新工科背景下數(shù)控車教學(xué)中新教學(xué)法的應(yīng)用*

毛世杰 ， 馮思晨 ， 何寶蘭 ， 徐 杰 ， 湯 超 ， 徐蘭英

（1.廣東技術(shù)師范大學(xué)工業(yè)實訓(xùn)中心，廣東 廣州 510665；2.廣東技術(shù)師范大學(xué)機電學(xué)院，廣東 廣州 510665）

教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見》，對于當(dāng)前新工科建設(shè)具有十分重要的意義[1]，旨在培養(yǎng)具有綜合能力素質(zhì)的人才。在新的大環(huán)境下，各類工程教學(xué)都在發(fā)生變革，其變革的重點是以工程技術(shù)創(chuàng)新為核心的綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]，促使各高等院校積極變革傳統(tǒng)教學(xué)中與新工科不匹配的實踐教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)前理工科類學(xué)生進入大學(xué)階段，最早接觸的通識教育即為工程訓(xùn)練，其名稱由傳統(tǒng)的金工實習(xí)演變而來，就目前而言，高校工程訓(xùn)練教學(xué)還存在實訓(xùn)教學(xué)手段單一、學(xué)生興趣不足、實訓(xùn)內(nèi)容因循守舊、創(chuàng)新訓(xùn)練嚴重缺乏等問題[3]。課題組針對以上問題運用教育學(xué)中的典型教學(xué)方法加以改進，同時注重教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新。在后續(xù)的教學(xué)實踐中，提出主要以“三段論”式（課前導(dǎo)入、課中互動、課后總結(jié)與反思）的教學(xué)模式開展教學(xué)改革，以便學(xué)生能夠較好地融入課堂。本文主要體現(xiàn)在課前介紹數(shù)控加工，課中采用實踐教學(xué)、小組教學(xué)、情景教學(xué)等新的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生的課堂思考，課后采用教師自我反思與學(xué)生反饋的方式進行，具體內(nèi)容如下。

1 數(shù)控加工

數(shù)控加工簡單來說是指使用數(shù)字控制系統(tǒng)的機床，實現(xiàn)零件的自動化加工的過程[4]。因傳統(tǒng)機床（普通車床、普通銑床、牛頭刨床等）與數(shù)控機床比較而言相對落后，而且現(xiàn)代的企業(yè)中數(shù)控機床應(yīng)用較為普遍，無論是為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，還是更好地適應(yīng)企業(yè)的實際需求，學(xué)生對于數(shù)控機床的操作、學(xué)習(xí)尤為重要，所以數(shù)控加工在工程訓(xùn)練中有著舉足輕重的地位[5-6]。

2 教學(xué)法在數(shù)控車削加工中的應(yīng)用

2.1 實訓(xùn)設(shè)備、刀具及材料

本次實驗教學(xué)的設(shè)備是FANUC0i-M系列的數(shù)控車床，車削刀具主要采用93°外圓車刀、3 mm寬的車斷刀，訓(xùn)練素材采用直徑30 mm、長度80 mm的鋁材。具體參數(shù)如表1所示。

表1 教學(xué)實驗硬件

2.2 實訓(xùn)內(nèi)容

以廣東技術(shù)師范大學(xué)為例，因為全校機電學(xué)院、自動化學(xué)院、汽車與交通工程學(xué)院每學(xué)期有大量的工程訓(xùn)練實訓(xùn)任務(wù)，所以每個班級關(guān)于數(shù)控車的教學(xué)時間僅為期2天，要求在有限時間內(nèi)發(fā)揮應(yīng)有的通識教育作用。課題組結(jié)合以往工作經(jīng)驗，以企業(yè)實際崗位的需要為依托，提取相關(guān)工作技能，最后得出學(xué)生的實訓(xùn)內(nèi)容，同時兼顧學(xué)生的興趣導(dǎo)向，具體實訓(xùn)要求如圖1所示。

