機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程的建設(shè)與探索

【摘要】本文分析了在機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中存在的幾個關(guān)鍵問題，結(jié)合成都理工大學(xué)的實際，提出了課程建設(shè)的思路及目標(biāo)，文中詳細(xì)介紹了在教學(xué)內(nèi)容整合、深化，教學(xué)方法改進(jìn)以及實踐教學(xué)平臺建設(shè)等方面的經(jīng)驗。對激發(fā)學(xué)生主動探究的興趣，訓(xùn)練學(xué)生的工程視角，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才有可借鑒的意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)床數(shù)控技術(shù) 課程建設(shè) 人才培養(yǎng)

【中圖分類號】TG659 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）01-0248-02

一、引言

機(jī)床數(shù)控技術(shù)，是數(shù)控機(jī)床的核心，它融合了精密機(jī)械、電子、計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測等技術(shù)的最新成就，有效的解決了復(fù)雜型面、精密、小批量、多變零件的機(jī)械加工問題，其發(fā)展和應(yīng)用水平是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，體現(xiàn)了國家綜合國力[1]。機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程作為體現(xiàn)機(jī)械工程專業(yè)特色和實現(xiàn)學(xué)生知識、能力、素養(yǎng)培養(yǎng)的專業(yè)核心課程，具有多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域技術(shù)集成創(chuàng)新、實踐性強等特點，在機(jī)械工程專業(yè)教學(xué)體系中占有重要位置。

近年，成都理工大學(xué)的機(jī)械工程及自動化專業(yè)結(jié)合省級卓越工程師培養(yǎng)計劃，不斷研究、探索培養(yǎng)創(chuàng)新能力強的高質(zhì)量工程技術(shù)人才的新思路、新體系、新模式，深入開展了包括專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊、實踐教學(xué)平臺、人才培養(yǎng)方案、課程教學(xué)改革等方面的建設(shè)。機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程結(jié)合相關(guān)平臺同時進(jìn)行了大量的探索和實踐。

二、機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中的幾個關(guān)鍵問題

1.難于把握課程理論知識的深度和廣度

機(jī)床數(shù)控技術(shù)是由各種技術(shù)相互交叉、滲透、有機(jī)結(jié)合而成的一門綜合性學(xué)科，具有很強的系統(tǒng)性和實用性。一方面，現(xiàn)代機(jī)床數(shù)控技術(shù)在社會生產(chǎn)需求的推動下高速發(fā)展，而在教學(xué)學(xué)時普遍不足的情況下，出現(xiàn)了相關(guān)理論基礎(chǔ)、知識難點和前沿技術(shù)三者的取舍、綜合問題；另一方面，由于數(shù)控技術(shù)理論知識教學(xué)內(nèi)容相對枯燥，當(dāng)教學(xué)手段、方法無法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣時，更加大了對理論知識講授深度和廣度的把控難度。

2.課程實踐教學(xué)資源不足

傳統(tǒng)的數(shù)控實踐教學(xué)平臺往往以各種數(shù)控車銑床、加工中心為主，這類以操作實踐為主要目標(biāo)的教學(xué)設(shè)備價格昂貴，建設(shè)成本極高，除非資金非常充足，否則很難在短時間內(nèi)建起功能豐富、具有一定規(guī)模的實踐教學(xué)平臺。這種思路，往往惡化了設(shè)備建設(shè)的循環(huán)發(fā)展條件，造成數(shù)控培養(yǎng)系統(tǒng)功能單一，甚至技術(shù)落后；同時，精密、昂貴的數(shù)控機(jī)床對操作者提出了很高的要求，從實踐教學(xué)安全性等方面考慮，有時不得將某些綜合性實驗、實訓(xùn)內(nèi)容等轉(zhuǎn)變成演示性實驗，難以達(dá)成學(xué)生實踐動手能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.教學(xué)方法與課程多方位實際應(yīng)用特點的不協(xié)調(diào)

