数控技术课程授课形式改革及创新实践模式探索

史 勇 ，高泽斌 ※，李雪莲 ，宋 玲 ，王晓暄

（1.新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业工程装备创新设计重点实验室）

“数控技术”课程是新疆农业大学工科机械类及近机械类专业的一门专业核心课，是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力以及训练工程技术人员基本素质、促进学生全面发展的主干课程。课程与大学物理、理论力学、材料力学等先修课程有着直接的关系，是上述课程内容的深化与应用。同时，该课程还与机械制造基础、机械制造工艺学、电液控制技术等课程联系紧密。因此，学生对数控技术课程专业知识的掌握程度，不仅影响到学生的实践能力及创新意识，同时也对学生的专业发展及就业有着至关重要的作用。

目前新疆农业大学数控技术课程的授课形式主要采用多媒体授课方式。尽管多媒体课件更加形象和生动，并可以展示相关的数控加工视频和动画，但这种教学模式仍无法实现本科创新型人才的培养。随着高等工科教育的改革以及新疆农业大学机械类专业卓越人才培养计划的实施，本科课程授课学时被缩减，同时对学生的创新能力和实践能力提出更高要求[1]。因此，为了适应机械制造企业对本科生专业能力的要求，同时满足少课时情况下对创新性人才的培养，需要对数控技术课程的授课形式和实践模式进行探索和研究。

新疆农业大学数控技术课程教学小组，依托校级教研教改项目—“机械设计制造及自动化专业课程组教学基层组织建设”[2]、校级授课竞赛获奖科目—“数控技术”，以及国家级教育部地方所属高校“本科教学工程”大学生校外实践教育基地（新疆农业大学—新疆中收农牧机械公司工程实践教育中心）的支持下[3]，利用现代教学理念完成对数控技术课程的教学方法、手段以及实践模式的改革与探索。

1 我校数控技术课程现状及存在的问题

1.1 数控技术课程现状

图1 我校“数控技术”课程体系的构成

我校数控技术课程共34学时，其中讲课28学时，数控编程实验环节6学时。理论授课主要以教师的讲解为主，数控编程实验环节主要借助宇龙数控仿真软件讲解西门子数控系统和发那科数控系统的编程方法、机床的模拟操作及典型零件的模拟加工等。实验环节要求学生自行完成相关平板类零件的设计，并使用编程代码进行典型零件程序的编制，最后利用宇龙数控仿真软件模拟零件的加工过程。实验仿真无误后，进入数控加工实训环节，实训需要2周时间，要求学生以3-5人小组为单位，以各小组设计的典型零部件为加工对象，完成典型零件数控加工工艺过程卡和工序卡的编制，并核验所编制数控程序的准确性，利用数控机床进行空运行验证，程序准确无误后，再使用数控车床、数控加工中心（三轴、四轴或五轴）完成零件的最终加工。

1.2 数控技术课程教学存在的问题

1.2.1 传统授课形式影响学生创新能力的培养

数控技术课程涉及专业知识面较为广泛，包括机械制造工艺学、计算机控制技术、数控编程、控制工程基础、机电控制系统及传感器技术等专业知识[4-5]，这类知识在前期的专业课程学习中学生都有所掌握，但掌握程度不均匀，影响学生接受新课程、新知识的一致性。教师授课过程中只能通过填鸭式的讲解，配合多媒体课件上的图片和动画帮助学生回顾相关的原理和知识，造成学生被动地复习和弥补所缺知识，无法在数控技术新课程新领域获取更多知识储备和突破点。在实验环节过程，由于学时较少，教师只能讲解简单典型零部件的编程方法，帮助学生掌握数控编程技术，极大影响到学生创新能力培养。

