黃志榮 俞 慶

常州工學(xué)院機電工程學(xué)院 江蘇常州 213002

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，數(shù)控技術(shù)的廣泛采用不僅提高了企業(yè)的制造能力和水平，而且增強了對市場的響應(yīng)能力和競爭能力。隨著技術(shù)水平的持續(xù)提高和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，數(shù)控技術(shù)已成為關(guān)系我國制造業(yè)發(fā)展和綜合國力提高的關(guān)鍵技術(shù)。在全球制造技術(shù)一體化的時代，傳統(tǒng)的加工制造技術(shù)已逐步被數(shù)控技術(shù)所取代，在此大環(huán)境下，整個社會制造行業(yè)對該方面人才的需求也發(fā)生了巨大的變化，對掌握機床設(shè)計、加工工藝、數(shù)控編程、加工操作、數(shù)控維修等技術(shù)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求量越來越大。鑒于該技術(shù)的重要性，現(xiàn)階段國內(nèi)絕大多數(shù)工科高職院校開設(shè)了數(shù)控專業(yè)或數(shù)控方向的專業(yè)課程，并且很多院校將數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程作為國家級或省級重點課程進行建設(shè)，以求更好地傳授數(shù)控技術(shù)知識，培養(yǎng)更多的人才服務(wù)于社會[1]。

我校機電工程學(xué)院數(shù)控技術(shù)專業(yè)開設(shè)的課程主要有數(shù)控機床及應(yīng)用以及數(shù)控編程及加工實習(xí)。數(shù)控機床及應(yīng)用是一門結(jié)合多種學(xué)科知識的交叉課程，如機械、計算機技術(shù)、電子電氣等，內(nèi)容十分廣泛且具有一定的深度。結(jié)合機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)和我院自身實際情況，本課程重點講授兩方面內(nèi)容，即數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及數(shù)控編程與加工。學(xué)生需要掌握的知識和內(nèi)容較多，要想很好地理解和掌握所學(xué)知識有一定的難度，因此，在課堂教學(xué)中必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)理念，針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同教學(xué)手段相結(jié)合的方式提高教學(xué)質(zhì)量，更好地培養(yǎng)專業(yè)人才。

1 多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)是一種先進的教學(xué)方法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各類課程的教學(xué)之中。利用多媒體教學(xué)方法，如視頻、音頻、動畫等，可以使原本枯燥無味、難以理解、不易想象的教學(xué)內(nèi)容變得生動、易懂和明了，同時充分利用和發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢，可以彌補學(xué)校教學(xué)設(shè)施和教學(xué)成本的不足，還能使學(xué)生在課堂上注意力集中，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。例如：在講解數(shù)控編程的設(shè)定工件坐標系及對刀內(nèi)容時，如采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，照本宣科，學(xué)生很難理解，而采用多媒體教學(xué)之后，根據(jù)對刀及設(shè)定工件坐標系操作視頻并結(jié)合教師的講解，學(xué)生猶如親臨操作現(xiàn)場，使原本難以理解和掌握的知識具體化、形象化，使教學(xué)變得輕松簡單，而且教學(xué)質(zhì)量也有所提高。同時，教師還可以利用圖片、視頻資料講解先進的對刀方法，如介紹自動對刀儀等。由此可見，在課程教學(xué)中采用多媒體教學(xué)能有效解決傳統(tǒng)教學(xué)方法中的不足，當然這需要課程教師在平時教學(xué)過程中大量收集、積累、制作和整理相關(guān)的視頻、圖片和動畫等內(nèi)容。

2 虛擬仿真技術(shù)教學(xué)

利用多媒體教學(xué)展示視頻、動畫、圖片等固然能解決傳統(tǒng)教學(xué)中的某些不足，但如能結(jié)合虛擬仿真技術(shù)教學(xué)方法，將能更好地提高教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，它利用計算機技術(shù)生成一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，使之產(chǎn)生交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數(shù)字化人機接口技術(shù)。筆者結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容介紹虛擬仿真技術(shù)教學(xué)方法的應(yīng)用。

