数控技术教学改革浅谈

    陈家兑

    摘? 要 数控技术人才是21世纪的急需人才。本着培养学生综合素质、提高学生数控技术应用能力的原则，对数控技术课程进行教学改革，通过对课程关系的梳理调整教学内容，采取多样化的教学方法、立体化的实验体系、新的考核机制，增强学生对理论知识的理解与掌握，提高学生的动手能力和创新能力，取得良好的教学效果。

    关键词 数控技术;教学改革;实验体系;考核机制

    中图分类号：G642.0? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）20-0089-03

    Teaching Reform of Numerical Control Technology Course//CHEN Jiadui

    Abstract The numerical control technology talents are urgently needed in the 21st century. The teaching reform of the numerical control technology course are carried out based on the principle of?cultivating the students comprehensive quality and improving their?ability to apply numerical control technology. The teaching contents?are adjusted by analyzing the relationship between the numerical control technology and other courses， and the diversified teaching methods， new experimental system and new assessment mechanismare adopted. Teaching reform has enhanced students understanding and mastery of theoretical knowledge， improved students practical ability and innovative ability， and achieved good teaching results.

    Key words numerical control technology; teaching reform; experi-mental system; assessment mechanism

    1 引言

    数控技术的出现及应用引起制造业的变革，使得制造业有了跨越式发展，是现代制造技术的基础，是实现智能制造的关键技术之一[1]。同时，数控技术的应用范围、應用水平以及数控装备的研发水平决定了一个国家的制造业水平的高低。2015年，高档数控机床与机器人一起被列入《中国制造2025》的十个重点领域[2-3]，这标志着我国正在大力发展数控技术及其装备，进而提高我国制造业水平。大力发展数控技术及其装备必将能够使我国快速实现从制造大国转变成为制造强国，提高我国的综合国力。

    数控技术人才队伍建设是扩大数控技术普及范围、提高数控技术应用水平以及增强数控技术研究能力的关键因素，是实现我国从制造大国到制造强国转变的关键措施之一[4]，也是实现制造业智能化的重要保障之一。为此，在新工科教育背景下，如何培养出既具备较强的数控机床操作能力，又掌握扎实的数控技术理论知识的数控技术人才，是数控技术课程的重要任务，也是数控技术课程全体任课教师亟待思考的问题。

    2 数控技术课程的目标与现状

    课程目标? 数控技术是机械制造及其自动化专业的专业核心课之一，以培养适应现代数控技术发展需要的数控技术人才为目标，旨在通过课程的教学使学生掌握数控技术的基本理论与技术，具有分析、选用、维护数控机床的能力，熟练编制、分析和调试数控加工程序，具备设计、制造数控机床及数控系统的基本能力，为学生今后从事复杂机电控制系统和现代先进制造技术工作奠定坚实的基础。

    课程现状? 作为机械制造及其自动化专业的专业核心课程，数控技术通常开设在大学本科的第六学期。传统教学采用理论教学与实践教学相分离的教学模式，其中理论教学32学时、实践环节八学时。

    在理论教学中，任课教师采用多媒体技术对课程的核心内容进行教学，教什么，学生就学什么，属于填鸭式教学，教师成为教学的主体，学生在教学活动中处于被动地位，缺少主观能动性;在教学内容上存在与其他课程重复的情况，浪费了教学学时，也容易导致学生出现烦躁情绪和心理;教学方式单一，一般都是采用多媒体教学，即采用幻灯片+少量短视频相结合的方式，比较适合简单的教学内容，但在复杂和难以理解的教学内容上就显得苍白无力。

    实践环节由于课时数以及设备条件的限制，往往采用简单的加工零件进行教学，而且是采取实验小组模式，限制了学生的动手机会，往往容易出现一个实验小组中只有少数几个学生而不是每个组员都动手参与完成整个实验零件加工的情况，不能较好地达到实践教学的目的。