1.2.2 实践环节的单一影响学生的动手能力

我校学生在进行数控技术课程实践环节之前已经完成了金工实习、机械工程认识实习、机械制造生产实习、机械制造工艺学实习等环节。在这些实践环节过程中，学生已经频繁接触到数控机床并亲眼目睹过数控机床的操作和加工过程。但是由于数控技术课程开设在大四第一学期，导致学生在前期实践环节中对数控加工技术不了解和兴趣不高，对工厂的数控机床更是避而远之，这不仅对实习的效果会带来影响，同时也影响到后续课程的学习。数控实训环节又安排在学生大四上半学期期末，此时就业、考研的压力和毕业设计的压力接踵而来，学生已缺乏完成这一实习环节的耐心和信心，导致学生自行设计并加工完成的零件依然是常见的简单典型零部件，实习作品缺乏亮点，同时影响到学生的动手能力和实践水平的提高。

2 数控技术教学授课形式改革

2.1 数控技术理论授课与讨论、案例分析、实训训练相结合的教学模式建设

针对数控技术传统的课堂教学方法无法培养学生创新能力的问题，在课程的授课模式上，采用授课与课堂讨论、案例分析、实训训练相结合的教学模式[6]。课堂教学过程中，采用理论授课、小组讨论、案例分析和实操训练相结合的形式进行。小组讨论主要引导学生结合“机械制造工艺学课程设计”环节来讨论典型零件加工工艺过程的制定，加强学生完成指定零件数控加工工艺的能力，这样不会占用实验课时间，学生能利用实验课时间去学习更多的软件操作和模拟加工。案例分析和实操训练主要通过让学生自行下载安装新疆农业大学机电工程学院现有的“宇龙数控模拟仿真软件”，每完成4学时的课程学习，学生即可在宿舍利用模拟软件仿真加工课本上的案例和例题，以深化对数控编程指令的理解。同时，教师广泛搜集先进制造技术和制造工艺资源给学生安排模拟仿真案例，以深化学生的理论学习，推动学生对课程的参与度和自主思考能力。

2.2 以“听、说、读、写”相结合的数控技术课堂授课方法改革

在数控技术课程讲解过程中，通过校级教研进行了以“听、说、读、写”相结合的数控技术授课形式。教师在备课过程中，结合新疆本地制造业的现状，搜集大量数控编程及数控先进技术的案例，结合课本基础知识给学生讲授。这样，学生在“听”的过程中，能快速获取知识，并且能激起学生学习兴趣。在“说”的过程中，让学生表达自己在课余时间和前期机械制造实践环节所搜集和掌握的数控先进技术及编程案例，在课堂上与教师和其他同学共同探讨。“读”的过程，主要给学生提供数控学习网站和相应数控技术参考课件及相关科普类、科研类文章，引导和约束学生自学。“写”的过程，要求每位学生在每个学习阶段（目前拟定4节课）都要完成课后典型零件加工程序的编写、包括零件工艺分析过程、程序的编制以及仿真模拟，并将仿真结果在课堂上给师生展示，以加强对知识的理解和巩固。

2.3 合理借助计算机及通讯网络技术完成课程的授课

为了扩展学生的知识掌握范围，同时帮助学生课下及时复习课堂上所学知识，笔者已在“新疆农业大学课程中心”建立了“数控技术”网络课程，并将相关的多媒体课件和视频资料以及典型例题完成了上传。因此，在授课环节中借助于网络课程资源，给学生展示相关的数控加工视频和先进制造技术[7]。学生在网络学习过程中，也可对网络课程提出相关的意见和建议，并搜集更新更好的教学资料和资源分享给教师，教师通过筛选后上传至课程中心。后期网络课程资料和资源较为全面和成熟时，可安排学生自行完成课前预习和课后复习。同时，在授课过程中，教师还可建立与数控技术相关的微信公众号，学生关注后，每天可以利用通讯设备完成数控相关技术和知识的掌握和学习。

