新工科与职业本科背景下传统数控加工类本科教学改革研究

骆 静,幸晋渝

(成都理工大学工程技术学院工程训练中心,四川 乐山 614000)

关键字：新工科;传统本科;职业本科;数控加工;教学质量

0 引 言

数控机床作为装备制造业的关键性设备,其相关技术是支撑我国高科技产业健康发展,实现装备制造技术现代化的重要保障[1-3]。为应对新一轮科技革命和产业变革的挑战,服务国家战略和区域发展需求,推动新型工科建设再深化、再拓展、再突破、再出发,探索高校数控加工相关专业面临的新形势、新情况已迫在眉睫。同时“职业本科”已在各个职业技术学院兴起,而数控专业正是各个职业院校打造的重点专业,作为传统本科,必须做出改革以应对“职业本科”的发展。

由于数控机床属于大中型的实验实训设备,教学所需的台套数也比较多,所以对于开设数控加工相关专业的很多高校来说,购买新设备的资金压力较大。而升级老设备所需资金则要少得多,同时也能达到接近新设备的教学效果,不失为一种可行的办法。以升级、全面维护和保养后的数控机床为基础,可以发展出许多新的教学项目,大大提升教学效果,跟上新时代、新工科的步伐。

在不增加任何建设成本的情况下通过教学环节优化、教学流程优化等措施仅仅能让数控加工类课程的教学质量实现小幅提高,而想要实现教学质量的大幅提高并不现实,而通过大量购买新机床新工具则要耗费大量资金,对于许多高校来说也很难实现,因此通过少量建设经费实现较大幅度的教学质量提高编程最可行的方案。

下文将以成都理工大学工程技术学院的数控实验室改造和数控类课程教学改革为例(图1),探讨传统的数控专业在面临新工科、职业本科形势下,如何利用更少的课程软件、硬件建设费用完成教学质量的提高。

数控机床的数量与同时上课的学生人数永远是一对无法调和的矛盾体。数控机床昂贵,很少有高校能满足一人一台进行实训授课。以一个30人的教学班为例,往往只能做到2～3人共用一台机床,甚至有的高校5～6人共用一台,而且大多数高校的数控教学设备都落后于企业,十几年前出厂的数控机床在许多高校都还存在。因此,探索一条在有限经费的条件下最大限度提高教学质量,且尽量跟上“新工科”步伐的最新教学模式势在必行。而在有限的经费下,传统的授课场所和一些硬件配套应该适当改进以适应新设备、新仪器、新教学方法的新授课模式,以实现最好的教学效果。

1 教学模式的改变带来教学的质量变化

1.1 理论实践一体化教学

传统的工科课程基本上是理论课与实践课程分开上,先理论后实践,这样的授课方式是常见的授课方式,但并非最佳方式。基于改造升级计划将理论课搬进实验室,对授课方式和授课内容进行新的调整,边讲边做,边做边学,边学边改。在不改变课时的前提下使授课内容进一步优化,授课质量大幅提高,即实现教学“理实一体”。

1.2 改善知识遗忘

充分利用好改造升级的新实验场地和实验设备,摆脱传统理论课与实验课分开教学出现的问题,比如:理论课新学的知识没有在实验课上及时加以巩固,记忆不深、容易忘记;再比如,在理论课上学生一个问题还没搞懂,随着课程的继续进行,新的问题又产生,而等到上实验课的时候,之前的疑问可能早已忘记。而采用“理实一体”教学能使刚学的理论知识通过实验及时加以巩固,学生记忆深刻。

2 实验实训场地的改造带来的教学变化

2.1 让学生放下手机

在改造升级前,由于实验设备台套数不足,且只有少量的桌椅,导致很多学生无事可做,时常处于“游荡”状态,教学质量低下且管理困难。而依托目前的实验室新布局,即增加了40个固定座位,且加装了黑板和插座,一半学生留在操作区,一半学生留在理论教学区,机床操作位置始终维持有2～3人,让每个学生在上课时间段都能动起来、学起来,要么编写程序,要么撰写实验报告,大大地降低了管理难度,提高了教学质量。

2.2 让安全系数大幅提高

数控加工是高速旋转与高速移动相结合的工种,长期以来都是实验室安全教学的薄弱环节。为确保学生的安全操作,实验室实施了许多提升安全性的办法,但由于设备老化严重,实验室布局规划不太合理,安全风险始终无法根除。在增加理论教学区域和升级实验设备后,配合教学过程安排的改进,安全系数大幅提高。

3 数控设备的升级带来的教学变化

3.1 加装USB接口带来的教学变化

经过对数控系统的升级和硬件维护与保养,教学操作变得更简单高效,精度更高,表面质量更好。在改造升级前,由于实验室部分设备不支持USB接口,一些难度相对较大且具有实践意义的复杂轮廓零件无法加工,而目前企业中的数控机床普遍具有的与自动编程程序对接的功能也得不到应用。加装USB接口后,既可基于此扩展出许多以前不可能开设的实验项目,比如数控车的自动编程,也可以让学生加工出难度更大的零件,快速提升学生的数控加工能力,如图2～5所示。因此,升级后的设备将支持实验内容的改进和优化,尽量做到与企业需求对接,是真正的实践教学。

图2 组合零件的加工Fig.2 Combined parts processing

图3 配合轴的加工Fig.3 Machining of mating shaft

图4 手机模具的加工Fig.4 Mobile phone mold processing

图5 涡轮叶片的加工Fig.5 Machining of turbine blades

3.2 系统升级带来的教学变化

FANUC数控系统在机械加工领域中应用广泛[4],是国内目前最主流的数控系统,绝大多数的数控编程教材也是基于该系统编写。但是FANUC系统比较昂贵,以10万元级别的数控车为例,光是数控系统就比国内同类型产品贵1～2万元。因此我院采购了从原广州数控分出来的拓普康系统,由于其从一开始就是参照FANUC系统而设计,因此完全能满足教学的需要,而且该系统还有一个其他系统没有的功能——“手脉试切”,即在自动状态下可以通过手轮手动控制X轴和Z轴的进给运动。该功能非常适合首次接触数控机床的新手,既可以有效避免学生在“懵”的状态下按下自动运行按钮,导致车刀直接撞上工件或卡盘,造成严重的安全事故,又可以慢慢“欣赏”自己编程的轨迹,这对于第一次操作数控机床的学生来讲意义重大。

4 结 论

在“新工科”和“职业本科”的双重压力下,对于数控加工这样既传统又职业化的专业,必须做出改革与创新才能应对新的形势发展,不然就会被时代所淘汰。基于前文所述,成都理工大学工程技术学院用相对较少的资金进行了数控设备的升级和实验实训场地的布局调整,实现了更大的学生容量、更安全的操作、更简单方便的管理、更好的教学质量,所加工的零件种类更多、质量更高,更接近企业的实战化学习。