張海云 司馬中文 趙玉剛

摘 要 為培養(yǎng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用型人才，適應(yīng)機(jī)床數(shù)控技術(shù)日新月異發(fā)展的需要，對(duì)機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革。結(jié)合多種現(xiàn)代化的教學(xué)手段和多媒體數(shù)控實(shí)驗(yàn)室，理論教學(xué)采用課堂授課、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和雙語(yǔ)教學(xué)相結(jié)合的全方位的教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用模擬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)等不同的實(shí)驗(yàn)方法，取得較為理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 數(shù)控課程；多媒體數(shù)控實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2013）03-0092-03

Research on Teaching Model of Numerical Control Course//Zhang Haiyun， Sima Zhongwen， Zhao Yugang

Abstract In order to train CNC technology talents and meet the needs of the quick development of CNC machine tools and technology， reform was done on the course of machine tool numerical control technology. Combined with a variety of modern teaching methods and multimedia control laboratory， new teaching models were used. Classroom instruction， on-site teaching and bilingual teaching were adopted as the form of theoretical teaching， while simulation and verification experiment， designing experiments and comprehensive experiment were introduced in the experimental teaching. The results indicate that it is an ideal teaching model for the numerical control course.

Key words numerical control course； multimedia control laboratory； experimental teaching

大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力的重要途徑。而我國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的信息表明，我國(guó)機(jī)床消費(fèi)量為世界第一，我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率正在向發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)據(jù)靠攏，中國(guó)逐漸成為“世界制造中心”。因此，整個(gè)制造業(yè)對(duì)從事數(shù)控編程、數(shù)控加工和數(shù)控設(shè)備維修的數(shù)控高級(jí)應(yīng)用人才的需求每年還將繼續(xù)增加。作為培養(yǎng)數(shù)控技術(shù)人員的高校，已把數(shù)控技術(shù)課程作為現(xiàn)代機(jī)械制造類專業(yè)的專業(yè)主干課程之一。很多高校也在對(duì)數(shù)控技術(shù)課程的授課模式和授課內(nèi)容進(jìn)行不斷的改革與探索[1-3]。如何提高數(shù)控技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，搞好數(shù)控課程的教學(xué)工作，是高校教師面臨的一個(gè)重要課題。筆者結(jié)合自己的教學(xué)工作，探索了幾種行之有效的教學(xué)方法。

1 全面正確認(rèn)識(shí)課程特點(diǎn)

數(shù)控技術(shù)課程作為數(shù)控專業(yè)主干課程之一，有其自身固有的特點(diǎn)。只有正確認(rèn)識(shí)課程特點(diǎn)，授課中才能有針對(duì)性。

1.1 知識(shí)面寬

數(shù)控技術(shù)是一門綜合了多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是高度的自動(dòng)化控制技術(shù)，也是近年來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)高新技術(shù)。它是集機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝、電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等于一體的多學(xué)科的綜合技術(shù)。

1.2 理論性強(qiáng)，實(shí)踐性更強(qiáng)

該課程具有較強(qiáng)的理論性，學(xué)習(xí)本課程的目的是使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握數(shù)控機(jī)床的基本概念、數(shù)控原理、插補(bǔ)原理、硬件和軟件結(jié)構(gòu)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測(cè)原理、手工編程和計(jì)算機(jī)輔助編程等內(nèi)容，掌握典型的數(shù)控車床、銑床的編程知識(shí)與操作。因此，數(shù)控技術(shù)首先是一門系統(tǒng)性較強(qiáng)的理論課。同時(shí)，數(shù)控技術(shù)課程又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[4]，離開(kāi)實(shí)踐就談不上素質(zhì)培養(yǎng)，實(shí)踐是知識(shí)轉(zhuǎn)化并升華為素質(zhì)的根本條件。教學(xué)中的很多環(huán)節(jié)，都必須用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)教學(xué)來(lái)加深對(duì)理論知識(shí)的鞏固與理解，如數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剖析、數(shù)控加工工藝分析、數(shù)控編程、數(shù)控機(jī)床的操作與維修等都離不開(kāi)實(shí)踐。

1.3 知識(shí)更新快

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的制造業(yè)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家包括發(fā)展中國(guó)家對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出更新的制造模式。數(shù)字化的控制技術(shù)正在發(fā)生根本性的變革，傳統(tǒng)的、封閉的數(shù)控系統(tǒng)已越來(lái)越不適應(yīng)加工的要求，因此必須采用基于PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)涉及的領(lǐng)域也在不斷拓展，在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)的功能不斷完善，可實(shí)現(xiàn)高速、高精、高效控制，可自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，可在線診斷和智能化處理故障。數(shù)控系統(tǒng)的集成化程度不斷提高，可與CAD/CAM集成為一體，實(shí)現(xiàn)中央集中控制的群控加工。