2.4 以学习过程为导向的学习效果评价模式的建立

通过已经建成的新疆农业大学教务处课程中心的“数控技术”网络课程，要求学生通过网站中的PPT课件、图片和视频文件先进行课前自学，教师布置相应的预习题，要求学生通过自学完成预习题的解答并写在作业本上，作为平时成绩的重要依据。在课堂讲授过程中，对学生预先掌握好的知识不再进行详细讲授，通过学生的课堂交流和讨论来巩固这些知识。对于学生难以掌握的以及预习过程中没有理解的知识，教师再进行全面的讲解。课程的教学评价采用60%的考试成绩、10%的实验成绩和30%的平时成绩，通过学生预习题的完成情况、课堂的讨论、资料的搜集以及每个阶段的编程的完成情况来综合评定学生平时成绩[8]。

3 数控技术实验与实践课程的改革

3.1 根据地域特色更加针对性地讲授数控编程语言

由于我校拥有配备西门子系统、发那科系统（四轴联动加工中心）以及海德汉系统（五轴联动加工中心）的数控机床和加工中心，而不同数控系统的编程语言差异较大，仅仅依靠数控实验课时无法完成三套不同系统不同编程代码的讲授。因此，数控编程代码的讲解应该根据新疆本地制造业的实际情况有针对性地给学生讲解。通过对新研股份、中收农牧机械有限公司等企业的调研得知，企业采用发那科数控系统的机床较多。因此，在实验课程环节，重点以新疆本地典型农业机械零部件的设计、编程和加工为例，给学生主要讲授发那科数控系统的编程和操作。而对于西门子和海德汉数控系统的学习，教师可录制相关教学视频资料上传至课程中心，学生通过登录网站完成自学。

3.2 建立基于新疆农业机械典型数控加工零件案例库，不再以传统零件作为学生实验课程的案例

我校前期学生实验环节编程的对象，主要以典型阶梯轴零件为主，这类零件编程较为简单。但是学生容易将已经编制好的程序共享给下一届学生，即使教师对零件的相关尺寸和形状做了修改，但学生仍可以通过修改现有的程序完成任务，使得学生缺乏自主思考性，一旦零件结构出现大的变动，他们将无从下手。因此，教师应将广泛搜集的企业数控机床的零件加工案例，并借助科研项目中典型及复杂零件的相关信息，建立课程实验环节的案例库。对学生进行分组，每组可指定一个特定零件，学生以小组为单位完成零件的编程和模拟仿真。这样，实验环节更加注重与科研项目、与企业现况的结合，同时也能充分挖掘学生的创新创造能力[9-10]。

3.3 实验环节与实训环节同时进行

我校数控技术实验环节和实训环节间隔一个月，进入实训环节时，部分学生已对机床的基本操作产生遗忘，因此需要实训教师重新帮助学生复习机床的操作。学生在实验环节采用的软件模拟加工方法，虽然可顺利加工出零件的形状轮廓，但是无法验证零件的精度，学生所编制的零件加工工艺和数控程序不是最佳方案。由于实验和实训环节的脱节，学生重新进行工艺和程序的编制又耽误了大量时间，因此学生只好将程序进行简单修改，然后导入数控机床计算机内进行加工，这种做法极易造成机床的损坏。因此，将实验环节与实习环节同时进行，工艺制定环节和编程环节由学生在课下完成，实验课堂上教师负责辅导学生的模拟过程，如果模拟无误，学生可提前进入实训环节，对于实训环节中出现的问题，学生可利用实验课继续修改和模拟程序，这样可最大程度的保证机床不被损坏。

4 结束语

通过新疆农业大学教研教改项目对“数控技术”课程的授课及实践模式进行了改革，将理论授课与案例分析、实践训练相结合，并建设了网络资源课程，加强科研项目与教学环节的联系。通过具体实践，数控技术理论课程与实践环节的总体教学水平和教学效果得到了明显提升。今后，我们将以创建精品课程为目标，提出切实可行的精品课程建设计划，加强学生实践创新能力的培养，推动我院教学水平的提高，同时为学生提供优质的教学资源。