    课程结束时的考核多采用卷面成绩+实验成绩+课程平时出勤及表现的考核方式。其中，卷面成绩是学生在课程结束时的卷面考试成绩，比重较大，占总成绩的70%;实验成绩往往是实践环节指导教师根据学生提交的实验报告进行评定，占总成绩的20%;课程平时出勤及表现是理论教学教师根据学生的出勤率、课堂互动表现及课后作业情况进行评定，占总成绩的10%。采用这种考核方式，学生为了顺利通过课程考核，通常采取死记硬背的方式记忆课程的相关知识内容，进而达到通过卷面考试的目的。由于实验成绩没有考虑体现学生的动手操作能力及创新能力，具有片面性，也降低了学生实践的积极性。

    这种传统教学模式能够让学生快速了解课程理论知识，完成教学任务，但是在提高学生的数控机床操作能力、动手能力、创新能力以及让学生深入理解和融会贯通相关知识等方面难以实现，与新工科大学生培养目标存在一定的差距。

    3 数控技术课程教学改革

    梳理课程关系? 与数控技术相关的课程有机械原理、机械设计、制造工艺学、电子电工学、材料力学、机械工程控制基础、机床电气控制、单片机和传感器技术等。其中，机械原理、机械设计和材料力学课程与数控机床的机械本体组成内容相关;制造工艺学和材料力学课程与数控加工工艺内容相关;电子电工学和单片机课程与数控装置的软硬件内容相关;机械工程控制基础课程与数控机床加工控制原理相关;机床电气控制课程不仅与数控装置相关内容有关，而且与数控机床的伺服系统内容相关;传感器技术则与位置监测装置相关内容有关。可见，数控技术课程与众多基础课程和专业课程有着千丝万缕的关系，在知识点上也必然存在重合的情况。因此，有必要对数控技术课程与相关课程的关系进行梳理，打消学生对课程体系有炒剩饭的感觉，引导学生建立清晰、简单的课程体系脉络。

    为此，在讲述课程概述时，与学生一起理清、分析本课程与其他课程的关系、知识点的重合度，进而在相关章节让学生复习有关知识点，并在此过程中探讨、释疑学生之前所学知识的困惑，达到巩固理论知识的目的，同时为课程的深入学习奠定基础。

    调整教学内容? 如前所述数控技术与其他相关课程存在一定的知识点重合，为了提高教学效率以及降低学生的学习疲劳度，以及合理安排教学，需要对教学内容进行适当调节。与本课程的前导课的任课教师进行沟通，让其对涉及本课程的相关知识点进行深入讲解，使学生掌握相应的理论知识。而本课程在讲授过程中则对相应的内容进行调整与删减，比如精简数控装置、位置检测装置、伺服系统等内容，对前导课涉及的知识仅进行梳理、复习与归纳，重点讲授前导课程没有涉及的新知识、新理论;而加强数控加工工艺与编程的教学，深入详细讲解相关知识，同时增加数控加工仿真软件教学与实践内容。

    教学手段与方法多样性? 传统的教学方法单一，通常将授课内容制作成幻灯片进行教学，然后通过任课教师进行讲解。这种教学方式很容易导致学生感觉课堂枯燥，且不利于学生理解和掌握知识点。为此，在讲解理论知识时应采取多种教学手段和方法，使授课内容变得生动形象，激发学生的学习能动性，尽可能地帮助学生深刻理解与掌握理论知识，提高学习效率。比如对于抽象、难理解的内容，通过制作三维动画、录像以及虚拟实验进行展示和介绍，使理论知识形象化、简单化，便于学生理解;对于编程等动手能力和操作性要求高的内容，利用数控仿真软件进行辅助教学，通过仿真模拟将整个加工过程直观立体地展示出来，同时让学生体会加工编程的方式方法以及各种指令的功用和加工过程;对于机床结构和电气硬件等内容，则采用现场实物介绍方式，让学生近距离、直观地观察、了解实物，并进行实物与理论知识的对照。

    实践环节立体化? 数控技术的实验课是理论联系实际的重要环节，直接影响学生能否较好地掌握理论课堂教授的知识，能否学以致用，并通过实践环节达到了解—理解—掌握—创新的目的。传统教学通常由实验指导教师先进行操作演示，然后学生根据实验指导教师的模板进行实践操作。为了摒除这种不符合培养目标的实践教学模式，需要对实践环节的教学进行相应探索与创新。课程组通过与学院、实验中心和学校的工程实训中心进行沟通与协调，将学院的实验中心和工程实训中心联合起来，进行设备资源和人力资源整合，为数控技术课程开设基础性实验、综合性实验和开放性实验，解决实验设备不足和实验课时不足的问题。

