數控編程課程改革實踐

　　數控編程課程改革實踐【1】

　　摘 要 介紹中南大學在數控編程教學改革實踐中的主要措施和經驗：合理分配課堂教學、仿真和實驗的學時比例;采用任務驅動型教學方法組織課堂教學;改革考核方式;注意其他相關課程銜接。

　　改革取得良好的教學效果。

　　關鍵詞 數控編程;課程改革;仿真和實驗

　　Abstract The major measures and experiences in the curriculum reform of numerical control programming in Central South University are introduced.

　　These measures and experiences including： allocating the class hours to classroom teaching， simulation and experiment reasonable; organizing the classroom teaching by the task drive type teaching method; reforming the assessment methods; paying attention to the connection to the correlated courses. The curriculum reform has got good effects.

　　Key words numerical control programming; curriculum reform; simulation and experiment

　　1 引言

　　計算機數控作為機械制造的革命性技術正越來越深地影響著制造業的發展，我國2011年國產機床數控化率已經達到30.94%，而美國、歐洲發達國家已經達到70%以上[1]。

　　因此，掌握數控機床的編程和操作方法已經成為有志于從事機械制造行業畢業生的必備技能。

　　順應這一趨勢，國內眾多高校都開設了數控編程課程，培養學生數控編程和應用能力。

　　數控編程實踐性很強，但又與機械制造工藝、金屬切削原理與刀具等專業理論課程聯系緊密，對于沒有太多機械加工經驗的學生而言，學習難度較大。

　　近年來，中南大學在數控編程教學的諸多方面進行了很多有益的嘗試，本文將總結改革中采取的主要針對性措施和取得的經驗。

　　從課程體系上來講，數控編程可分為手工編程和計算機自動編程，大多數院校將計算機自動編程劃入CAM(Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)相關課程，在數控編程與應用課程中主要講授手工編程內容。

　　因此，本文中只包含手工編程的內容，而不包含自動編程。

　　2 課程教學的主要難點

　　分析往年學生數控編程學習效果時發現，學生在以下幾個方面認為數控編程較難掌握。

　　2.1 難以與實際加工建立聯系

　　由于學生實際加工經驗少，容易簡單地把數控編程的過程理解為僅是在數控環境下進行“CAD制圖”，無法站在制造角度看待。

　　具體又體現在：對工件坐標系建立過程理解不清;無法正確確立加工工藝路線;重插補指令，而輕視其余指令，甚至在編程時漏寫必要的輔助功能指令和其余準備功能指令。

　　2.2 數控代碼多，難以記憶

　　以華中數控HNC-2000T為例，基本的準備功能指令就有35個，基本輔助功能指令11個，尺寸字13個，刀具、進給、主軸指令各1個，其余指令16個，共計68個。

　　這些指令與自然語言聯系較少，僅有少數字母和數字組成，學生學習過程中反映記憶困難，容易混淆。

　　2.3 工藝參數確定困難

　　由于缺乏足夠的感性體驗，學生反映對于主軸轉速、進給速度、背吃刀量、刀具角度等工藝參數難以確定合理數值。

　　2.4 內容枯燥

　　課程教授內容比較具體，往往以一種具體的數控系統為對象，詳細講解其在各種加工中的編程和操作方法，這對于沒有多少實際機床操作經驗的學生來說，顯得比較枯燥，調動學生的學習興趣比較困難。

　　2.5 缺乏自我評價手段

　　學生在學習其他理論基礎課程時，可以在課后通過做習題檢驗學習效果，及時地進行自我評價。

　　但數控編程知識的應用對象是數控機床，只有通過實際加工才能發現存在的問題，現階段開放實驗室供隨時接受學生進行實驗的條件又不成熟，因此，學生對自己掌握知識的情況不太清楚，也無法獲得解決問題的成就感，進一步影響了學生的學習興趣。

　　3 綜合運用多種教學手段

　　對于數控編程這類面向實際操作和應用的課程，單純依靠課堂講授效果往往較差，必須通過實驗增強學生的感性認識。

　　但由于硬件條件的限制，實驗耗時太長，同時成本也較高。

　　近年來，隨著計算機技術的發展，很多院校引進了數控系統仿真軟件作為課堂教學和實驗的有益補償[2]。

　　課堂教學、仿真和實驗三種教學手段各有優缺點。

　　課堂教學信息量大，學生學習時所受干擾小，但不夠形象，學生積極性差;仿真時可做集中講解，便于做到人手一機，包含多種數控平臺，還可以復現很多編程中出現的問題，成本低，但仿真畢竟與真實操作環境還是存在較大差距;實驗獲得的真實感最強，但教學效率最低。

