數(shù)控編程課程改革實踐

　　數(shù)控編程課程改革實踐【1】

　　摘 要 介紹中南大學(xué)在數(shù)控編程教學(xué)改革實踐中的主要措施和經(jīng)驗：合理分配課堂教學(xué)、仿真和實驗的學(xué)時比例;采用任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)方法組織課堂教學(xué);改革考核方式;注意其他相關(guān)課程銜接。

　　改革取得良好的教學(xué)效果。

　　關(guān)鍵詞 數(shù)控編程;課程改革;仿真和實驗

　　Abstract The major measures and experiences in the curriculum reform of numerical control programming in Central South University are introduced.

　　These measures and experiences including： allocating the class hours to classroom teaching， simulation and experiment reasonable; organizing the classroom teaching by the task drive type teaching method; reforming the assessment methods; paying attention to the connection to the correlated courses. The curriculum reform has got good effects.

　　Key words numerical control programming; curriculum reform; simulation and experiment

　　1 引言

　　計算機數(shù)控作為機械制造的革命性技術(shù)正越來越深地影響著制造業(yè)的發(fā)展，我國2011年國產(chǎn)機床數(shù)控化率已經(jīng)達到30.94%，而美國、歐洲發(fā)達國家已經(jīng)達到70%以上[1]。

　　因此，掌握數(shù)控機床的編程和操作方法已經(jīng)成為有志于從事機械制造行業(yè)畢業(yè)生的必備技能。

　　順應(yīng)這一趨勢，國內(nèi)眾多高校都開設(shè)了數(shù)控編程課程，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控編程和應(yīng)用能力。

　　數(shù)控編程實踐性很強，但又與機械制造工藝、金屬切削原理與刀具等專業(yè)理論課程聯(lián)系緊密，對于沒有太多機械加工經(jīng)驗的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)難度較大。

　　近年來，中南大學(xué)在數(shù)控編程教學(xué)的諸多方面進行了很多有益的嘗試，本文將總結(jié)改革中采取的主要針對性措施和取得的經(jīng)驗。

　　從課程體系上來講，數(shù)控編程可分為手工編程和計算機自動編程，大多數(shù)院校將計算機自動編程劃入CAM(Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)相關(guān)課程，在數(shù)控編程與應(yīng)用課程中主要講授手工編程內(nèi)容。

　　因此，本文中只包含手工編程的內(nèi)容，而不包含自動編程。

　　2 課程教學(xué)的主要難點

　　分析往年學(xué)生數(shù)控編程學(xué)習(xí)效果時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在以下幾個方面認為數(shù)控編程較難掌握。

　　2.1 難以與實際加工建立聯(lián)系

　　由于學(xué)生實際加工經(jīng)驗少，容易簡單地把數(shù)控編程的過程理解為僅是在數(shù)控環(huán)境下進行“CAD制圖”，無法站在制造角度看待。

　　具體又體現(xiàn)在：對工件坐標系建立過程理解不清;無法正確確立加工工藝路線;重插補指令，而輕視其余指令，甚至在編程時漏寫必要的輔助功能指令和其余準備功能指令。

　　2.2 數(shù)控代碼多，難以記憶

　　以華中數(shù)控HNC-2000T為例，基本的準備功能指令就有35個，基本輔助功能指令11個，尺寸字13個，刀具、進給、主軸指令各1個，其余指令16個，共計68個。

　　這些指令與自然語言聯(lián)系較少，僅有少數(shù)字母和數(shù)字組成，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中反映記憶困難，容易混淆。

　　2.3 工藝參數(shù)確定困難

　　由于缺乏足夠的感性體驗，學(xué)生反映對于主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、背吃刀量、刀具角度等工藝參數(shù)難以確定合理數(shù)值。

　　2.4 內(nèi)容枯燥

　　課程教授內(nèi)容比較具體，往往以一種具體的數(shù)控系統(tǒng)為對象，詳細講解其在各種加工中的編程和操作方法，這對于沒有多少實際機床操作經(jīng)驗的學(xué)生來說，顯得比較枯燥，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣比較困難。

　　2.5 缺乏自我評價手段

　　學(xué)生在學(xué)習(xí)其他理論基礎(chǔ)課程時，可以在課后通過做習(xí)題檢驗學(xué)習(xí)效果，及時地進行自我評價。

　　但數(shù)控編程知識的應(yīng)用對象是數(shù)控機床，只有通過實際加工才能發(fā)現(xiàn)存在的問題，現(xiàn)階段開放實驗室供隨時接受學(xué)生進行實驗的條件又不成熟，因此，學(xué)生對自己掌握知識的情況不太清楚，也無法獲得解決問題的成就感，進一步影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

