数控编程课程改革实践

数控编程课程改革实践

　　数控编程课程改革实践【1】

　　摘 要 介绍中南大学在数控编程教学改革实践中的主要措施和经验：合理分配课堂教学、仿真和实验的学时比例;采用任务驱动型教学方法组织课堂教学;改革考核方式;注意其他相关课程衔接。

　　改革取得良好的教学效果。

　　关键词 数控编程;课程改革;仿真和实验

　　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

　　计算机数控作为机械制造的革命性技术正越来越深地影响着制造业的发展，我国2011年国产机床数控化率已经达到30.94%，而美国、欧洲发达国家已经达到70%以上[1]。

　　因此，掌握数控机床的编程和操作方法已经成为有志于从事机械制造行业毕业生的必备技能。

　　顺应这一趋势，国内众多高校都开设了数控编程课程，培养学生数控编程和应用能力。

　　数控编程实践性很强，但又与机械制造工艺、金属切削原理与刀具等专业理论课程联系紧密，对于没有太多机械加工经验的学生而言，学习难度较大。

　　近年来，中南大学在数控编程教学的诸多方面进行了很多有益的尝试，本文将总结改革中采取的主要针对性措施和取得的经验。

　　从课程体系上来讲，数控编程可分为手工编程和计算机自动编程，大多数院校将计算机自动编程划入CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)相关课程，在数控编程与应用课程中主要讲授手工编程内容。

　　因此，本文中只包含手工编程的内容，而不包含自动编程。

　　2 课程教学的主要难点

　　分析往年学生数控编程学习效果时发现，学生在以下几个方面认为数控编程较难掌握。

　　2.1 难以与实际加工建立联系

　　由于学生实际加工经验少，容易简单地把数控编程的过程理解为仅是在数控环境下进行“CAD制图”，无法站在制造角度看待。

　　具体又体现在：对工件坐标系建立过程理解不清;无法正确确立加工工艺路线;重插补指令，而轻视其余指令，甚至在编程时漏写必要的辅助功能指令和其余准备功能指令。

　　2.2 数控代码多，难以记忆

　　以华中数控HNC-2000T为例，基本的准备功能指令就有35个，基本辅助功能指令11个，尺寸字13个，刀具、进给、主轴指令各1个，其余指令16个，共计68个。

　　这些指令与自然语言联系较少，仅有少数字母和数字组成，学生学习过程中反映记忆困难，容易混淆。

　　2.3 工艺参数确定困难

　　由于缺乏足够的感性体验，学生反映对于主轴转速、进给速度、背吃刀量、刀具角度等工艺参数难以确定合理数值。

　　2.4 内容枯燥

　　课程教授内容比较具体，往往以一种具体的数控系统为对象，详细讲解其在各种加工中的编程和操作方法，这对于没有多少实际机床操作经验的学生来说，显得比较枯燥，调动学生的学习兴趣比较困难。

　　2.5 缺乏自我评价手段

　　学生在学习其他理论基础课程时，可以在课后通过做习题检验学习效果，及时地进行自我评价。

　　但数控编程知识的应用对象是数控机床，只有通过实际加工才能发现存在的问题，现阶段开放实验室供随时接受学生进行实验的条件又不成熟，因此，学生对自己掌握知识的情况不太清楚，也无法获得解决问题的成就感，进一步影响了学生的学习兴趣。

　　3 综合运用多种教学手段

　　对于数控编程这类面向实际操作和应用的课程，单纯依靠课堂讲授效果往往较差，必须通过实验增强学生的感性认识。

　　但由于硬件条件的限制，实验耗时太长，同时成本也较高。

　　近年来，随着计算机技术的发展，很多院校引进了数控系统仿真软件作为课堂教学和实验的有益补偿[2]。

　　课堂教学、仿真和实验三种教学手段各有优缺点。

　　课堂教学信息量大，学生学习时所受干扰小，但不够形象，学生积极性差;仿真时可做集中讲解，便于做到人手一机，包含多种数控平台，还可以复现很多编程中出现的问题，成本低，但仿真毕竟与真实操作环境还是存在较大差距;实验获得的真实感最强，但教学效率最低。