數(shù)控技術(shù)是一門典型源于實踐、用于實踐的多學(xué)科理論與多方位實踐運用的課程。不僅是技術(shù)集成創(chuàng)新的產(chǎn)物，也是科技再創(chuàng)新的重要源頭[2]。而傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心、知識灌輸為主，這種“填鴨式 ”的教學(xué)方式和學(xué)生“被動接受”的學(xué)習(xí)模式破壞了實踐主體的主動性、獨立性和創(chuàng)造性，學(xué)習(xí)者必然缺乏面對多方位工程實際應(yīng)用環(huán)境所需的看問題、想問題和解決問題的行動能力。

三、課程建設(shè)的思路和目標(biāo)

為了培養(yǎng)出具有扎實理論基礎(chǔ)、先進(jìn)技術(shù)理念、寬泛工程視角，創(chuàng)新精神突出，實踐動手能力強、綜合素質(zhì)高的高質(zhì)量人才，機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程的教學(xué)改革勢在必行。

按照大學(xué)課程建設(shè)要符合現(xiàn)代教育思想、符合科學(xué)性、先進(jìn)性和教育教學(xué)的普遍規(guī)律[3]，結(jié)合機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程自身的特點，本課程以“理論與實踐并重，實用與先進(jìn)并重，突出創(chuàng)新，強調(diào)應(yīng)用”為指導(dǎo)思想創(chuàng)建教學(xué)內(nèi)容；以強化學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐動手能力，形成以學(xué)生為中心的先進(jìn)教學(xué)方法；以豐富功能，教、研結(jié)合，構(gòu)建多層次遞進(jìn)式實踐教學(xué)體系，實現(xiàn)從靜態(tài)知識傳授向智能教育的轉(zhuǎn)變。

四、課程教學(xué)建設(shè)與實踐

1.整合、深化教學(xué)內(nèi)容

在專業(yè)課的教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容的組織對實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)十分重要。在有限的學(xué)時數(shù)里，一方面必須精簡教學(xué)內(nèi)容，同時注意知識體系完整；另一方面必須順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，抓實用性和先進(jìn)性。為此，我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性調(diào)整、重組和更新。比如，在緒論中注重對數(shù)控機(jī)床基本工作原理、機(jī)床數(shù)控技術(shù)知識體系及相關(guān)專業(yè)術(shù)語介紹；要求學(xué)生利用搜索引擎工具和校園網(wǎng)圖書館電子資源廣泛查閱文獻(xiàn)資料，完成一份數(shù)控技術(shù)國內(nèi)、外應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展方向的研究報告，為課程后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的展開和帶著興趣的自主學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。然后以學(xué)生熟悉的機(jī)械設(shè)計技術(shù)作為切入，介紹數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點。該部分教學(xué)內(nèi)容不僅能加強學(xué)生對前期各種機(jī)械設(shè)計類課程知識的再應(yīng)用，也要體現(xiàn)出機(jī)床技術(shù)的發(fā)展前沿。為此在探討提高數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度時，引入對有限元分析的應(yīng)用，選擇學(xué)生們相對較熟悉的PRO/e軟件，介紹如何分析數(shù)控機(jī)床工作臺結(jié)構(gòu)剛度問題，同時要求學(xué)生根據(jù)這個實例，課后自主研究學(xué)習(xí)PRO/e軟件的CAE功能，從而拓展了他們在CAD/CAM軟件應(yīng)用方面的實際能力。接下來將數(shù)控系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容分作了四部分。首先介紹連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)控插補原理，這是數(shù)控系統(tǒng)的核心計算功能。在這部分內(nèi)容的教學(xué)過程中，設(shè)計了一個自主開發(fā)的插補運算平臺，使學(xué)生可以在該平臺上完成各種插補算法的學(xué)習(xí)和程序編寫（自選內(nèi)容），極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時增強了他們的高級語言編程能力。然后以有形的NC系統(tǒng)技術(shù)著手，展開到CNC系統(tǒng)技術(shù)，再擴(kuò)展到伺服檢測技術(shù)的介紹。這部分教學(xué)內(nèi)容抽象，是重點也是難點。但對機(jī)械專業(yè)的同學(xué)來說，由于電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)方面的知識能力普遍不足，成了比較薄弱且難于突破的環(huán)節(jié)。其教學(xué)內(nèi)容的組織必須注重先進(jìn)性和實用性，為了減少學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的茫然，我們抓住了一個簡單機(jī)電一體化系統(tǒng)研發(fā)的技術(shù)路線這個關(guān)鍵，處處緊扣這個核心，使學(xué)生對學(xué)習(xí)對象的認(rèn)識更加清晰。最后部分的教學(xué)內(nèi)容安排對數(shù)控工藝及編程技術(shù)的介紹，在內(nèi)容上除了注重基本的數(shù)控工藝分析和編程指令的講授，同時加強了對CAD/CAM軟件自動編程技術(shù)的學(xué)習(xí)。要求學(xué)生在設(shè)定的工程環(huán)境中具有較強的操作能力和編程能力。

