卓越計劃背景下探究式教學在數控加工技術課程中的應用

王高升　鄧奕　關躍奇　曹亮

【摘要】根據卓越工程師教育培養計劃的實施要求和湖南工程學院機械設計制造及其自動化專業的專業培養目標，采用探究式教學模式在數控加工技術課程教學中對教學內容、教學方法進行教學改革探索與實踐，旨在為卓越計劃背景下制造類專業課的教學改革提供參考和借鑒。

【關鍵詞】卓越工程師教育培養計劃 探究式教學 數控加工技術

【基金項目】2017年湖南省普通高等學校教學改革研究項目、湖南工程學院校級教學改革研究重點項目研究成果；湖南省教育科學“十二五”規劃2013年度課題（課題編號：XJK013CGD073）研究成果；湖南省“十三五”機械設計制造及其自動化專業綜合改革項目（湘教通[2016]276）研究成果；2010年湖南省精品課程《機床數控技術》研究成果。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0202-02

2010年我校機械設計制造及其自動化專業被教育部批準為全國高校“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）首批試點專業之一[1]，本專業主要培養能在制造業一線從事機械產品的設計、制造、工程應用和管理等方面的機械工程類應用型現場工程師。近年來，我們以實施卓越計劃為契機，對本專業課程體系進行了優化和整合，改革傳統的課堂教學方法，并取得了一定的成效。

數控加工技術是典型的機與電相結合的課程，同時也是專業核心課程，這門課程的主要特點是包含寬廣的基礎理論及知識，集機械設計與制造工藝、電子技術、傳感器技術、信息技術、自動控制原理、機電一體化技術等多學科的技術[2]；課程理論性強，數控原理、編程技術、機床結構等知識均要求掌握，工程實踐聯系也十分緊密，要求有一定的應用技能。

通過學習本課程，使學生較全面熟知并能運用數控加工技術的一些理論知識，熟識數控機床的控制方式和結構，有分析、選用滿足零件加工需求機床及系統的能力；掌握數控加工程序的編寫和調試的方法，了解數控加工技術的發展趨勢和前沿技術等。

傳統的教學模式下，由于教學內容抽象，灌輸式教學讓學生學得枯燥，學生以應付考試為最終目標，難以實現課程教學目標。

1.探究式教學模式

探究式教學應用在教學中的最先提出者杜威先生，他認為科學的教育不全是教會學生怎樣解決問題，同時要培養出學生的獨立探究與思維的能力，注重體驗式教學，激發學生們的自主探究欲望。在教學中應用探究式教學主要是采用從引導到發現的教學模式，基本過程是先分析遇到的問題，提出解決該問題的辦法，再通過實驗設計等方式來推理考證解決辦法，最后總結和提高。學生知識在這種過程中的形成方式，能將學生從以往的知識被動接受者向知識的主動探究者進行轉變。

2.探究式教學在課程教學中的實踐

數控加工技術課程面臨的問題：一方面知識更新快，伴隨自動控制技術的發展，涉及的領域不斷在拓展、涵蓋知識的面在不斷更新，教材內容已遠遠不能跟蹤技術的發展；另一方面伴隨卓越計劃的要求，教學改革的深化，雖然課程內容在不斷優化、整合，但基本知識和基本要求要保證，新知識要不斷進入課堂，而課程教學學時卻在不斷壓縮[3-5]。課時由最初的兩門課共72學時減少到一門課的32課時。所以教學方法與手段必須更新以適應變化的新形勢，教學團隊在數控加工技術課程中的采用探究式教學，主要內容如下。

2.1優化整合內容

數控加工技術的教學內容很廣，教學中按照一條主線進行講授，即按照數控機床的控制介質、數控裝置、伺服裝置和機床結構四大組成部件。如要編寫出數控程序不難，但編的程能否建立在合理的數控加工工藝上，充分發揮設備的技術性能需要對機床的控制方式較為了解才能完成。因此，數控程序的編制這部分內容按照一平臺兩手段進行講授，一平臺即數控加工工藝平臺，兩手段為數控車和數控銑。

由于數控機床的特點，其編程系統有多種類型，FANUC系列與SINUMERIK在國內各占相當大的比例，國內華中數控，廣州數控也有一定份額，教材中往往沒有全部介紹，講課中也不可能一一涉及。雖然在不同數控系統加工程序的組成格式上差別不大，但指令代碼的意義和應用方法要求等差別較大。因此，對這部分內容進行拓展，將不同系統常用數控編程指令匯總比較，并匯集不同系統的數控程序格式模板。