    基础性实验主要是为学生开设数控机床的认识、数控机床本体的装拆和零件加工程序的编写仿真等实验。通过数控机床的认识实验，学生可以认识数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、加工中心等不同类型的数控机床，并掌握各种数控机床的区别、功能和加工范围。装拆实验可以使学生直观、具体地了解数控机床的结构组成及特点、各零部件之间的装配关系，这种摸得着、看得见的方式可以比枯燥的理论教学获得更好的教学效果。数控程序编写仿真实验使学生掌握数控加工工艺、编程指令并做到融会贯通，而且熟悉数控机床的操作要领。

    综合性实验是数控机床的操作实训，通过具有一定复杂性的零件的数控加工，使学生掌握数控車床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、加工中心的操作与使用，培养学生根据零件加工需要合理选择加工设备、编写加工程序、设置刀具参数并完成产品加工以及数控机床维护的能力，进一步巩固理论知识。

    开放性实验是为对数控机床操作、设计、研制感兴趣以及参加各类竞赛项目的学生开设的，也是补充实验课时不足的一种措施。开放性实验室每个星期在非教学时间开放，并配备经验丰富的实验师作为指导教师。学生根据自己的时间与需要，到实验室进行实验机床操作学习、科研任务等。参加如挑战杯和大学生机械创新设计大赛的学生则可以在开放性实验室进行参赛作品的加工制作。开放性实验不仅为学生提供了一个宽松的学习平台，而且能进一步提高学生的学习主动性、动手能力以及创新能力。

    创新课程考核机制? 对数控技术课程的考核方式也进行创新。在实验环节结束时，采取实验报告、实验作品与实验汇报相结合的考核方式。课程组组织统一的实践汇报活动，答辩组专家由任课教师和实践指导教师共同组成。在汇报中，学生必须根据实验作品要求阐述加工该作品的数控机床的原因、优势，介绍作品的加工工艺及加工程序的特点与不足，总结实践环节的心得体会，并且回答答辩组教师提出的问题。实验环节成绩根据实验报告、实验作品与实验汇报情况进行评定，占比分别为30%、30%、40%。课程总成绩由60%卷面成绩+30%实验成绩+10%平时成绩组成，与以往相比，卷面成绩占比下降，而实验成绩占比上升。

    4 教学效果

    通过课程的教学改革，学生学习的积极性明显提高，在教学过程中教学互动性加强，主动添加任课教师和实验教师的QQ和微信并主动提出学习中遇到的问题。学生积极参与实践教学，在按质按量完成基础性实验和综合性实验的基础上踊跃参加开放性实验，在此过程中体现出较强的动手能力、创新能力。与此同时，通过实验环节，学生增强了对理论知识的理解与掌握;卷面考试的及格率达到100%，其中优秀达到30%以上，良好达到40%以上，不及格率为零。

    5 结语

    数控技术课程改革不仅注重学生数控机床操作技能的培养，而且注重学生综合素质的培养。充分利用学校资源构建数控技术课程的立体化实验体系，以学生为主体，通过有效的理论教学和实践教学，充分调动学生的学习积极性，使学生快速掌握课程理论知识，提高创新能力，强化数控技术应用能力，提高教学质量。

    参考文献

    [1]聂学俊.数控技术课程改革与实践[J].中国现代教育装备，2019（7）：34-36.

    [2]韩振宇，富宏亚，付云忠，等.现代数控技术研究生课程教学改革的思考与实践[M]//黑龙江省高等教育学会2016年学术年会暨理事工作会.2016（12）：144-147.

    [3]吴晓蓓.《中国制造2025》与自动化专业人才培养[J].中国大学教学，2015（8）：9-11.

    [4]唐建勇，李宏业，王琦.机械制造智能化发展的相关问题[J].黑龙江科学，2018（20）：140-141.