2.改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)方法是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。為了配合上述教學(xué)內(nèi)容的開展，在有限的學(xué)時內(nèi)完成基礎(chǔ)理論、實用技術(shù)和前沿知識的傳授，學(xué)生必須在學(xué)習(xí)目的明確的情況下具有自主學(xué)習(xí)的能力和積極性，因此，著眼于促進(jìn)以學(xué)生為中心的教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變是十分必要的。

首先根據(jù)內(nèi)容特點采用靈活的授課形式，包括課堂講授，討論，自學(xué)，現(xiàn)場課，避免“填鴨式”的一講到底。在課堂教學(xué)形式上，加強師生交流，重點講思路，講方法，提問題，啟發(fā)學(xué)生對老師所提問題進(jìn)行獨立的邏輯思考和研究探索，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和終身學(xué)習(xí)能力。精心設(shè)計討論課的內(nèi)容，討論題目大多無標(biāo)準(zhǔn)答案，具有較強的探究性。比如以一個實際的機(jī)械零件的數(shù)控加工工藝分析及編程為例，同學(xué)們可以分組研究討論，然后派代表上臺主講，展示程序及仿真加工效果，互相問辯，最后由老師總結(jié)、點評。針對比較抽象、難于理解的某些教學(xué)內(nèi)容，則采用現(xiàn)場課，如數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和伺服檢測系統(tǒng)的基本工作原理等，則可在數(shù)控綜合實驗平臺上一邊講解一邊演示來完成。

其次，充分利用多媒體、視頻和動畫來提升教學(xué)效果，改變知識表述方法的單一性，建立多工程實際應(yīng)用環(huán)境，使學(xué)生在生動活潑的教學(xué)過程中牢牢掌握理解困難并且抽象的數(shù)控知識，熟悉以工程師視角分析問題、解決問題的方法。多媒體教學(xué)中同時要注意活潑課堂氣氛，抓住經(jīng)典內(nèi)容，以多媒體結(jié)合板書推導(dǎo)，調(diào)動學(xué)生積極參與教學(xué)過程，不斷啟發(fā)學(xué)生跟隨老師思路積極思維，做到“學(xué)、思、行”結(jié)合，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題以及邏輯思維的能力，也加強了師生間的互動交流。一般來講，機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程的動畫演示（尤其是各部件工作的動態(tài)展示），難以通過實際部件組建實現(xiàn)，也很難在網(wǎng)絡(luò)資源里找到相應(yīng)資源。為了讓學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有直觀而清晰的認(rèn)識，可以利用自主研制開發(fā)的教學(xué)平臺或設(shè)備去獲取動態(tài)知識素材。比如對數(shù)控插補的含義、原理、特點的理解我們就借助了一個基于VB的數(shù)控加工預(yù)處理系統(tǒng)來演繹，使抽象的知識也能通過視覺直觀的獲取。

