数控课程教学模式研究

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摘 要 为培养数控技术的应用型人才，适应机床数控技术日新月异发展的需要，对机床数控技术课程的教学模式进行改革。结合多种现代化的教学手段和多媒体数控实验室，理论教学采用课堂授课、现场教学和双语教学相结合的全方位的教学模式，实验教学采用模拟验证性实验、设计性实验和综合性实验等不同的实验方法，取得较为理想的教学效果。

关键词 数控课程；多媒体数控实验室；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：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

大力发展以数控技术为核心的先进制造技术，已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力的重要途径。而我国机床工具工业协会的信息表明，我国机床消费量为世界第一，我国机床的数控化率正在向发达国家的数据靠拢，中国逐渐成为“世界制造中心”。因此，整个制造业对从事数控编程、数控加工和数控设备维修的数控高级应用人才的需求每年还将继续增加。作为培养数控技术人员的高校，已把数控技术课程作为现代机械制造类专业的专业主干课程之一。很多高校也在对数控技术课程的授课模式和授课内容进行不断的改革与探索[1-3]。如何提高数控技术课程的教学质量，搞好数控课程的教学工作，是高校教师面临的一个重要课题。笔者结合自己的教学工作，探索了几种行之有效的教学方法。

1 全面正确认识课程特点

数控技术课程作为数控专业主干课程之一，有其自身固有的特点。只有正确认识课程特点，授课中才能有针对性。

1.1 知识面宽

数控技术是一门综合了多个技术领域的多学科交叉的综合技术，是高度的自动化控制技术，也是近年来应用领域中发展十分迅速的一项高新技术。它是集机械设计与制造工艺、电子技术、自动控制理论、计算机技术、传感器技术、软件技术、信息技术、机电一体化技术等于一体的多学科的综合技术。

1.2 理论性强，实践性更强

该课程具有较强的理论性，学习本课程的目的是使学生在短时间内掌握数控机床的基本概念、数控原理、插补原理、硬件和软件结构、进给伺服系统、检测原理、手工编程和计算机辅助编程等内容，掌握典型的数控车床、铣床的编程知识与操作。因此，数控技术首先是一门系统性较强的理论课。同时，数控技术课程又是一门实践性很强的课程[4]，离开实践就谈不上素质培养，实践是知识转化并升华为素质的根本条件。教学中的很多环节，都必须用相应的实验或实训教学来加深对理论知识的巩固与理解，如数控机床结构剖析、数控加工工艺分析、数控编程、数控机床的操作与维修等都离不开实践。

1.3 知识更新快

随着计算机技术、控制技术的飞速发展，对传统的制造业提出严峻的挑战，许多发达国家包括发展中国家对现代制造技术进行研究开发，提出更新的制造模式。数字化的控制技术正在发生根本性的变革，传统的、封闭的数控系统已越来越不适应加工的要求，因此必须采用基于PC的开放式数控系统。数控系统涉及的领域也在不断拓展，在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术。数控系统的功能不断完善，可实现高速、高精、高效控制，可自动修正、调节与补偿各项参数，可在线诊断和智能化处理故障。数控系统的集成化程度不断提高，可与CAD/CAM集成为一体，实现中央集中控制的群控加工。

2 理论课教学方法灵活多样

数控技术理论课的学习，传统的教学方法是单一的课堂教学，课堂教学时教师对着课本讲各种控制指令和机床的运动部件的各种动作，需要学生具有很好的想象力，学生反映听课“如听天书”。这种单向灌输式的教学方法，已不适应信息社会的发展，必须根据不同的授课内容，采用全方位的立体教学模式和现代化教学手段，使信息由单向传递变为双向流动，这样才能使学生对所学知识有一个系统的、全面的认识，以达到理想的教学效果。

2.1 课堂授课

对理论课的学习，课堂教学是主要的授课形式，主要讲授基本理论知识，占总学时的70%左右。课堂教学也要做到以人为本，传统的教学是以教师为中心、以书本为中心、以课堂为中心，重教有余、重学不足的单一教学方法。而要做到以人为本就是要以学生为主体，按照现代化的教学模式，充分体现学生的主体地位。

课堂授课过程中还要注意运用各种有效的教学手段，如多媒体动感文字图片、模拟动画、生产现场视频、相关的音像教材等，做到图文并茂，使之构成一套内容丰富、表现形式多样的立体教材。要注重因材施教，灵活多样的教学方法也是保证教学效果的重要法宝。课堂上要注意采用不同的教学方法，如讨论启发式教学法、问答式教学法、案例式教学法、项目式教学法[4-6]等多种方法，不仅能激发学生的学习兴趣，而且能收到事半功倍的效果，适应应用型本科教育。

例如，在讲授逐点比较法差插补原理时，可设置问题：程序中给定的坐标是有限的，怎样使刀具能够沿着给定的轨迹（直线或圆弧）运动呢？让学生先自己思考、分析，而后笔者结合自己的科研工作，将用高级语言编制的插补程序（图1）进行模拟运行，通过对程序的执行和不同参数变化对运行轨迹的影响，使学生能对插补原理有一个感性的认识，明白刀具在加工过程中是怎样运行的。这样的情景设置和和动画教学能够使学生加深对知识的理解，同时培养学生独立思考问题的能力，激发创新意识和学习的主动性。

2.2 现场授课

数控技术传统的教学方式，理论教学和实验教学是完全分离的。实践证明，有些理论内容单纯在课堂上讲解显得很抽象，不便于学生接受和理解，这样的内容就考虑采用现场教学，这部分内容大约占总学时的20%。现场教学过程中可充分地利用实验教学设备，使学生在教与学的互动过程中学习，这样能够发挥学生的主观能动性，极大地调动他们的学习热情，比课堂授课更直观、更形象、更容易接受，教学效果比较理想。