　　3 綜合運用多種教學(xué)手段

　　對于數(shù)控編程這類面向?qū)嶋H操作和應(yīng)用的課程，單純依靠課堂講授效果往往較差，必須通過實驗增強學(xué)生的感性認識。

　　但由于硬件條件的限制，實驗耗時太長，同時成本也較高。

　　近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，很多院校引進了數(shù)控系統(tǒng)仿真軟件作為課堂教學(xué)和實驗的有益補償[2]。

　　課堂教學(xué)、仿真和實驗三種教學(xué)手段各有優(yōu)缺點。

　　課堂教學(xué)信息量大，學(xué)生學(xué)習(xí)時所受干擾小，但不夠形象，學(xué)生積極性差;仿真時可做集中講解，便于做到人手一機，包含多種數(shù)控平臺，還可以復(fù)現(xiàn)很多編程中出現(xiàn)的問題，成本低，但仿真畢竟與真實操作環(huán)境還是存在較大差距;實驗獲得的真實感最強，但教學(xué)效率最低。

　　如何在實際教學(xué)中平衡這三種教學(xué)手段，以獲得最佳的教學(xué)效果，是非常值得探討的問題。

　　中南大學(xué)近年來一直在摸索最佳的教學(xué)手段平衡方案，通過對比發(fā)現(xiàn)，三種教學(xué)手段在數(shù)控編程課程中占用圖1所示比例時效果最好：課堂教學(xué)55%，仿真20%，實驗25%。

　　同時，教學(xué)手段的選擇與授課內(nèi)容有較大關(guān)系，表1中列出了各種教學(xué)手段較適合的教課內(nèi)容。

　　4 任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)方法

　　以往數(shù)控編程教學(xué)較多采用以數(shù)控系統(tǒng)編程說明書的組織形式為教學(xué)主線，這樣做教學(xué)內(nèi)容覆蓋比較全面，學(xué)生復(fù)習(xí)相對容易，但也存在明顯的缺陷，即內(nèi)容松散，知識點容易混淆。

　　為解決第2部分中的2.1、2.2、2.4等難點，采用了任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)組織形式[3]，即打破原有的說明書似的內(nèi)容組織形式，除編程基礎(chǔ)和工藝分析采用傳統(tǒng)教學(xué)方法外，其余每節(jié)課都以一個具體的加工任務(wù)開始。

　　任務(wù)型教學(xué)法的組織流程如圖2所示，教師首先講解本節(jié)課要掌握的數(shù)控代碼語法，然后分析加工難點和注意事項，學(xué)生在查閱資料、相互討論基礎(chǔ)上形成加工方案，當(dāng)堂完成加工代碼，并進行仿真驗證。

　　在學(xué)生查閱資料的環(huán)節(jié)中可讓學(xué)生通過多種渠道獲得信息，除了傳統(tǒng)的編程說明書及其他教材外，還可以利用手機等智能網(wǎng)絡(luò)終端通過互聯(lián)網(wǎng)獲得更廣泛的信息。

　　任務(wù)型教學(xué)中，學(xué)生不僅僅是控制機床走一些簡單的軌跡，面對的是真正的加工任務(wù)，幫助他們建立數(shù)控編程與實際加工的聯(lián)系。

　　同時，由于是任務(wù)驅(qū)動，教授的指令自然會按相近功能的指令一起辨析講解，也便于學(xué)生記憶。

　　在這樣一種模式下，學(xué)生參與感大大增強，而解決問題的過程也是學(xué)生自我評價的過程，當(dāng)通過仿真驗證其想法時，也會激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性。

　　5 課程考核方式改革

　　學(xué)期末通過試卷考試的傳統(tǒng)考核模式在教學(xué)中出現(xiàn)了諸多缺點：首先，卷面考核難以考查學(xué)生實際解決問題的能力;其次，期末考試使得學(xué)生產(chǎn)生考前再突擊的倦怠思想，從而影響學(xué)期中的學(xué)習(xí)積極性。

