基于创新能力培养的数控技术课程教学改革与实践

冯涛 邱昕洋 刘志杰 王宏斌 陈军

摘要：根据数控技术课程的特点，从加强工程实践能力与创新能力培养出发，总结和归纳了数控技术教学改革涉及的主要方面，在教学内容上，探索了课程内容体系的重构和教学内容组织方式，论述了四种教学方法和三种教学手段，并对加强实践教学环节，努力培养学生的实践动手能力进行了有意义的探索和实践。课程教学改革成果可供兄弟院校借鉴。

关键词：数控技术；创新能力；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）13-0064-02

一、引言

近年来，随着我国市场经济的快速发展，特别是《中国制造2025》的发布，给机械制造业提出了新的挑战，创新型国家建设目标对机械工程人才的培养提出了新的要求。与国外大学相比，我国大学对能力培养重视不够，学生发展的主动性、能动性不足，学生的创新能力不足。因此，积极探索教育教学的新思路新方法，具有重要的意义。《数控技术》是机械设计制造及其自动化专业的重要专业课，本项目就是在借鉴国内外数控技术教育改革优秀成果和继承西北农林科技大学数控技术教学现有优势和特色的基础上，对现有数控技术教学内容和教学方法进行改革研究，针对我校机械设计制造及其自动化专业自身特点，研究数控技术课程必要的理论知识和实践能力，从而形成理论教学体系、实践教学体系，以期为我校和我国数控技术教育的改革和发展做出有益的探索。

二、教学内容改革

（一）课程内容体系的重构

数控技术课程体系包括理论课、实验课和实践课。分专业背景因材施教，课程配置可参考表1：理论课教学内容及学时分配。理论课以数控加工信息流为主线进行教学，主要讲授：数控加工工艺、数控加工编程、数控机床机械结构、数控机床故障诊断及维护、数控插补和刀补原理、计算机数控装置、数控机床伺服系统、数控机床位置检测装置等。对机制、车辆工程、农业机械化工程等偏机械类专业侧重于前五项；对机电工程专业机械内容和电子内容同样重要，各占用20学时。实验课在所设6个项目中选做3项，加工中心综合加工实验和数控插补设计综合实验分别是综合性和设计性实验。实践课分专业设置，机制、车辆工程、农业机械化工程、机电工程各专业进行4周的工程基础训练，其中有数控加工技术的初步认识训练，包括XY数控平台的训练以及数控车的训练，数控雕刻机、线切割加工和数控加工中心的加工演示，让学生对数控加工有初步的认识；机制专业学生在三年级进行2周的现代设计与制造综合训练，是CAD/CAM/CNC的综合训练，主要实践各类零件的数控加工工艺设计、自动编程、各类机床的操作方法，其他专业的学生利用实践平台可进行创新项目的实施。

（二）教学内容组织方式

理论课以课堂教学与自学两种方式进行，编程指令以FAUNC系统为主进行，辅以介绍SIEMENS数控系统，对机制、车辆工程和农业机械化工程专业数控伺服系统等章节仅作原理性介绍，不局限某些教材作过多的硬件电路介绍。受学时所限，故障诊断及维护仅介绍基本理论与方法，详细内容以安排学生自学，然后集中答疑的形式进行。实验教学强化综合性、设计性、探索性实验，发挥学生主动性，提高学生综合运用知识的能力和启迪创新意识。现代设计与制造综合训练，让学生综合运用相关知识、灵活采用相关方法自主进行；对学生按任务性质分组，实行一人一题方式。教学过程中根据当代装备制造业的发展需要不断更新教学内容，重点讲述目前大中型企业普遍应用的现代数控技术，并使教学内容紧密联系工程实际。

三、教学方法与教学手段改革

（一）教学方法

课程组根据本科教育的特点和我校资源现况，探索出很多行之有效的教育教学方法，应用于不同的教学内容中。

1.讲练结合教学：将教、学、练融为一体，适于需要较强逻辑思维、而在传统教学中较难进行的课程内容。教师在讲清基本概念、基本理论与方法后，布置学生进行实践训练。如在讲解数控编程指令时，介绍完一类编程指令后，就给出相应图纸，由学生编制数控加工程序，由教师检验是否正确。这种即学即练的教学方式，提高了学习效率，增强了学生学习的兴趣。

