數控加工理實一體化課堂實踐探索與改革

摘 要：由于數控加工設備成本過高、雙師型教師參差不齊，一些高職院校數控加工理實一體化課程一直受實驗條件限制。基于教學實踐經驗和中國特色高水平高職學校和專業建設計劃要求，以教師下企業鍛煉和師生技能大賽為驅動，本文以對機械類專業兩年的實際教學改革，提出了一種可以充分鍛煉學生的數控加工理實一體化教學模式。

關鍵詞：數控加工 理實一體化 教學模式

0 引言

結合中國特色高水平高職學校和專業建設計劃的內容，高職院校需要對各類專業教學質量進行逐步提升，其中數控編程加工理實一體化課程作為機械類專業的必修課程，在上課形式與方法上一直有人探索前進，數控加工技術起源于20世紀40年代后期為適應加工復雜外形零件而發展起來的一種自動化加工技術。在中國工業迅猛發展的今天，多項科學技術已經躋身世界前列，基礎制造業在其中做出了不可磨滅的貢獻。在如今的職業教育形式和國家發展背景下，如何提高高職院校學生數控編程加工水平，是一個特別值得探索的問題。

1 之前的課程內容設置

在之前的數控課程中理實一體化的內容設置為兩學期。數控車、數控銑理論學時分別為64，一個學時為40分鐘，其中包含基本編程指令的學習和利用CAXA制造工程師、UG軟件進行電腦自動編程的學習。前者在教室完成，后者在機房完成。另外成周實訓課程安排在期末最后幾周集中完成，具體課程設置情況如表1。

2 改革前面臨的問題

2.1 數控加工設備成本過高

數控加工設備造價高，占地面積大，學校現有數控實訓車間一個。其中FANUC系統數控車床10臺，FANUC系統三軸加工中心一臺、四軸加工中心一臺、線切割機床一臺。數車目前勉強能滿足數控車削加工教學，但加工中心過少，教學受到限制。學生在實訓過程中出現20幾個人圍著一臺數控加工中心的現象，使數控銑削的操作加工部分得不到充足的訓練。

2.2 雙師型教師參差不齊

大多數教師都是在學校畢業之后就走到了教師崗位，沒有在企業實踐過的經驗。這樣教師會根據自己的教學方式制定課程標準和實訓計劃，因此會比較注重理論的教學，在理論課上的比重分配上花費了大量的時間，忽略了實踐的重要性。這種現象的主要原因在于教師缺乏操作機床的實踐經驗，因此導致學生也不會獲得較多的上機經驗，則會對編程指令理解不夠深刻，也對自己編制的程序沒有信任感，進而對機床本身會有畏懼心理。正所謂知其然而不知其所以然，對學生自身的職業發展也產生了局限性。

2.3 課程標準設置不合理

根據之前數控編程加工的理實一體化教學模式，看似布置合理，但是對于學生的課堂學習情況不太理想。教師在教學過程中完全依靠PPT和軟件教學，會脫離實際，導致學生在后期的實訓中對機床完全不了解，特別是夾具和刀具以及切削參數的選用。更有甚者，因為沒有見到過實物，學生對常用刀具和機床結構都不認識的情況下已經將理論課程學習完成，此時想要糾正之前的固有思維將會特別困難。另外，如果在實訓課程中還需要對工件坐標系的建立（對刀操作）、編程指令的使用、軟件的使用等進行教學，則成周實訓教學就不能起到鞏固理論課堂所講內容的作用，相當于又在成周實訓課程當中再去講一遍基礎理論知識。

3 實踐探索后的整改內容

3.1 課程標準重置

基于整改后的經驗，結合教師在企業的實踐、機械加工行業中企業用人需求和參加師生技能大賽的經驗，對學生在實際學習過程中遇到的相關問題進行課程標準設置。重置課程標準如表2。

課程標準的更改主要核心點在于理論課程和課內實訓的有效結合，增加了學生課內實訓的時間，讓學生可以邊學邊練，老師也可以合理調配自己的課內實訓時間，讓學生加深理解。另外，拉長了成周實訓環節，在最后的成周實訓環節以興趣為導向設置學生自設計加工環節，以緩解前課的枯燥無味感，同時也能將所學知識串聯在一起，這樣可以讓學生對制造行業有一個初步的認識。

3.2 課程整改內容

3.2.1 課程整改思路

雙師型教師的嚴重不足，學生上課能帶給他們最大的引領的還是教師，教師的水平必須遠高于學生很多，名師才能出高徒。因為地區原因和實訓教師薪資問題，經驗豐富的技師不會選擇來學校任教，安排教師下企業輪流實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，在課程實施的過程中發現，如果教授理論基礎的過程中合理有效地加入課內實訓，理論與實踐緊密結合會起到事半功倍的效果。比如，在講完機床坐標系和工件坐標系的概念后，接著安排上一兩節實訓課程講解機床對刀；在講完刀具的概念和類型后，在車間現場展示刀具和刀具的使用，理論與實際緊密結合，有效加深對知識點的理解。