　　如圖3所示，改革后的考核體系取消了期末卷面考試，共包括三個部分：期末大作業(yè)(50%)、課堂表現(xiàn)(40%)和出勤率(10%)。

　　期末大作業(yè)采用分組形式，每組負責(zé)加工一個復(fù)雜零件，組內(nèi)成員分別負責(zé)工藝、編程、仿真和機床操作，每人的工作既有協(xié)作，又有區(qū)分。

　　課堂表現(xiàn)是指在前述任務(wù)型教學(xué)中學(xué)生查閱資料、討論問題、編程和仿真中的表現(xiàn)，由教師當(dāng)堂打分。

　　在新的考核體系下，更加注重學(xué)生解決問題的能力，也從注重考試結(jié)果逐步向注重學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變。

　　同時，在考核中還鍛煉了學(xué)生的協(xié)作能力。

　　6 注意與其他課程的銜接

　　數(shù)控編程中需要用到機械制造方面很多專業(yè)課程的知識，是機械制造方面知識的綜合應(yīng)用。

　　因此，在安排教學(xué)大綱時要特別注意與其他緊密相關(guān)的專業(yè)課程的銜接關(guān)系。

　　根據(jù)經(jīng)驗，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控編程不久前剛修過機械制造工藝學(xué)和金屬切削原理與刀具，學(xué)生能在編程中較合理地確定工藝參數(shù);反之，如果學(xué)生沒有修過這兩門課程或者已修過太久，效果則相對較差。

　　因此，數(shù)控編程宜緊接著安排在機械制造工藝學(xué)和金屬切削原理與刀具兩門課程之后。

　　如果存在其他原因無法如此安排，最好在數(shù)控加工工藝部分增加金屬切削和刀具相關(guān)知識。

　　7 總結(jié)

　　在分析學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控編程時遇到的困難后，介紹了中南大學(xué)近年來課程改革的針對性改革措施以及取得的經(jīng)驗，實際教學(xué)效果表明，改革取得較好的效果。

　　參考文獻

　　[1]劉恒.伺服精密化力助數(shù)控機床“智造”[J].伺服控制，2012(1)：20-22.

　　[2]金魁.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控編程與加工教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2012(15)：139-140.

　　[3]楊世成.基于“任務(wù)驅(qū)動”的《數(shù)控編程》課程教學(xué)設(shè)計[J].職業(yè)技術(shù)教育，2007(8)：77-78.

　　數(shù)控編程與操作課程的改革實踐【2】

　　目前，我國許多職業(yè)院校的課程結(jié)構(gòu)體系采用的都是“理論教學(xué)+實踐教學(xué)”的模式。

　　從整體上看，專業(yè)課程設(shè)置比較符合生產(chǎn)實際要求，初步實現(xiàn)了課程設(shè)置的綜合化;但仍然缺乏“載體”，在教學(xué)過程中往往會不自覺地回到“學(xué)科化”的老路上。

　　筆者針對以上情況，根據(jù)所在學(xué)院的實情，在工學(xué)結(jié)合的指導(dǎo)思想下，將理論教學(xué)過程與實踐操作過程融為一體，圍繞數(shù)控編程與操作教學(xué)改革的目標進行教學(xué)實踐。

　　一、理實一體化教學(xué)

　　理實一體化教學(xué)，就是指由一位專業(yè)教師在同一空間和同一時間對該課程的理論知識、技能訓(xùn)練和生產(chǎn)實習(xí)同步進行教學(xué)，將專業(yè)理論課與實習(xí)課交替進行，直觀和抽象交錯出現(xiàn)，不存在固定的理論教學(xué)、實踐教學(xué)的先后順序。

　　該教學(xué)方式不僅做到了理論與實踐的溝通和聯(lián)系，而且能激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣和激情。

　　高職教育的宗旨是培養(yǎng)具有基本專業(yè)理論知識、熟練的操作技能、生產(chǎn)管理服務(wù)第一線需要的應(yīng)用型技能型人才。

　　工學(xué)結(jié)合是高職教育人才培養(yǎng)模式的顯著特征，也是高職教育的核心理念，其主要任務(wù)是讓學(xué)生在真實工作情境中對技術(shù)工作的任務(wù)、過程和環(huán)境進行整體化感悟和反思，從而實現(xiàn)知識與技能、過程與方法、情感與價值觀等方面學(xué)習(xí)的統(tǒng)一。

　　學(xué)校要想順利實現(xiàn)這一過程，必須進行課程改革，實現(xiàn)理實一體化教學(xué)，讓學(xué)生不但學(xué)到了專業(yè)知識和技能，而且能夠通過專業(yè)技術(shù)工作過程獲得職業(yè)意識和方法，通過同學(xué)間相互交流與協(xié)作形成綜合職業(yè)能力。