例如：在講解數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)部分時，通過多媒體教學(xué)中的視頻、動畫和圖片，學(xué)生已對機床床身、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副、聯(lián)軸器等零部件有了初步的了解和感觀認識。如能結(jié)合虛擬仿真技術(shù)教學(xué)，將使學(xué)生更加生動、具體地掌握所學(xué)知識，當然這需要學(xué)生掌握一種工程軟件，如UG，Pro/E，Solidworks等，目前我院已開設(shè)此方面的課程教學(xué)，如工程軟件應(yīng)用。經(jīng)過多年積累和制作，本課程教師基于UG平臺，根據(jù)數(shù)控機床的實際設(shè)計情況，已經(jīng)完成了多種數(shù)控機床全部零部件的三維虛擬建模工作以及虛擬樣機工作，如JCS-018立式加工中心、自主研制的小型四軸數(shù)控滾齒機、數(shù)控鋼管管端相貫線火焰切割機、普通數(shù)控車床、小型數(shù)控銑床等虛擬樣機。本課程結(jié)合工程軟件UG強大的三維建模、虛擬裝配以及仿真功能，形成了一整套系列化的虛擬仿真技術(shù)教學(xué)內(nèi)容。采用此教學(xué)方法，學(xué)生可在相關(guān)工程軟件平臺上完成拆卸、裝配數(shù)控機床的零部件，制作查看整機的裝配序列，查看制作運動仿真等多種教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在此基礎(chǔ)上不僅僅是生動形象地了解教學(xué)內(nèi)容，同時更能實際操作，大大提高了學(xué)習(xí)主動性和積極性，使整體教學(xué)質(zhì)量明顯提高。

又如，在數(shù)控編程教學(xué)中，采用多媒體教學(xué)后，能有效地使學(xué)生掌握常用編程指令的具體應(yīng)用方法，了解數(shù)控機床加工時的操作動作和過程，但在具體應(yīng)用時，如編程軌跡處理、設(shè)置加工工藝參數(shù)、加工方法優(yōu)化等方面，由于學(xué)生在課堂教學(xué)中未能實際動手操作，增加了其理解和掌握的難度，一旦在教學(xué)中發(fā)生理論教學(xué)和實踐教學(xué)脫節(jié)的情況，將影響學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的數(shù)控編程及加工實習(xí)課程。另外，各院校在實訓(xùn)環(huán)節(jié)均存在教學(xué)瓶頸，主要由兩方面的原因所致：(1)資金原因，數(shù)控設(shè)備昂貴，一般學(xué)校很難滿足學(xué)生實訓(xùn)設(shè)備和材料的需求；(2)安全問題，數(shù)控加工具有危險性，由于程序錯誤或者操作失誤，很容易造成設(shè)備損壞或人員受傷[2]。在本課程教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)教學(xué)，可以很好地解決上述問題：(1)利用工程軟件CAM中的加工工藝參數(shù)設(shè)置功能，加強學(xué)生的數(shù)控加工工藝知識，如工件材料、毛坯、刀具參數(shù)、設(shè)定工件坐標系、走刀方式、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、切削深度、加工余量等，這些方面的知識在理論課堂講授時極其枯燥，學(xué)生沒有深刻印象，不能全面理解。(2)利用刀具軌跡模擬功能，提高學(xué)生的編程能力，如UG軟件CAM模塊提供了平面銑、型腔銑、固定軸曲面銑、多軸加工等多種加工模塊，內(nèi)容十分豐富。(3)利用加工仿真功能，代替真實加工。一般的加工仿真軟件具有強大的加工仿真功能以及相關(guān)的錯誤報警功能，通過單步或連續(xù)運行仿真加工，學(xué)生能夠非常直觀地看到整個零件的加工過程。當仿真加工中發(fā)生問題或發(fā)出報警提示時，學(xué)生可以修改相關(guān)參數(shù)重新生成加工仿真，直到正確。(4)后置處理功能能自動生成相關(guān)零件的加工程序，節(jié)省教學(xué)時間和教學(xué)精力。