2.师生互动教学：教师授课中善于提出问题，学生可进行讨论或争论，提出解决方案，教师适时引导，使学生从中领会教师思路，提高分析解决问题的能力，体现了以学生为主体的教育理念。如在讲解刀具补偿时，教师可让学生思考使刀位点沿工件轮廓正确运动的两种方式，并展开讨论，从而说明刀具补偿功能的作用。

3.案例剖析教学：数控加工的零件是千差万别的，通过介绍典型零件的加工方法，使学生能做到举一反三，重点培养学生解决问题的能力。如介绍数控车床编程加工时，我们仅剖析一个典型的加工案例，学生便能做到对同类零件加工的触类旁通。

4.现场实物教学：数控技术的某些概念比较抽象，如数控机床坐标系、对刀、换刀等，可把教学地点选到数控实训中心，面对具体的数控机床进行讲解或操作。这样有利于把抽象概念具体化，降低学生学习难度。

（二）教学手段

1.多媒体教学辅以传统教学：为了提高课堂效率和学生的学习兴趣，将全新的教学内容制成多媒体教学课件。课程许多内容如数控机床机械结构、孔加工的数控编程等复杂抽象，采用了多媒体辅助教学，有利于增强学生学习兴趣，提高学习效果。课程组开发制作出CAI课件、二维、三维模拟动画和数控加工操作视频。教师在讲授数控原理和基础知识的同时，就可播放视频，使课堂教学与工程实际更加结合紧密，这不仅使数控技术的教学强化了学生工程实践能力的培养，而且使理论课堂教学丰富多彩，取得了较好的教学效果。

2.软件仿真教学：学生编程操作的困难大多数由于工艺不清楚，我们利用斯沃、VUNC数控加工仿真教学软件，采用实验和课堂演示的方式，把复杂的加工过程仿真出来，让学生在实践中理解代码的涵义和数控工艺。

3.网络教学：利用学校精品课程网和本科网络教学平台实施网络教学。数控技术课程网上资源包括课程说明、教学大纲、教学日历、西门子和法拉克系统的各类技术手册等，已在我校教学中得到了应用，学生可自由下载学习。通过网上教学平台可及时回答学生学习中的问题，课程组与这些网络教学环境动态联系，及时更新教学内容，以保证教学内容的新颖。

四、加强实践教学的探索和实践

实践教学是培养高等应用型创新人才的重要途径和保证，良好的实验、实训基地，对高等应用型创新人才的培养有着至关重要的作用。我校于2005年建成了具有先进制造装备的综合性工程训练中心，是本科生工程素质教育和技能教育的实践性教学基地，可进行分布式数控加工与实训教学。工程训练中心可以配合数控技术教学，为学生提供数控设备进行实践操作，让学生亲自动手编制加工程序和操作机床，使学生对数控机床的学习由抽象的理性认识上升为感性认识，再通过感性认识进一步加深理解和掌握数控技术。实践教学的实施是按照前面建立的实践教学体系分层次进行的。同时，我们积极组织学生参加全国和陕西省数字建模大赛、机械创新设计大赛、数控加工创意大赛等，组建科技创新小组，让学生对自己感兴趣的数字化设备、机器人等亲自设计、亲自动手制作，近年来10余项项目获得了国家和陕西省的奖励，这些实践环节都收到了良好的教学效果。

五、结束语

随着科学技术的飞速发展，以数控技术和数控机床为核心的装备制造业正在发生日新月异的变化，其中发展高档数控机床和机器人是国家大力推动的关键领域。与工程实践紧密结合的数控技术教学应该紧跟时代的步伐，从教学内容、教学方式和实践环节等方面适应高等创新型人才培养目标，本课题进行了有意义的探索和实践，收到了较好的效果。

参考文献：

[1]苟向锋，杨晋，陈德道，王小荣.开放式综合性数控加工实验的设计与实践[J].实验室研究与探索，2011，（3）：137-144.

[2]刘有余，许德章.本科数控技术精品课程建设实践探索[J].山西广播电视大学学报，2011，（11）：54-56.