　　二、數(shù)控編程與操作課程改革實踐

　　在筆者學(xué)院，數(shù)控編程與操作課程分為數(shù)車和數(shù)銑兩部分，分兩學(xué)期開展教學(xué)。

　　現(xiàn)以數(shù)控車削的編程與操作課程為例進行教學(xué)改革實踐。

　　1.教學(xué)計劃的修改

　　該課程現(xiàn)在采用的是“理論教學(xué)+實踐教學(xué)”的模式，共安排124學(xué)時，其中理論教學(xué)42學(xué)時，實訓(xùn)教學(xué)中仿真教學(xué)20學(xué)時、機床操作60學(xué)時。

　　在課程改革中對此進行了調(diào)整，見表1、表2所示。

　　將理論的42個學(xué)時縮減成20學(xué)時后，整合到實訓(xùn)教學(xué)的仿真實習(xí)中。

　　在仿真教學(xué)過程中，保證每位學(xué)生都有一臺裝有數(shù)控仿真軟件的電腦，老師講解指令后學(xué)生能馬上進行程序的仿真加工，起到了“熱炒熱賣”的效果。

　　2.教學(xué)過程及成果對比

　　理論教學(xué)通常是兩個課時連堂，雖然借助了多媒體，但仍因時間有限，不能將所有教學(xué)內(nèi)容仿真，尤其是無法開展課堂編程練習(xí)。

　　理實一體化教學(xué)通常是四個課時連堂，每當(dāng)老師講解完例題，就仿真演示給學(xué)生看，然后出課堂練習(xí)題，學(xué)生自己操作、老師巡回指導(dǎo)。

　　課堂練習(xí)不再是枯燥的作業(yè)本練習(xí)，而是可見實體的仿真加工(如表3所示)，學(xué)生自然學(xué)習(xí)興趣濃厚，求知欲較強，知識掌握也更為牢固。

　　筆者學(xué)院本學(xué)期的教學(xué)改革實踐，在10級數(shù)控專業(yè)抽取了學(xué)習(xí)情況大體相同、學(xué)生人數(shù)均為50人的兩個教學(xué)班，分別采用傳統(tǒng)教學(xué)方式和理實一體化教學(xué)方式。

　　兩個班的學(xué)生在參加學(xué)校考教分離的測試和國家數(shù)控車床操作工考證時，顯示出教學(xué)結(jié)果有較大差異，如表4、表5、表6所示。

　　本次教學(xué)改革讓我們進一步明確，工學(xué)結(jié)合的課程的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了工作過程的完整性，體現(xiàn)了源于工作崗位的任務(wù)和職業(yè)能力的要求，應(yīng)著力推行理實一體化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力。

　　數(shù)控車床編程與操作課程改革實踐【3】

　　根據(jù)中職學(xué)生的培養(yǎng)目標，學(xué)校編程與操作提倡教師開展課程改革，所以筆者覺得有必要對數(shù)控車床編程與操作這門課程進行教學(xué)改革，從教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方法與手段和實踐教學(xué)體系進行改革，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)掌握數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用型、技能型人才，滿足市場對該類人才的需求。

　　一、教學(xué)內(nèi)容的改革

　　根據(jù)中職教育的特點，課程教學(xué)內(nèi)容要圍繞知識、能力、素質(zhì)這三方面來進行。

　　同時，必須具備基礎(chǔ)性、實用性、時效性和新穎性。

　　數(shù)控車床編程與操作理論教學(xué)內(nèi)容包括基本的編程、零件的工藝分析、機床的基本操作、caxa數(shù)控車軟件的基本操作和應(yīng)用。

　　由于數(shù)控車技術(shù)發(fā)展很快，而實訓(xùn)時間只有2周-4周，為了讓學(xué)生在最短的時間內(nèi)學(xué)到最多的知識，數(shù)控車這門課程應(yīng)緊跟數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，將目前有關(guān)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用方面的新知識、新技術(shù)及時傳授給學(xué)生。