2.3 教學(xué)方法

本文重點在于教學(xué)法的應(yīng)用，以上內(nèi)容在實際教學(xué)中主要運用實踐教學(xué)法，其主要體現(xiàn)在老師對于整個數(shù)控車床的基本原理、基本操作、試件加工方面。以圖1的葫蘆為例：1）老師在現(xiàn)場將班級進行分組，每組4~5人，現(xiàn)場講解數(shù)控車床的基本操作、核心的數(shù)控對刀操作，然后利用已有的葫蘆加工程序進行試件單段運行程序加工，在加工過程中如有學(xué)生對于數(shù)控編程代碼比較感興趣可以做更深一步講解。2）運用以興趣為導(dǎo)向的情景教學(xué)[7]，主要體現(xiàn)在剛開始上課時就直接給學(xué)生展示一個金屬小葫蘆，用于激發(fā)學(xué)生的興趣，同時以結(jié)果為導(dǎo)向，給學(xué)生承諾做出的成果可以自己帶走以作留念。3）運用小組討論教學(xué)法，主要體現(xiàn)在實際操作機床時，學(xué)生以小組為單位，在實際操作機器過程中遇到問題先內(nèi)部溝通與協(xié)調(diào)，當(dāng)小組無法解決時可以以小組為單位進行互動，同時也可詢問老師，體現(xiàn)以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。當(dāng)然在實際的教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)滿足“教無定法”的原則，盡量做到不是單純將教學(xué)法生搬硬套在教學(xué)過程中，而是盡量將多種教學(xué)法互相滲透。具體教學(xué)方法運用如表2所示，學(xué)生的實踐成果如圖2所示。

圖1 學(xué)生實訓(xùn)零件圖

圖2 學(xué)生實際加工的實物

表2 教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容的運用

2.4 教學(xué)反思

教學(xué)反思分為教師自我層面和教學(xué)對象反饋層面。1）針對教師層面。首先，在講授數(shù)控車床的MDI面板以及基本操作時有沒有盡可能照顧到更多學(xué)生的實際理解能力；其次，對于機床對刀操作（建立工件坐標系）的方法學(xué)生能否完全理解，使其不再是死記硬背操作步驟，導(dǎo)致知其然而不知其所以然的現(xiàn)象；最后，對于學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生是否能夠進一步照顧他們的學(xué)習(xí)情況[8]，比如相較傳統(tǒng)加工手段，數(shù)控加工有哪些操作性較強的優(yōu)勢、在數(shù)控加工過程中提高模具制造的經(jīng)濟效益和整體效益具體體現(xiàn)在哪里，以及數(shù)控代碼的應(yīng)用范圍等[9]，以此滿足學(xué)習(xí)能力較強學(xué)生的實際需求。2）針對教學(xué)對象的反饋。首先，對刀過程中移動X軸或Z軸時容易出現(xiàn)軟超程報警問題；其次，在實際驗刀操作或者試件加工過程中容易出現(xiàn)刀具撞到工件或機床的情況；最后，學(xué)生操作機床過程中會出現(xiàn)雖然機床MDI面板操作正確，但是加工出來的葫蘆零件不合格的情況，或者在對刀操作過程中沒有出現(xiàn)撞機或者機器報警的現(xiàn)象，但最終自動加工的葫蘆仍不合格等。針對教學(xué)對象的反饋，由于教學(xué)時間的限制，其解決辦法僅限于在每一個細小知識點講授結(jié)束后，幫助他們總結(jié)可能會出現(xiàn)的意外情況，比如對刀的錯誤操作如何導(dǎo)致刀具撞上工件或者機床，這樣以知識點穿插的方式警戒意外事故的發(fā)生[10]。

3 結(jié)束語

通過對數(shù)控車有限時間的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠充分參與實踐課堂，其改善教學(xué)質(zhì)量的效果主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

1）通過運用多種教學(xué)方法以及更新教學(xué)內(nèi)容，改善了文中提及的傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)手段單一、學(xué)生興趣不足、實訓(xùn)內(nèi)容因循守舊、工程訓(xùn)練缺乏創(chuàng)新等問題。

2）注重教師的自我反思與學(xué)生的實際反饋，從而不斷改善教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容，保證實訓(xùn)教學(xué)安全有序進行。

同時，以上相關(guān)的教學(xué)方法或者教學(xué)反思也可以應(yīng)用到其他相關(guān)實訓(xùn)/實驗教學(xué)的過程中，以達到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。