　　如何在实际教学中平衡这三种教学手段，以获得最佳的教学效果，是非常值得探讨的问题。

　　中南大学近年来一直在摸索最佳的教学手段平衡方案，通过对比发现，三种教学手段在数控编程课程中占用图1所示比例时效果最好：课堂教学55%，仿真20%，实验25%。

　　同时，教学手段的选择与授课内容有较大关系，表1中列出了各种教学手段较适合的教课内容。

　　4 任务驱动型教学方法

　　以往数控编程教学较多采用以数控系统编程说明书的组织形式为教学主线，这样做教学内容覆盖比较全面，学生复习相对容易，但也存在明显的缺陷，即内容松散，知识点容易混淆。

　　为解决第2部分中的2.1、2.2、2.4等难点，采用了任务驱动型教学组织形式[3]，即打破原有的说明书似的内容组织形式，除编程基础和工艺分析采用传统教学方法外，其余每节课都以一个具体的加工任务开始。

　　任务型教学法的组织流程如图2所示，教师首先讲解本节课要掌握的数控代码语法，然后分析加工难点和注意事项，学生在查阅资料、相互讨论基础上形成加工方案，当堂完成加工代码，并进行仿真验证。

　　在学生查阅资料的环节中可让学生通过多种渠道获得信息，除了传统的编程说明书及其他教材外，还可以利用手机等智能网络终端通过互联网获得更广泛的信息。

　　任务型教学中，学生不仅仅是控制机床走一些简单的轨迹，面对的是真正的加工任务，帮助他们建立数控编程与实际加工的联系。

　　同时，由于是任务驱动，教授的指令自然会按相近功能的指令一起辨析讲解，也便于学生记忆。

　　在这样一种模式下，学生参与感大大增强，而解决问题的过程也是学生自我评价的过程，当通过仿真验证其想法时，也会激发学生的积极性和主动性。

　　5 课程考核方式改革

　　学期末通过试卷考试的传统考核模式在教学中出现了诸多缺点：首先，卷面考核难以考查学生实际解决问题的能力;其次，期末考试使得学生产生考前再突击的倦怠思想，从而影响学期中的学习积极性。

　　如图3所示，改革后的考核体系取消了期末卷面考试，共包括三个部分：期末大作业(50%)、课堂表现(40%)和出勤率(10%)。

　　期末大作业采用分组形式，每组负责加工一个复杂零件，组内成员分别负责工艺、编程、仿真和机床操作，每人的工作既有协作，又有区分。

　　课堂表现是指在前述任务型教学中学生查阅资料、讨论问题、编程和仿真中的表现，由教师当堂打分。

　　在新的考核体系下，更加注重学生解决问题的能力，也从注重考试结果逐步向注重学习过程转变。

　　同时，在考核中还锻炼了学生的协作能力。

　　6 注意与其他课程的衔接

　　数控编程中需要用到机械制造方面很多专业课程的知识，是机械制造方面知识的综合应用。

　　因此，在安排教学大纲时要特别注意与其他紧密相关的专业课程的衔接关系。

　　根据经验，如果学生在学习数控编程不久前刚修过机械制造工艺学和金属切削原理与刀具，学生能在编程中较合理地确定工艺参数;反之，如果学生没有修过这两门课程或者已修过太久，效果则相对较差。

　　因此，数控编程宜紧接着安排在机械制造工艺学和金属切削原理与刀具两门课程之后。

　　如果存在其他原因无法如此安排，最好在数控加工工艺部分增加金属切削和刀具相关知识。

　　7 总结

　　在分析学生在学习数控编程时遇到的困难后，介绍了中南大学近年来课程改革的针对性改革措施以及取得的经验，实际教学效果表明，改革取得较好的效果。

　　参考文献

　　[1]刘恒.伺服精密化力助数控机床“智造”[J].伺服控制，2012(1)：20-22.

　　[2]金魁.数控仿真软件在数控编程与加工教学中的应用[J].中国教育技术装备，2012(15)：139-140.