2 理論課教學(xué)方法靈活多樣

數(shù)控技術(shù)理論課的學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是單一的課堂教學(xué)，課堂教學(xué)時(shí)教師對(duì)著課本講各種控制指令和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件的各種動(dòng)作，需要學(xué)生具有很好的想象力，學(xué)生反映聽(tīng)課“如聽(tīng)天書(shū)”。這種單向灌輸式的教學(xué)方法，已不適應(yīng)信息社會(huì)的發(fā)展，必須根據(jù)不同的授課內(nèi)容，采用全方位的立體教學(xué)模式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，使信息由單向傳遞變?yōu)殡p向流動(dòng)，這樣才能使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)的、全面的認(rèn)識(shí)，以達(dá)到理想的教學(xué)效果。

2.1 課堂授課

對(duì)理論課的學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)是主要的授課形式，主要講授基本理論知識(shí)，占總學(xué)時(shí)的70%左右。課堂教學(xué)也要做到以人為本，傳統(tǒng)的教學(xué)是以教師為中心、以書(shū)本為中心、以課堂為中心，重教有余、重學(xué)不足的單一教學(xué)方法。而要做到以人為本就是要以學(xué)生為主體，按照現(xiàn)代化的教學(xué)模式，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

課堂授課過(guò)程中還要注意運(yùn)用各種有效的教學(xué)手段，如多媒體動(dòng)感文字圖片、模擬動(dòng)畫(huà)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)視頻、相關(guān)的音像教材等，做到圖文并茂，使之構(gòu)成一套內(nèi)容豐富、表現(xiàn)形式多樣的立體教材。要注重因材施教，靈活多樣的教學(xué)方法也是保證教學(xué)效果的重要法寶。課堂上要注意采用不同的教學(xué)方法，如討論啟發(fā)式教學(xué)法、問(wèn)答式教學(xué)法、案例式教學(xué)法、項(xiàng)目式教學(xué)法[4-6]等多種方法，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能收到事半功倍的效果，適應(yīng)應(yīng)用型本科教育。

例如，在講授逐點(diǎn)比較法差插補(bǔ)原理時(shí)，可設(shè)置問(wèn)題：程序中給定的坐標(biāo)是有限的，怎樣使刀具能夠沿著給定的軌跡（直線或圓弧）運(yùn)動(dòng)呢？讓學(xué)生先自己思考、分析，而后筆者結(jié)合自己的科研工作，將用高級(jí)語(yǔ)言編制的插補(bǔ)程序（圖1）進(jìn)行模擬運(yùn)行，通過(guò)對(duì)程序的執(zhí)行和不同參數(shù)變化對(duì)運(yùn)行軌跡的影響，使學(xué)生能對(duì)插補(bǔ)原理有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，明白刀具在加工過(guò)程中是怎樣運(yùn)行的。這樣的情景設(shè)置和和動(dòng)畫(huà)教學(xué)能夠使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)授課

數(shù)控技術(shù)傳統(tǒng)的教學(xué)方式，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是完全分離的。實(shí)踐證明，有些理論內(nèi)容單純?cè)谡n堂上講解顯得很抽象，不便于學(xué)生接受和理解，這樣的內(nèi)容就考慮采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，這部分內(nèi)容大約占總學(xué)時(shí)的20%?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)過(guò)程中可充分地利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，使學(xué)生在教與學(xué)的互動(dòng)過(guò)程中學(xué)習(xí)，這樣能夠發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，極大地調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)熱情，比課堂授課更直觀、更形象、更容易接受，教學(xué)效果比較理想。

如在講授編程五大功能指令（G功能、M功能、F功能、S功能、T功能）時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，利用學(xué)校數(shù)控技術(shù)研究所研發(fā)的由微型數(shù)控銑床、微型數(shù)控車床構(gòu)建的數(shù)控多媒體實(shí)驗(yàn)室，邊講解邊操作，在MDI方式下輸入相應(yīng)的運(yùn)行指令，其運(yùn)行情況可以在屏幕上模擬，同時(shí)機(jī)床的相關(guān)部件可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。這樣的授課方式能加深對(duì)編程指令的理解和掌握。又如，在講授機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，也可采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，在手動(dòng)操作方式下，使機(jī)床各坐標(biāo)方向?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，以使學(xué)生加深對(duì)機(jī)床坐標(biāo)系的認(rèn)識(shí)。