如在讲授编程五大功能指令（G功能、M功能、F功能、S功能、T功能）时，采用现场教学，利用学校数控技术研究所研发的由微型数控铣床、微型数控车床构建的数控多媒体实验室，边讲解边操作，在MDI方式下输入相应的运行指令，其运行情况可以在屏幕上模拟，同时机床的相关部件可以实现相应的运动。这样的授课方式能加深对编程指令的理解和掌握。又如，在讲授机床各个坐标方向运动时，也可采用现场教学，在手动操作方式下，使机床各坐标方向实现相应的运动，以使学生加深对机床坐标系的认识。

现场教学用的数控多媒体实验室如图2所示。在多媒体教室进行现场授课，可以让学生在很短的时间内掌握书本知识、实验技能、基本操作技能，时间短、效率高、效果好，同时也大大方便了教师的教学，大大减轻了教师的劳动强度。

2.3 双语教学

随着世界经济的一体化及世贸组织的加入，跨国界的企业间的业务往来日益频繁，这就要求大学生要有一定的英语水平，这样才能进行正常的贸易往来。目前我国机械制造业的数控化率正在不断提高，是机床消费大国，而我国所使用的高档数控机床大约有30%是进口的，其操作界面大多是纯英文的，一些常用的CAD/CAM软件（如UG、ProE等）也是英文版本，所以数控技术人员要能熟练地编写程序、操作和维护机床，还必须有很强的英语应用能力。因此，有必要对数控技术课程实施双语教学。目前，学校在理论教学中已开始尝试双语教学，这样既培养学生数控技术方面的专业知识，又提高了学生的英语应用能力，适应了社会发展对人才的需求。

3 实验形式不拘一格

为了提高学生的动手操作能力、创造能力、抽象思维能力和综合判断能力，在数控课程的教学中，还要加强和完善实验教学环节[7]。本课程实验的目的是让学生通过实际动手掌握数控机床的基本操作，将所学的理论知识应用到实践中来。因此，要求根据不同的实验内容采取不同的实验方法。

3.1 模拟、验证性实验

理论课中讲授的原理性的知识有必要在实验中进行重新认识，对这些内容可以开设认识性实验。如机床的切削进给运动、快速运动等，可通过实验教师编写简短的程序进行演示、验证；或通过数控加工仿真系统（学校配有FANUC仿真系统、SIEMENS仿真系统等）对加工过程进行演示，既保证了程序的真实性，又培养了学生熟练操作机床的能力。

3.2 设计性实验

为激发学生学习数控知识的兴趣，要有针对性地开设设计性实验，以便给学生更多的自行设计空间，充分发挥学生的潜能。对于数控加工部分有必要开设设计性实验，如给学生一张零件图纸，要求学生对工艺规程进行设计，包括分析图纸、拟定加工方案、安排工艺顺序、选择刀具和夹具、规划走刀路线、编制加工程序等，把所编制的程序通过相应的机床进行加工试验。这样学生有成就感，会激发学生的学习兴趣、大大提高学习的积极性。

3.3 综合性实验

目前，机械制造行业要求培养的数控技术人才不仅是数控编程加工操作人员，还要能够完成零件造型与自动编程，能对机床进行维护、维修等。因此，要求学生必须掌握从零件设计造型到数控编程加工操作的全部过程，所以在实验时要开设一些综合性的实验。如山东理工大学开设的综合性实验之一是要求学生能用CAD/CAM软件完成零件的造型、自动编程与加工。图3为学生通过MasterCAM软件对零件进行建模、自动生成数控加工程序，而后自己通过操作微型数控车床加工的零件。通过该综合性实验，学生基本掌握了零件从设计建模、工艺参数设置、数控程序生成到机床操作等基本知识和技能。同时，教师在授课实验过程中故意对机床的某些机械或控制部分进行故障设置，让学生自己查找原因，并进行维修维护。

4 总结

机床数控技术课程的教学是一门理论和实践性较强的课程，只有正确认识数控课程的特点，紧密把握数控技术发展的前沿，不断改革、不断完善，不断尝试新的教学方法和教学手段，使之与时俱进，才能有效地增强授课的效果。目前探索出的课堂授课、现场教学、双语教学相结合的理论教学方法和模拟验证性实验、设计性实验、综合性实验相结合的实验实训方法，已形成一套成熟的，集理论授课和实验教学于一体的，具有应用型本科特色，适应机械类各专业教学要求的数控技术课程理论教学体系和实践教学体系。在本教学体系中，学生在较好地掌握数控技术理论知识的前提下，能够很好地与实践相结合，教学效果显著，适应了社会对高素质人才的需求。

参考文献

[1]隋秀梅，刘宏伟，李国会．数控技术专业人才培养模式的改革与实践[J]．教育与职业，2010（10）：118-119．

[2]张雷涛.高技能数控专业人才的培养方案[J].中国职业技术教育，2004（33）：19-20.

[3]董晓威，金中波，刘天祥.机床数控技术课程教学改革的研究与探索[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2012（4）：48-49.

[4]张莉洁，宋健辉.数控技术应用专业实施“做中教、做中学”教学模式的探索[J].中国职业技术教育，2102（5）：78-80.

[5]孟淑英，续海峰.基于应用型人才培养数控实践教学分析与研究[J].机械管理开发，2011（3）：181-183.

[6]朱仁盛，申倚洪.任务驱动教学法在数控专业教学中的探索[J].装备制造技术，2007（3）：100-102.

[7]王海洋，张晓光.高校数控实训课教学方法的实践[J].辽宁工业大学学报：社会科学版， 2011（1）：132-134.