　　[3]杨世成.基于“任务驱动”的《数控编程》课程教学设计[J].职业技术教育，2007(8)：77-78.

　　数控编程与操作课程的改革实践【2】

　　目前，我国许多职业院校的课程结构体系采用的都是“理论教学+实践教学”的模式。

　　从整体上看，专业课程设置比较符合生产实际要求，初步实现了课程设置的综合化;但仍然缺乏“载体”，在教学过程中往往会不自觉地回到“学科化”的老路上。

　　笔者针对以上情况，根据所在学院的实情，在工学结合的指导思想下，将理论教学过程与实践操作过程融为一体，围绕数控编程与操作教学改革的目标进行教学实践。

　　一、理实一体化教学

　　理实一体化教学，就是指由一位专业教师在同一空间和同一时间对该课程的理论知识、技能训练和生产实习同步进行教学，将专业理论课与实习课交替进行，直观和抽象交错出现，不存在固定的理论教学、实践教学的先后顺序。

　　该教学方式不仅做到了理论与实践的沟通和联系，而且能激发学生主动学习的兴趣和激情。

　　高职教育的宗旨是培养具有基本专业理论知识、熟练的操作技能、生产管理服务第一线需要的应用型技能型人才。

　　工学结合是高职教育人才培养模式的显著特征，也是高职教育的核心理念，其主要任务是让学生在真实工作情境中对技术工作的任务、过程和环境进行整体化感悟和反思，从而实现知识与技能、过程与方法、情感与价值观等方面学习的统一。

　　学校要想顺利实现这一过程，必须进行课程改革，实现理实一体化教学，让学生不但学到了专业知识和技能，而且能够通过专业技术工作过程获得职业意识和方法，通过同学间相互交流与协作形成综合职业能力。

　　二、数控编程与操作课程改革实践

　　在笔者学院，数控编程与操作课程分为数车和数铣两部分，分两学期开展教学。

　　现以数控车削的编程与操作课程为例进行教学改革实践。

　　1.教学计划的修改

　　该课程现在采用的是“理论教学+实践教学”的模式，共安排124学时，其中理论教学42学时，实训教学中仿真教学20学时、机床操作60学时。

　　在课程改革中对此进行了调整，见表1、表2所示。

　　将理论的42个学时缩减成20学时后，整合到实训教学的仿真实习中。

　　在仿真教学过程中，保证每位学生都有一台装有数控仿真软件的电脑，老师讲解指令后学生能马上进行程序的仿真加工，起到了“热炒热卖”的效果。

　　2.教学过程及成果对比

　　理论教学通常是两个课时连堂，虽然借助了多媒体，但仍因时间有限，不能将所有教学内容仿真，尤其是无法开展课堂编程练习。

　　理实一体化教学通常是四个课时连堂，每当老师讲解完例题，就仿真演示给学生看，然后出课堂练习题，学生自己操作、老师巡回指导。

　　课堂练习不再是枯燥的作业本练习，而是可见实体的仿真加工(如表3所示)，学生自然学习兴趣浓厚，求知欲较强，知识掌握也更为牢固。

　　笔者学院本学期的教学改革实践，在10级数控专业抽取了学习情况大体相同、学生人数均为50人的两个教学班，分别采用传统教学方式和理实一体化教学方式。

　　两个班的学生在参加学校考教分离的测试和国家数控车床操作工考证时，显示出教学结果有较大差异，如表4、表5、表6所示。

　　本次教学改革让我们进一步明确，工学结合的课程的教学内容体现了工作过程的完整性，体现了源于工作岗位的任务和职业能力的要求，应着力推行理实一体化教学，培养学生的职业能力。

　　数控车床编程与操作课程改革实践【3】

　　根据中职学生的培养目标，学校编程与操作提倡教师开展课程改革，所以笔者觉得有必要对数控车床编程与操作这门课程进行教学改革，从教学内容、课程体系、教学方法与手段和实践教学体系进行改革，以提高教学质量，培养掌握数控技术的应用型、技能型人才，满足市场对该类人才的需求。