3.注重實踐教學(xué)平臺建設(shè)

本課程的實踐教學(xué)必須以培養(yǎng)學(xué)生的工程視角、技術(shù)應(yīng)用能力、操作技能和創(chuàng)新精神為目的，創(chuàng)建真實的多工程應(yīng)用環(huán)境，將“主動實踐”貫穿于整個教學(xué)過程，抓“基礎(chǔ)性、認(rèn)識性、創(chuàng)新綜合性”三個層次的實踐教學(xué)內(nèi)容，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的開展中使實踐教學(xué)和理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合并相互補充，教學(xué)和科研相互促進(jìn)，構(gòu)建多層次遞進(jìn)式實驗教學(xué)模式。

在有限的資金條件下，我們重點建設(shè)三種類型的實驗平臺。第一類平臺擬建成以PPCNC系統(tǒng)為主的集數(shù)控編程與加工一體化的實驗平臺。傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備“買不起、養(yǎng)不起、用不起、責(zé)任擔(dān)不起”的特點使一般學(xué)校要么無機(jī)可用，要么有機(jī)怕用，進(jìn)而造成學(xué)生們在數(shù)控加工實踐動手能力方面始終“眼高手低”。個人便攜式數(shù)控機(jī)床（Personal Portable CNC，簡稱PPCNC）是一種針對數(shù)控加工教學(xué)的新型教學(xué)設(shè)備，它以塑料、代木作為加工對象，能滿足數(shù)控加工核心內(nèi)容的培訓(xùn)要求，具有現(xiàn)場教學(xué)互動性好、造價低、安全性高、場地要求低、運行維護(hù)成本低等特點，能較好的應(yīng)對上述數(shù)控教育的困擾，滿足開放性教學(xué)的要求。第二類平臺數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計、組裝、調(diào)試、維護(hù)等多功能綜合實訓(xùn)系統(tǒng)，可以將課堂教學(xué)和實訓(xùn)緊密結(jié)合，以學(xué)生主動探求知識為前提，圍繞研究性教學(xué)內(nèi)容展開，通過分析問題和解決問題，重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。第三類平臺CAD/CAM及數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，主要提供數(shù)控加工仿真及自動編程技術(shù)的學(xué)習(xí)，旨在提升學(xué)生對工程實際應(yīng)用中各類數(shù)控系統(tǒng)操作的應(yīng)對能力及利用CAD/CAM軟件進(jìn)行編程的能力。在上述三類平臺上精心設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容，有利于構(gòu)建起多層次遞進(jìn)式實驗教學(xué)模式。

五、結(jié)束語

本課程的教學(xué)建設(shè)探索旨在面向市場需求，提高數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的創(chuàng)新性、實用性和先進(jìn)性。從教學(xué)內(nèi)容的整合、教學(xué)方法的改進(jìn)、實踐平臺的建設(shè)等三方面出發(fā)，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為核心，激發(fā)學(xué)生主動探究、學(xué)習(xí)的興趣；訓(xùn)練學(xué)生的工程視角，提升面對實際工程環(huán)境分析問題和解決問題的能力。MOOCS風(fēng)暴強烈地沖擊著傳統(tǒng)大學(xué)教育模式，必將促進(jìn)機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程的一線教學(xué)人員對構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、開放型的教學(xué)和實踐環(huán)境，以及與之適應(yīng)的課程知識體系和教學(xué)方法進(jìn)行更多的研究探索。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳彬. 高校精品課程建設(shè)思考[J].黑龍江高教研究. 2004（11）： 90～91.

作者簡介：

楊健，女 ，副教授，博士，研究方向：機(jī)械電子，先進(jìn)制造技術(shù)。