研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2011.

[2] 華麗娟.項目教學(xué)法在數(shù)控加工實訓(xùn)中的應(yīng)用[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報，2006（8）.

[3] 劉峻，朱敏紅.數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用“項目教學(xué)法”的實踐與研究[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2010（4）.