現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)用的數(shù)控多媒體實(shí)驗(yàn)室如圖2所示。在多媒體教室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)授課，可以讓學(xué)生在很短的時(shí)間內(nèi)掌握書(shū)本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能、基本操作技能，時(shí)間短、效率高、效果好，同時(shí)也大大方便了教師的教學(xué)，大大減輕了教師的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3 雙語(yǔ)教學(xué)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的一體化及世貿(mào)組織的加入，跨國(guó)界的企業(yè)間的業(yè)務(wù)往來(lái)日益頻繁，這就要求大學(xué)生要有一定的英語(yǔ)水平，這樣才能進(jìn)行正常的貿(mào)易往來(lái)。目前我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的數(shù)控化率正在不斷提高，是機(jī)床消費(fèi)大國(guó)，而我國(guó)所使用的高檔數(shù)控機(jī)床大約有30%是進(jìn)口的，其操作界面大多是純英文的，一些常用的CAD/CAM軟件（如UG、ProE等）也是英文版本，所以數(shù)控技術(shù)人員要能熟練地編寫(xiě)程序、操作和維護(hù)機(jī)床，還必須有很強(qiáng)的英語(yǔ)應(yīng)用能力。因此，有必要對(duì)數(shù)控技術(shù)課程實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)。目前，學(xué)校在理論教學(xué)中已開(kāi)始嘗試雙語(yǔ)教學(xué)，這樣既培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)，又提高了學(xué)生的英語(yǔ)應(yīng)用能力，適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求。

3 實(shí)驗(yàn)形式不拘一格

為了提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)造能力、抽象思維能力和綜合判斷能力，在數(shù)控課程的教學(xué)中，還要加強(qiáng)和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)[7]。本課程實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際動(dòng)手掌握數(shù)控機(jī)床的基本操作，將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中來(lái)。因此，要求根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采取不同的實(shí)驗(yàn)方法。

3.1 模擬、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

理論課中講授的原理性的知識(shí)有必要在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，對(duì)這些內(nèi)容可以開(kāi)設(shè)認(rèn)識(shí)性實(shí)驗(yàn)。如機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、快速運(yùn)動(dòng)等，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)教師編寫(xiě)簡(jiǎn)短的程序進(jìn)行演示、驗(yàn)證；或通過(guò)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)（學(xué)校配有FANUC仿真系統(tǒng)、SIEMENS仿真系統(tǒng)等）對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行演示，既保證了程序的真實(shí)性，又培養(yǎng)了學(xué)生熟練操作機(jī)床的能力。

3.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控知識(shí)的興趣，要有針對(duì)性地開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以便給學(xué)生更多的自行設(shè)計(jì)空間，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能。對(duì)于數(shù)控加工部分有必要開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如給學(xué)生一張零件圖紙，要求學(xué)生對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括分析圖紙、擬定加工方案、安排工藝順序、選擇刀具和夾具、規(guī)劃走刀路線、編制加工程序等，把所編制的程序通過(guò)相應(yīng)的機(jī)床進(jìn)行加工試驗(yàn)。這樣學(xué)生有成就感，會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、大大提高學(xué)習(xí)的積極性。

3.3 綜合性實(shí)驗(yàn)

目前，機(jī)械制造行業(yè)要求培養(yǎng)的數(shù)控技術(shù)人才不僅是數(shù)控編程加工操作人員，還要能夠完成零件造型與自動(dòng)編程，能對(duì)機(jī)床進(jìn)行維護(hù)、維修等。因此，要求學(xué)生必須掌握從零件設(shè)計(jì)造型到數(shù)控編程加工操作的全部過(guò)程，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)要開(kāi)設(shè)一些綜合性的實(shí)驗(yàn)。如山東理工大學(xué)開(kāi)設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)之一是要求學(xué)生能用CAD/CAM軟件完成零件的造型、自動(dòng)編程與加工。圖3為學(xué)生通過(guò)MasterCAM軟件對(duì)零件進(jìn)行建模、自動(dòng)生成數(shù)控加工程序，而后自己通過(guò)操作微型數(shù)控車床加工的零件。通過(guò)該綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本掌握了零件從設(shè)計(jì)建模、工藝參數(shù)設(shè)置、數(shù)控程序生成到機(jī)床操作等基本知識(shí)和技能。同時(shí)，教師在授課實(shí)驗(yàn)過(guò)程中故意對(duì)機(jī)床的某些機(jī)械或控制部分進(jìn)行故障設(shè)置，讓學(xué)生自己查找原因，并進(jìn)行維修維護(hù)。

4 總結(jié)

機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程的教學(xué)是一門理論和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，只有正確認(rèn)識(shí)數(shù)控課程的特點(diǎn)，緊密把握數(shù)控技術(shù)發(fā)展的前沿，不斷改革、不斷完善，不斷嘗試新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，使之與時(shí)俱進(jìn)，才能有效地增強(qiáng)授課的效果。目前探索出的課堂授課、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、雙語(yǔ)教學(xué)相結(jié)合的理論教學(xué)方法和模擬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)方法，已形成一套成熟的，集理論授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)于一體的，具有應(yīng)用型本科特色，適應(yīng)機(jī)械類各專業(yè)教學(xué)要求的數(shù)控技術(shù)課程理論教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)體系。在本教學(xué)體系中，學(xué)生在較好地掌握數(shù)控技術(shù)理論知識(shí)的前提下，能夠很好地與實(shí)踐相結(jié)合，教學(xué)效果顯著，適應(yīng)了社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才的需求。

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