　　如何在實際教學中平衡這三種教學手段，以獲得最佳的教學效果，是非常值得探討的問題。

　　中南大學近年來一直在摸索最佳的教學手段平衡方案，通過對比發現，三種教學手段在數控編程課程中占用圖1所示比例時效果最好：課堂教學55%，仿真20%，實驗25%。

　　同時，教學手段的選擇與授課內容有較大關系，表1中列出了各種教學手段較適合的教課內容。

　　4 任務驅動型教學方法

　　以往數控編程教學較多采用以數控系統編程說明書的組織形式為教學主線，這樣做教學內容覆蓋比較全面，學生復習相對容易，但也存在明顯的缺陷，即內容松散，知識點容易混淆。

　　為解決第2部分中的2.1、2.2、2.4等難點，采用了任務驅動型教學組織形式[3]，即打破原有的說明書似的內容組織形式，除編程基礎和工藝分析采用傳統教學方法外，其余每節課都以一個具體的加工任務開始。

　　任務型教學法的組織流程如圖2所示，教師首先講解本節課要掌握的數控代碼語法，然后分析加工難點和注意事項，學生在查閱資料、相互討論基礎上形成加工方案，當堂完成加工代碼，并進行仿真驗證。

　　在學生查閱資料的環節中可讓學生通過多種渠道獲得信息，除了傳統的編程說明書及其他教材外，還可以利用手機等智能網絡終端通過互聯網獲得更廣泛的信息。

　　任務型教學中，學生不僅僅是控制機床走一些簡單的軌跡，面對的是真正的加工任務，幫助他們建立數控編程與實際加工的聯系。

　　同時，由于是任務驅動，教授的指令自然會按相近功能的指令一起辨析講解，也便于學生記憶。

　　在這樣一種模式下，學生參與感大大增強，而解決問題的過程也是學生自我評價的過程，當通過仿真驗證其想法時，也會激發學生的積極性和主動性。

　　5 課程考核方式改革

　　學期末通過試卷考試的傳統考核模式在教學中出現了諸多缺點：首先，卷面考核難以考查學生實際解決問題的能力;其次，期末考試使得學生產生考前再突擊的倦怠思想，從而影響學期中的學習積極性。

　　如圖3所示，改革后的考核體系取消了期末卷面考試，共包括三個部分：期末大作業(50%)、課堂表現(40%)和出勤率(10%)。

　　期末大作業采用分組形式，每組負責加工一個復雜零件，組內成員分別負責工藝、編程、仿真和機床操作，每人的工作既有協作，又有區分。

　　課堂表現是指在前述任務型教學中學生查閱資料、討論問題、編程和仿真中的表現，由教師當堂打分。

　　在新的考核體系下，更加注重學生解決問題的能力，也從注重考試結果逐步向注重學習過程轉變。

　　同時，在考核中還鍛煉了學生的協作能力。

　　6 注意與其他課程的銜接

　　數控編程中需要用到機械制造方面很多專業課程的知識，是機械制造方面知識的綜合應用。

　　因此，在安排教學大綱時要特別注意與其他緊密相關的專業課程的銜接關系。

　　根據經驗，如果學生在學習數控編程不久前剛修過機械制造工藝學和金屬切削原理與刀具，學生能在編程中較合理地確定工藝參數;反之，如果學生沒有修過這兩門課程或者已修過太久，效果則相對較差。

　　因此，數控編程宜緊接著安排在機械制造工藝學和金屬切削原理與刀具兩門課程之后。

　　如果存在其他原因無法如此安排，最好在數控加工工藝部分增加金屬切削和刀具相關知識。

　　7 總結

　　在分析學生在學習數控編程時遇到的困難后，介紹了中南大學近年來課程改革的針對性改革措施以及取得的經驗，實際教學效果表明，改革取得較好的效果。

　　參考文獻

　　[1]劉恒.伺服精密化力助數控機床“智造”[J].伺服控制，2012(1)：20-22.