通過上述案例可見，在課程教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)，能夠大大節(jié)省學(xué)校的教學(xué)資源，同時又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，并且大幅提高教學(xué)質(zhì)量。當然，采用虛擬仿真技術(shù)對課程教師和學(xué)生的要求較高。

3 案例教學(xué)和項目驅(qū)動教學(xué)

案例教學(xué)和項目驅(qū)動教學(xué)是一種教師與學(xué)生互動的教學(xué)方法，強調(diào)對學(xué)生實際工程關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)主要分為4個過程—模仿、練習(xí)、強化和創(chuàng)新。在具體實施過程中，課程教師必須結(jié)合實際工程問題，詳細講解1～2個工程案例，學(xué)生則根據(jù)所理解和掌握知識的情況，發(fā)揮主觀能動性，針對與案例相類似的某個特定項目進行模仿和練習(xí)。在此過程中，學(xué)生和教師必須具有良好的交互，以保證該項目能夠按照工程實際需求保質(zhì)保量地完成，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在本課程中，案例教學(xué)和項目驅(qū)動教學(xué)方法主要應(yīng)用于數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)控加工方面。課程教師在課堂上重點講解數(shù)控機床系統(tǒng)的設(shè)計、主軸系統(tǒng)的設(shè)計、典型零件的加工工藝及數(shù)控編程，內(nèi)容做到規(guī)范化、詳細化、完整化、正確化，以確保嚴格按工程實際情況執(zhí)行，讓學(xué)生有例可尋、有案可查。另外，教師備有一定數(shù)量的難易程度不同的項目以供學(xué)生選擇，學(xué)生可根據(jù)自身實際情況，自主選擇項目或者自行尋找項目，同時課程教師針對不同的項目制定相應(yīng)的評分機制。由此可見，在具體教學(xué)中應(yīng)用案例教學(xué)時，教師和學(xué)生受到教學(xué)時間、教學(xué)精力、能力、主觀能動性等因素的干擾，實施具有一定的難度，如能順利實施，無論是課程教師還是學(xué)生都將受益匪淺，不但可以提高教師的工作熱情、工程能力，很好地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，同時能夠提高教學(xué)質(zhì)量和相關(guān)人員的素質(zhì)。在此方面，我院課程教研組正在不斷地探討摸索中。

4 現(xiàn)場教學(xué)

筆者認為，現(xiàn)場教學(xué)是學(xué)習(xí)技術(shù)的最好教學(xué)方法之一，學(xué)生不但能生動直觀地了解操作技術(shù)，還能實際動手操作，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。目前，我院開設(shè)了一些實踐性的教學(xué)內(nèi)容，如機床認知實習(xí)、數(shù)控編程與加工實習(xí)、數(shù)控插補實驗、機械傳動實驗等，但由于受到教學(xué)資源和教學(xué)設(shè)備的限制，不能讓每個學(xué)生都享有充足的教學(xué)資源，這也是高校教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要矛盾之一。通過采用上述教學(xué)方法，我院很好地解決了這一矛盾。

5 結(jié)束語

多媒體教學(xué)、虛擬仿真技術(shù)教學(xué)、案例教學(xué)、項目驅(qū)動教學(xué)和現(xiàn)場教學(xué)各有特色，我院在數(shù)控機床及應(yīng)用課程教學(xué)中針對不同內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，節(jié)省了教學(xué)資源，有效地緩解了學(xué)校數(shù)控機床教學(xué)資源不足和學(xué)生人數(shù)眾多的矛盾，調(diào)高了學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)新能力，提高了教學(xué)質(zhì)量和人才素質(zhì)。

[1] 黃志榮,俞慶,錢偉忠.UG NX軟件在數(shù)控加工教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(19):18-19.

[2] 陳小怡.談CAM軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2008(3):17-19.