中等職業學校數控專業仿真教學方法研究

王德強　郭炯

摘 要：隨著CNC、CAM/CAD等先進技術的發展，我國裝備制造業的發展速度也在日益加快，社會對數控技術的需求也推動了廣大中等職業學校對數控應用技術的高度關注，但多數中等職業學校因受到硬件設施、師資力量、教學安全等因素的限制，實操訓練難以開展，因此仿真教學應運而生，在中等職業學校被廣泛應用。

仿真教學就是用電腦來模擬真實自然現象或社會現象，學生模擬扮演某一角色進行技能訓練的一種教學方法，從概念來看仿真教學的本質還是教學方法，因此在具體實施過程中，必須從實施準備和實施過程兩個方面充分考慮各種可能性，最終得出最優結果。

1 數控專業開展仿真教學的必要前提條件

1.1 硬件設施

基于斯沃數控仿真軟件的數車仿真教學，必須以計算機為載體，利用仿真軟件的模擬效果對學生進行訓練。因此在教學硬件設施方面必須達到以下幾點要求：一是作為仿真訓練的載體和教學實施主要場所，必須有一間由投影儀、計算機、視頻展示臺、中央控制系統等現代化教學設備組成的虛擬仿真實驗室；二是為了使仿真訓練達到更好的效果，在教學過程中將虛擬環境與現實環境進行對比，還應具備一定數量的數控車床，隨時方便學生將仿真訓練和現實環境進行對比。

1.2 學生

第一、仿真教學做為中等職業學校數控車專業的一個教學環節，是學生所掌握的理論知識轉化為技術能力的關鍵環節，因此，要求學生具備一定的理論知識水平，而且這些已經掌握的理論知識必須具備這樣幾個特點。一是全面，以數控車專業階梯軸的加工為例，要想完成一次車削加工，學生必須全面掌握機械制圖、金屬工藝、加工工藝、尺寸計算、公差配合、機床工作原理等基礎性理論知識，將所有這些理論知識綜合運用在一起才有可能完成一次零件加工任務，因此在仿真訓練過程中學生對制圖、金屬、工藝等方面理論知識的掌握缺一不可。二是準確，為了順利完成一次零件加工任務，無論是在虛擬環境內的仿真加工還是在現實環境中實際操作，都必須要求操作者所掌握的理論知識100%準確無誤，否則都將對加工過程產生致命的影響，例如，如果學生在本次實驗教學中，對45#鋼的金屬性能把握不夠，那么在刀具選擇、切削用量、切削速度三個方面將產生致命的錯誤，在實際操作中將會發生斷刀、飛刀、工件報廢等嚴重后果，在仿真訓練中軟件將會自動停止，甚至直接導致整個訓練徹底失敗。

第二、數控車仿真教學作為一項技能訓練，在訓練過程中多數情況都是模擬實際工作場景中，幾個學生一組，分工合作共同完成某項復雜工作任務，這需要學生具有一定的團隊合作能力，在面對復雜問題時要有發現、分析和解決問題的能力，當然這些能力可以通過仿真訓練逐步強化，但學生在進入仿真訓練前必須已經具有一定的基礎，否則強化將無從談起。

第三，在進行復雜軸類零件仿真加工訓練時，為使訓練取得更好的效果，學生需要對訓練核心內容數控車床具有一定的了解。一方面是對車床工作模式的熟悉，學生需要先進行一段時間的普車加工訓練，全面掌握車床的工作原理和工作任務范圍，另一方面學生要對數控車床外形、操作面板等基礎性內容有所了解。

1.3 教師

中等職業學校數控車床仿真教學受其特殊性的影響，對教師提出了更高的要求。在仿真訓練中，學生首次將所掌握的理論知識轉化為技術能力，因此作為整個訓練的主導者，必須具有相當高的綜合素質。一是作為一門綜合性技能訓練課程，老師對有關理論知識的掌握必須高于學生，不僅要做到全面、準確，還要做到能夠熟練應用。二是基于斯沃數控仿真軟件的中職數控車仿真訓練作為一項新興高科技教學手段，要求教師必須能夠熟練運用計算機、投影儀等各種先進的教學輔助設施，能夠熟練操作斯沃數控仿真軟件，可以快速處理對訓練過程出現的軟件設置錯誤、操作不當造成軟件失靈等問題。三是在仿真訓練過程中，學生多數時間將處于自主操作練習的狀態，為保證每位學生都可以達到一定的訓練效果，教師必須做好課前學情分析，至少掌握80%左右學生的理論水平和能力水平，這樣才有可能在有限的訓練時間內做到較為全面的因材施教，提高學生的仿真訓練效果。