3.2.2 知識點高度凝練的理論課程

為了實現數控加工課程中理論課程、模擬仿真編程加工以及實訓加工的有效結合，我們可以將理論教學的整個過程分為以下幾個模塊：

（1）數控加工理論課程模塊

介紹數控加工基本概念、常用刀具和夾具等；講解數控編程基礎知識，包括基本編程指令的應用、自動編程軟件（CAXA、中望、UG等）的學習等。

（2）模擬仿真加工模塊

學習使用仿真軟件，如斯沃、NCSIMUL等；掌握仿真軟件的基本操作和驗證方法；練習編寫加工程序并進行仿真加工，驗證程序的正確性。

（3）課程設計模塊

綜合運用所學知識，進行數控加工工藝分析和程序編寫；結合仿真軟件，對加工程序進行模擬仿真和調試；按照實際加工要求，進行數控加工實訓，并完成課程設計報告。

（4）考核與評價模塊

理論考試：測試學生對數控加工理論知識的掌握程度；編程與仿真考核：檢驗學生運用仿真軟件進行編程和仿真加工的能力；實訓加工考核：評估學生在實際數控加工設備上的操作技能和加工質量。

通過以上模塊化流程，我們可以實現數控加工課程中理論課程、模擬仿真編程加工以及實訓加工的有效結合，提高學生在基礎學習階段的數控加工綜合能力。

3.2.3 與理論課程有效結合的課內實訓課程

在老師現場演練和講授之后，學生分組練習，組員之間互相交流學習，共同進步。實訓車間的布局合理化，在右側區域預留了學生實訓的理實一體化課桌，供學生討論工藝和編程等使用。

總的來說可以分為兩個部分，一個部分是在機房進行CAM軟件和仿真加工軟件教學，讓學生從模擬仿真加工到實物機床加工之間進行一個過渡，驗證程序的安全性，仿真加工在機房完成學習；另一個部分在實訓中心數控車間完成實踐操作，結合教室和仿真環節所講內容，在實物機床上進行零件的真實加工，經過前面的仿真加工檢驗后，會大大地減少實訓刀具和材料的損耗，以及降低了上機的事故發生。機房仿真加工教學和數控車間實物機床加工，在每一個指令講解時都需要成在臨近幾個課時完成，學生在這個階段跟著老師的課程設置認真走完，教師嚴格考核他們的實踐成果，以此來完成對基礎知識的夯實。如此，學生通過前期的理論課程就可以牢牢掌握數控加工的知識基礎，為后續的成周數控實訓打下牢固的基礎。

3.2.4 以興趣為導向的成周實訓課程

興趣是最好的老師，興趣在數控加工實訓中可以起到激發作用，激發學生對數控加工技術的熱情和動力，從而更加投入地學習相關知識，提高學習效果。同時，興趣還能激發學習者在實際操作中積極探索、勇于實踐，提高數控加工技能。前期的專業知識為興趣護航，扎實的專業功底，能在成周實訓過程中減少加工事故減少。興趣和專業知識是成周實訓的主要驅動力，讓學生能夠在一個月左右的成周實訓中堅持到最后，學有所成。

一開始將學生分成6人左右一組，分工明確。在這個設計環節之初，需要教師進行引導，展示之前的優秀學生作品，明確現有條件下可以設計的零件范圍。由于加工條件限制，加工中心需要保證每個小組都能使用，在設計時盡量以回轉體零件為主，設計完成后教師需要把關零件的可加工的可實現性。因此這個環節要求有扎實的理論編程基礎做鋪墊，實踐證明在這個過程中學生有著濃厚的興趣去完成自己設計的零件，零件完成后成就感也很強。結合之前的機械制圖、極限配合與技術測量、機械制造工藝、金工實訓、三維建模等課程的學習，以興趣為導向設置成周實訓課程，根據現有毛坯料和設備，讓學生分小組自行設計想要加工的零件，并設立組長。設計完成后，再由學生制定和填寫好工藝流程卡和工序卡后進行零件加工，加工完成后進行鉗工打磨與裝配。整個過程教師都需要審核與監督，最后教師通過設計、工藝、加工三個環節為小組成員考核打分，折算計入學期總成績。

總之，以興趣為導向成周實訓的重要性在于培養學生的實踐操作能力、創新意識、團隊合作精神，以及增加實踐經驗和就業競爭力等方面。這對于學生將來的職業發展具有重要意義。

3.3 課程整改的成果展示

在教學實施過程中，產生了許多優秀的作品。在實訓完成后，為優秀的作品設置了展覽區，供所有人參觀，同時砥礪后面參加數控加工實訓的學生，激發學生上課的積極性。

4 總結

在整個數控加工理實一體化課堂實踐探索與改革中，讓參與的所有教師都提升了對本課程的認知，在專業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，需有一個長期不斷探索的過程。本文的課程實踐探索提供了一個數控加工理實一體化課程教學改革的方案，供各位教學同仁參考。

項目基金：四川化工職業技術學院教改項目（SCHYJGC-2024-09）。

參考文獻

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