　　所以，應(yīng)對課程內(nèi)容與教材進行更新和調(diào)整。

　　教材以講明基本概念、基本原理為主，可刪去一些繁鎖的計算過程和過時的教學(xué)內(nèi)容。

　　二、教材內(nèi)容與教學(xué)目標

　　在數(shù)控車課程教材的建設(shè)中，應(yīng)以課程的基本要求為基礎(chǔ)。

　　筆者學(xué)校選擇了中、高職職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控類一體化教材。

　　根據(jù)教學(xué)目標分類學(xué)理論知識，筆者認為可將認知領(lǐng)域的教學(xué)目標分為知識、理解、應(yīng)用、分析、綜合等5個類別。

　　本課程知識級的主要教學(xué)目標是：數(shù)控編程中的基本規(guī)則以及數(shù)控編程中常用代碼的意義、用途。

　　“理解”是能力發(fā)展的基本層次，是對知識材料的轉(zhuǎn)換、解釋、推斷。

　　本課程理解數(shù)控指令編程的格式、應(yīng)用;解釋坐標系規(guī)則、定義，并識別各典型機床坐標系;理解數(shù)學(xué)處理的基本方法;理解典型數(shù)控機床加工程序編制的基礎(chǔ)(機床主要功能、加工工藝范圍、工藝裝備、編程特點等)。

　　“應(yīng)用”是將知識和技能運用到實際中解決實際問題。

　　本課程應(yīng)用主要教學(xué)目標：掌握典型數(shù)控機床的常規(guī)編程方法，進行一般形狀零件加工程序的分析及編制。

　　三、教學(xué)手段和實踐教學(xué)的改革

　　隨著計算機技術(shù)的普及，通訊技術(shù)和傳媒手段迅猛發(fā)展，教學(xué)方法、教學(xué)手段應(yīng)隨著科學(xué)的發(fā)展而改變。

　　一張嘴、一本書、一塊黑板、一支粉筆的傳統(tǒng)教學(xué)方法已不適合現(xiàn)代教學(xué)的要求，取而代之的將是幻燈、錄像、多媒體教學(xué)，其豐富的信息儲備量、快速的運行速度、強烈的感染力成為教師首選的教學(xué)手段。

　　利用多媒體課件進行《數(shù)控車》課程的教學(xué)，可以使教學(xué)生動、形象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

　　數(shù)控車是一門實踐性很強的課程，為了達到數(shù)控技術(shù)和其他機械類專業(yè)對本課程的要求，必須建立本課程獨立的實踐教學(xué)體系，即數(shù)控車床的編程及數(shù)控機床仿真操作實訓(xùn)──綜合實踐數(shù)控機床操作訓(xùn)練。

　　1.課程實驗

　　主要開設(shè)數(shù)控機床結(jié)構(gòu)實驗，使學(xué)生了解數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)，同時開設(shè)數(shù)控編程的實訓(xùn)。

　　每個學(xué)生一臺電腦，完成數(shù)控車編程及仿真訓(xùn)練。

　　對學(xué)生進行數(shù)控車床仿真操作訓(xùn)練，使學(xué)生掌握數(shù)控車床的程序輸入、刀具參數(shù)設(shè)置、機床調(diào)整、機床維護知識，使學(xué)生能夠操作數(shù)控車床并加工出合格零件，培養(yǎng)學(xué)生操作機床的基本技能。

　　2.綜合實踐訓(xùn)練

　　學(xué)生根據(jù)教師提供的零件進行選擇與操作，分析零件結(jié)構(gòu)、制訂工藝過程、工藝路線，選擇刀具、夾具等，編制加工程序，自己動手加工出零件，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力。

　　四、考試方法的改革

　　考試是教師和學(xué)生每學(xué)期都必須經(jīng)歷的事情，然而，考試教育并不受學(xué)生歡迎，考試成績并不代表學(xué)生學(xué)到的知識，學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)，效果不是很好。

　　所以，怎樣考核學(xué)生，是十分重要的。

　　好的考試方法，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，改善學(xué)生學(xué)習(xí)的風(fēng)氣，提高教學(xué)效率。

　　為了尋找一種科學(xué)、合理、有效的考試方法，筆者認為有必要對目前的考試方法進行改革。

　　考試應(yīng)該采取多種形式進行，才能反映學(xué)生各方面的能力水平。

　　經(jīng)過一個學(xué)期的項目化教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大地提高了，學(xué)習(xí)效果比以往好，但由于這是第一次實施課程改革，有些地方還有待完善。

　　希望在以后的教學(xué)進行更深的探討，相信在“教與學(xué)，學(xué)與做”一體化后，學(xué)生會學(xué)到真正的技能，能適應(yīng)社會的發(fā)展。

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