　　[2]金魁.數控仿真軟件在數控編程與加工教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2012(15)：139-140.

　　[3]楊世成.基于“任務驅動”的《數控編程》課程教學設計[J].職業技術教育，2007(8)：77-78.

　　數控編程與操作課程的改革實踐【2】

　　目前，我國許多職業院校的課程結構體系采用的都是“理論教學+實踐教學”的模式。

　　從整體上看，專業課程設置比較符合生產實際要求，初步實現了課程設置的綜合化;但仍然缺乏“載體”，在教學過程中往往會不自覺地回到“學科化”的老路上。

　　筆者針對以上情況，根據所在學院的實情，在工學結合的指導思想下，將理論教學過程與實踐操作過程融為一體，圍繞數控編程與操作教學改革的目標進行教學實踐。

　　一、理實一體化教學

　　理實一體化教學，就是指由一位專業教師在同一空間和同一時間對該課程的理論知識、技能訓練和生產實習同步進行教學，將專業理論課與實習課交替進行，直觀和抽象交錯出現，不存在固定的理論教學、實踐教學的先后順序。

　　該教學方式不僅做到了理論與實踐的溝通和聯系，而且能激發學生主動學習的興趣和激情。

　　高職教育的宗旨是培養具有基本專業理論知識、熟練的操作技能、生產管理服務第一線需要的應用型技能型人才。

　　工學結合是高職教育人才培養模式的顯著特征，也是高職教育的核心理念，其主要任務是讓學生在真實工作情境中對技術工作的任務、過程和環境進行整體化感悟和反思，從而實現知識與技能、過程與方法、情感與價值觀等方面學習的統一。

　　學校要想順利實現這一過程，必須進行課程改革，實現理實一體化教學，讓學生不但學到了專業知識和技能，而且能夠通過專業技術工作過程獲得職業意識和方法，通過同學間相互交流與協作形成綜合職業能力。

　　二、數控編程與操作課程改革實踐

　　在筆者學院，數控編程與操作課程分為數車和數銑兩部分，分兩學期開展教學。

　　現以數控車削的編程與操作課程為例進行教學改革實踐。

　　1.教學計劃的修改

　　該課程現在采用的是“理論教學+實踐教學”的模式，共安排124學時，其中理論教學42學時，實訓教學中仿真教學20學時、機床操作60學時。

　　在課程改革中對此進行了調整，見表1、表2所示。

　　將理論的42個學時縮減成20學時后，整合到實訓教學的仿真實習中。

　　在仿真教學過程中，保證每位學生都有一臺裝有數控仿真軟件的電腦，老師講解指令后學生能馬上進行程序的仿真加工，起到了“熱炒熱賣”的效果。

　　2.教學過程及成果對比

　　理論教學通常是兩個課時連堂，雖然借助了多媒體，但仍因時間有限，不能將所有教學內容仿真，尤其是無法開展課堂編程練習。

　　理實一體化教學通常是四個課時連堂，每當老師講解完例題，就仿真演示給學生看，然后出課堂練習題，學生自己操作、老師巡回指導。

　　課堂練習不再是枯燥的作業本練習，而是可見實體的仿真加工(如表3所示)，學生自然學習興趣濃厚，求知欲較強，知識掌握也更為牢固。

　　筆者學院本學期的教學改革實踐，在10級數控專業抽取了學習情況大體相同、學生人數均為50人的兩個教學班，分別采用傳統教學方式和理實一體化教學方式。

　　兩個班的學生在參加學校考教分離的測試和國家數控車床操作工考證時，顯示出教學結果有較大差異，如表4、表5、表6所示。

　　本次教學改革讓我們進一步明確，工學結合的課程的教學內容體現了工作過程的完整性，體現了源于工作崗位的任務和職業能力的要求，應著力推行理實一體化教學，培養學生的職業能力。

　　數控車床編程與操作課程改革實踐【3】

　　根據中職學生的培養目標，學校編程與操作提倡教師開展課程改革，所以筆者覺得有必要對數控車床編程與操作這門課程進行教學改革，從教學內容、課程體系、教學方法與手段和實踐教學體系進行改革，以提高教學質量，培養掌握數控技術的應用型、技能型人才，滿足市場對該類人才的需求。