2 數控專業開展仿真教學基本方法

根據中等職業學校教學目標和中職數車專業培養目標，我認為中職數控專業仿真教學的實施必須圍繞理論知識向技術能力轉化為核心，以滿足實操訓練需求為主要目的，使學生能夠熟練運用已掌握的理論知識解決實際操作中的問題。因此中職數控仿真教學目標具體表現為以下幾點：一是能夠熟練運用當節訓練的核心理論內容，解決實際操作問題。二是能夠用已經學過的理論知識解釋仿真訓練中所觀察到的各種現象。三是綜合運用已經掌握的理論知識和技術能力，完成某一零件的模擬加工。四是通過仿真訓練，熟悉數控車床操作方法和規范，能夠及時發現并停止可能造成任務失敗和有一定安全隱患的錯誤操作。為了順利完成這些教學目標并全面發揮仿真軟件在教學中的特殊效果，必須具體實施教學過程中，必須在不同的階段運用不同的方法，將理論學習、仿真訓練和實操訓練有機結合起來，才能全面發揮斯沃數控仿真軟件的優勢，徹底激發學生學習的積極性和主動性。在此，我將其為四個階段。

2.1 初學階段

學生在初學階段剛剛接觸數控機床，對程序編制、機床工作模式等仍然比較陌生，所以在這個階段教學工作仍要以理論學習為主，仿真軟件將作為教學的一個輔助設備出現在理論教學過程當中，主要起到輔助教學的作用。可以由教師操作仿真軟件，通過多媒體設備向學生展示所學理論知識的應用方法。例如教師可以利用仿真軟件向學生展示G01和G00兩個指令的區別。同時，還可以在適當的時機安排學生獨立使用仿真軟件，熟悉軟件的安裝和運行，為今后進一步開展仿真教學打好基礎。

2.2 建模階段

在這一階段當中，學生已基本掌握了數控機床面板及數控仿真系統的簡單操作方法，需要將理論與仿真有機結合起來，將知識體系中的各種程序符號轉化為機床動作，建立數控加工的完整概念。在這一階段可以考慮較多的使用任務驅動法，由教師確定學習主線，輔導學生圍繞主線將理論知識逐一在仿真軟件上轉變為機床模擬動作，例如可以讓學生自行操作，將教師在初學階段所做的各種演示在仿真軟件上再現出來，強化對基礎理論知識的掌握和理解。同時給學生更多的自主練習時間，讓學生了解不同數控系統（如法那克、西門子、廣數、華中等）的操作方式，盡快幫助學生在理論知識和操作技能兩者之間架起橋梁。

2.3 強化階段

在強化階段，教師需要向學生展示并講解一些完整的零件加工過程，可以考慮以項目式教學法為主，利用仿真軟件強大的模擬功能，輔導學生運用所學知識，在仿真軟件上獨立完成各類零件的加工任務，這些可以從簡單的外圓切削開始，然后逐漸加大難度。在這一階段，教師的理論教學時間應逐漸縮短，在初期，可以由教師全盤講解一個零件加工的全過程，但隨著學習的逐漸深入，必須將項目教學和任務驅動相結合，把更多的時間和空間交給學生，以探索式學習為主，培養學生獨立思考和工作的能力，全面強化學生運用所學理論知識獨立完成加工任務的能力。

2.4 轉化階段

在經過了三個階段的學習之后，多數學生應該已經可以熟練地在仿真軟件上進行一些較為復雜的零件模擬加工任務，但模擬教學畢竟不是真實的加工過程，它無法完全代替數控加工實訓。仿真系統與實際機床有著本質的區別，學生無法體會到在機床上實際操作時感覺，特別在切削用量的選擇方面。因此，在轉化階段要合理安排時間，將仿真訓練與實際數控機床操作訓練有機結合，盡量讓學生在機床上進行加工訓練，將仿真軟件作為實操訓練預習的一個工具，幫助學生解決在實操過程中遇到的難題，這樣可以保證程序的正確性，提高實操訓練的成功率，減少在加工的過程中因程序問題而造成的安全事故。

總之，把仿真軟件用于數控教學中，將有利于改進教學方法，提高教學水平。但同時要正確處理仿真與實際操作的關系，不能用仿真軟件完全代替數控實習，應合理安排仿真與實際操作的時間。教育是高投入、高產出的行業，如何利用現有的資源和設備，以最少的成本，培養具有現代化數控技術應用和開發能力的新型機電一體化人才，是我們職業教育探索的主要方向。