　　一、教学内容的改革

　　根据中职教育的特点，课程教学内容要围绕知识、能力、素质这三方面来进行。

　　同时，必须具备基础性、实用性、时效性和新颖性。

　　数控车床编程与操作理论教学内容包括基本的编程、零件的工艺分析、机床的基本操作、caxa数控车软件的基本操作和应用。

　　由于数控车技术发展很快，而实训时间只有2周-4周，为了让学生在最短的时间内学到最多的知识，数控车这门课程应紧跟数控技术的发展，将目前有关数控技术应用方面的新知识、新技术及时传授给学生。

　　所以，应对课程内容与教材进行更新和调整。

　　教材以讲明基本概念、基本原理为主，可删去一些繁锁的计算过程和过时的教学内容。

　　二、教材内容与教学目标

　　在数控车课程教材的建设中，应以课程的基本要求为基础。

　　笔者学校选择了中、高职职业技术学院数控类一体化教材。

　　根据教学目标分类学理论知识，笔者认为可将认知领域的教学目标分为知识、理解、应用、分析、综合等5个类别。

　　本课程知识级的主要教学目标是：数控编程中的基本规则以及数控编程中常用代码的意义、用途。

　　“理解”是能力发展的基本层次，是对知识材料的转换、解释、推断。

　　本课程理解数控指令编程的格式、应用;解释坐标系规则、定义，并识别各典型机床坐标系;理解数学处理的基本方法;理解典型数控机床加工程序编制的基础(机床主要功能、加工工艺范围、工艺装备、编程特点等)。

　　“应用”是将知识和技能运用到实际中解决实际问题。

　　本课程应用主要教学目标：掌握典型数控机床的常规编程方法，进行一般形状零件加工程序的分析及编制。

　　三、教学手段和实践教学的改革

　　随着计算机技术的普及，通讯技术和传媒手段迅猛发展，教学方法、教学手段应随着科学的发展而改变。

　　一张嘴、一本书、一块黑板、一支粉笔的传统教学方法已不适合现代教学的要求，取而代之的将是幻灯、录像、多媒体教学，其丰富的信息储备量、快速的运行速度、强烈的感染力成为教师首选的教学手段。

　　利用多媒体课件进行《数控车》课程的教学，可以使教学生动、形象，提高学生的学习兴趣。

　　数控车是一门实践性很强的课程，为了达到数控技术和其他机械类专业对本课程的要求，必须建立本课程独立的实践教学体系，即数控车床的编程及数控机床仿真操作实训──综合实践数控机床操作训练。

　　1.课程实验

　　主要开设数控机床结构实验，使学生了解数控机床的机械结构，同时开设数控编程的实训。

　　每个学生一台电脑，完成数控车编程及仿真训练。

　　对学生进行数控车床仿真操作训练，使学生掌握数控车床的程序输入、刀具参数设置、机床调整、机床维护知识，使学生能够操作数控车床并加工出合格零件，培养学生操作机床的基本技能。

　　2.综合实践训练

　　学生根据教师提供的零件进行选择与操作，分析零件结构、制订工艺过程、工艺路线，选择刀具、夹具等，编制加工程序，自己动手加工出零件，培养学生综合运用所学理论知识解决实际问题的能力。

　　四、考试方法的改革

　　考试是教师和学生每学期都必须经历的事情，然而，考试教育并不受学生欢迎，考试成绩并不代表学生学到的知识，学生为了考试而学习，效果不是很好。

　　所以，怎样考核学生，是十分重要的。

　　好的考试方法，可以调动学生的学习积极性，培养学生自主学习的能力，改善学生学习的风气，提高教学效率。

　　为了寻找一种科学、合理、有效的考试方法，笔者认为有必要对目前的考试方法进行改革。

　　考试应该采取多种形式进行，才能反映学生各方面的能力水平。

　　经过一个学期的项目化教学，学生的学习兴趣大大地提高了，学习效果比以往好，但由于这是第一次实施课程改革，有些地方还有待完善。

　　希望在以后的教学进行更深的探讨，相信在“教与学，学与做”一体化后，学生会学到真正的技能，能适应社会的发展。

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