　　一、教學內容的改革

　　根據中職教育的特點，課程教學內容要圍繞知識、能力、素質這三方面來進行。

　　同時，必須具備基礎性、實用性、時效性和新穎性。

　　數控車床編程與操作理論教學內容包括基本的編程、零件的工藝分析、機床的基本操作、caxa數控車軟件的基本操作和應用。

　　由于數控車技術發展很快，而實訓時間只有2周-4周，為了讓學生在最短的時間內學到最多的知識，數控車這門課程應緊跟數控技術的發展，將目前有關數控技術應用方面的新知識、新技術及時傳授給學生。

　　所以，應對課程內容與教材進行更新和調整。

　　教材以講明基本概念、基本原理為主，可刪去一些繁鎖的計算過程和過時的教學內容。

　　二、教材內容與教學目標

　　在數控車課程教材的建設中，應以課程的基本要求為基礎。

　　筆者學校選擇了中、高職職業技術學院數控類一體化教材。

　　根據教學目標分類學理論知識，筆者認為可將認知領域的教學目標分為知識、理解、應用、分析、綜合等5個類別。

　　本課程知識級的主要教學目標是：數控編程中的基本規則以及數控編程中常用代碼的意義、用途。

　　“理解”是能力發展的基本層次，是對知識材料的轉換、解釋、推斷。

　　本課程理解數控指令編程的格式、應用;解釋坐標系規則、定義，并識別各典型機床坐標系;理解數學處理的基本方法;理解典型數控機床加工程序編制的基礎(機床主要功能、加工工藝范圍、工藝裝備、編程特點等)。

　　“應用”是將知識和技能運用到實際中解決實際問題。

　　本課程應用主要教學目標：掌握典型數控機床的常規編程方法，進行一般形狀零件加工程序的分析及編制。

　　三、教學手段和實踐教學的改革

　　隨著計算機技術的普及，通訊技術和傳媒手段迅猛發展，教學方法、教學手段應隨著科學的發展而改變。

　　一張嘴、一本書、一塊黑板、一支粉筆的傳統教學方法已不適合現代教學的要求，取而代之的將是幻燈、錄像、多媒體教學，其豐富的信息儲備量、快速的運行速度、強烈的感染力成為教師首選的教學手段。

　　利用多媒體課件進行《數控車》課程的教學，可以使教學生動、形象，提高學生的學習興趣。

　　數控車是一門實踐性很強的課程，為了達到數控技術和其他機械類專業對本課程的要求，必須建立本課程獨立的實踐教學體系，即數控車床的編程及數控機床仿真操作實訓──綜合實踐數控機床操作訓練。

　　1.課程實驗

　　主要開設數控機床結構實驗，使學生了解數控機床的機械結構，同時開設數控編程的實訓。

　　每個學生一臺電腦，完成數控車編程及仿真訓練。

　　對學生進行數控車床仿真操作訓練，使學生掌握數控車床的程序輸入、刀具參數設置、機床調整、機床維護知識，使學生能夠操作數控車床并加工出合格零件，培養學生操作機床的基本技能。

　　2.綜合實踐訓練

　　學生根據教師提供的零件進行選擇與操作，分析零件結構、制訂工藝過程、工藝路線，選擇刀具、夾具等，編制加工程序，自己動手加工出零件，培養學生綜合運用所學理論知識解決實際問題的能力。

　　四、考試方法的改革

　　考試是教師和學生每學期都必須經歷的事情，然而，考試教育并不受學生歡迎，考試成績并不代表學生學到的知識，學生為了考試而學習，效果不是很好。

　　所以，怎樣考核學生，是十分重要的。

　　好的考試方法，可以調動學生的學習積極性，培養學生自主學習的能力，改善學生學習的風氣，提高教學效率。

　　為了尋找一種科學、合理、有效的考試方法，筆者認為有必要對目前的考試方法進行改革。

　　考試應該采取多種形式進行，才能反映學生各方面的能力水平。

　　經過一個學期的項目化教學，學生的學習興趣大大地提高了，學習效果比以往好，但由于這是第一次實施課程改革，有些地方還有待完善。

　　希望在以后的教學進行更深的探討，相信在“教與學，學與做”一體化后，學生會學到真正的技能，能適應社會的發展。

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