2.2教學方法與手段更新

2.2.1 小組討論法

第一章數控機床概述計劃課堂講授1課時，僅僅只能概述，但其包含的內容非常豐富，包括數控機床的基本概念；數控機床的分類與應用；數控技術的發展等，而這些內容雖然有廣度但沒有深度，學生通過自學學習掌握。將這部分內容簡單介紹后，設計了二十一個小課題，學生分成21個組，每組五人，以小論文的形式組織完成。每組自選組長，由組長進行組內分工，學生反映良好。課程結束前挑選兩個組由組長進行介紹，用PPT演示，最后再點評。

在數控加工工藝編制章節，課后給定三類典型零件的工藝設計，同樣的21組學生每7組完成一類設計。并由將上次成績優秀者的姓氏作為文字圖案加工，每一組學生的課題有共性也有個性，還有趣味性，學生在課題設計過程中，主動性強，與老師交流也較多。也挑選兩個組進行介紹，PPT演示，最后再點評。

2.2.2案例教學法

課堂上注意將企業的實踐要求與案例引入課堂。如數控編程指令中準備功能代碼從G0到G99共一百個，通常教材會比較全面的介紹得，但學生往往需要較長的時間才能掌握。因此在講授過程中，結合生產實際，只講解常用的G指令，同時通過案例的方式對實際加工生產過程中的編程經驗與技巧進行講述，如如何使用最少的刀具來加工零件，如何提高加工的效率，如何使用刀具補償指令以及插補等內容。講課時，歸納總結編程“八股文”，讓學生熟悉編程的“套路”后，各種中等難度的零件編程可有效完成。如我們通常將程序通常分成五個模塊，每個模塊中都由有一系列的指令：①程序頭模塊，主要由程序號和程序名按照特定的格式組成。②加工準備模塊，在此模塊中主要進行加工工藝的參數的設定，如建立坐標系、刀具大小種類的選擇T、加工速度F、主軸轉速S；以及加工過程中需要的輔助功能的開啟，如切削液等。③加工過程模塊，主要包括加工路線的確定，如直線查補、圓弧插補等。④循環切削模塊，主要包括各種循環指令模塊等。⑤程序結束模塊，該模塊內主要包含關停在加工準備模塊和加工過程中開啟功能和取消建立的相關補償等，以及返回到指定的參考點，結束程序等。endprint

2.2.3實驗教學法

本課程實驗環節是讓學生學中做做中學重要手段。由于整個專業教學環節安排在低年級即進行了金工實習，學生也經過了數控車銑的操作及演示實習，本課堂的實驗不可以內容與前金工實習相重復。因此，實驗時先由實驗指導老師演練講解，作為學生溫故的過程，學生再根據要求完成現場編程操作的實驗內容。雖然，有些學校采取進實驗室前先編程，但對于首次進入數控實驗室的學生，數控編程指令不同，難以操作，還可能造成事故。

2.2.4多媒體教學

多媒體的使用作為教學上的一種輔助手段已被大家廣泛應用，雖然其在一定程度上能提高教學的效果，但不可倚重。適當的板書，很有必要。采用多媒體與傳統板書相結合方式。目前，網上大量的視頻內容，精選之后進入課堂，可有效解決理論上講授難以理解的內容，如步進電機工作原理，滾珠絲桿螺母副工作原理。

2.3探究式教學的缺點

探究式教學能培養學生創新能力和思維能力，及合作的精神，自主學習的能力，但對于整個機械設計制造及其自動化專業人數來說，實在人太多了，課堂時間受限，不允許討論研討。

3.結論

針對目前數控加工技術課程教學的現狀，進行的一些教學改革方面的探索與實踐。通過在課程教學中結合工程實際，使學生從以往的單向性、以掌握分割條塊的知識點為主的被動式課程學習，轉向綜合性、以解決數控加工技術中實際問題的自主課程學習；輔以案例式教學，突出工程實踐的應用和創新兩方面能力的培養，通過對教學內容優化整合、教學方法的改進和完善來組織教學，符合卓越計劃的培養目標要求，同時也能培養出滿足人才需求和企業實現無縫對接的學生。

參考文獻：

[1]謝騏，鄧奕，施曉蓉，王高升. 以實施“卓越計劃”為背景的校企聯合人才培養模式研究[J]. 湖南工程學院學報（社會科學版），2013，23（01）：106-108.

[2]張海云，司馬中文，趙玉剛.數控課程教學模式研究[J]. 中國教育技術裝備，2013，（03）：92-94.

[3]翁孝波. 基于MachineWorks的數控加工仿真系統設計與實現[D].中國科學院研究生院（沈陽計算技術研究所），2015.

[4]姜忠宇，干洪. 普通工科院校力學課程教學的新思考[J]. 中國電力教育，2010，（30）：58-60.

[5]尚媛園，趙曉旭. “數字電子技術基礎”課程教學改革[J]. 中國電力教育，2010，（25）：71-72.

作者簡介：

王高升，男，湖南婁底人，實驗師，研究方向：CAD/CAM教學與研究。endprint