新工科背景下数控技术课程教学改革

李志刚 王良 车晓毅 杨莹

摘  要：为适应新时代制造领域人才需求，在分析新工科本科人才培养目标的基础上，结合数控技术这门课程在应用型本科高校机械制造类专业教学中的地位和作用，对数控技术课程进行教学改革。改革内容主要包括课程内容顺序调整、理论教学改革、课堂实验规划和技能训练以及相互之间的融合。

关键词：新工科;数控技术;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）05-0148-03

Abstract： In order to adapt to the need of talents in the manufacturing field of the new era， on the basis of analyzing the training objectives of new engineering undergraduate talents， combined with the position and role of numerical control technology in the teaching of mechanical manufacturing in applied undergraduate colleges， the teaching of numerical control technology course is reformed. The reforms mainly include the adjustment of course content， theoretical teaching reform， classroom experiment planning， and skill training as well as mutual integration.

Keywords： new engineering; numerical control technology; teaching reform

新工科项目的提出与实施最终目的是为了培养多元化、创新型卓越工程人才，为未来提供智力和人才支撑，“新工科”计划的推进关键在于对“新”的内涵的认识，而“新”的内涵首要表现就是要培养具备新素养的面向未来的工程人才，高校在专业设置、人才培养模式等方面都在做相应的改革[1，2]。针对新工科建设背景下对工程技术人才提出的新要求[3]，根据地方应用型本科高校对应用型人才的培养要求，融合理论与实践，注重学生工程实践能力和创新能力的培养，对数控技术课程的教学进行了相应的改革探索。

一、人才需求及数控技术课程介绍

《中国制造2025》提出要开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备及集成制造系统，加快高档数控机床、增材制造等前沿技术和装备的研发。未来几年，我国新一代信息技术、电力装备、高档数控机床和机器人、新材料将成为人才缺口最大的几个专业。为适应经济新常态和未来新兴产业的发展，需对传统工程专业人才培养模式进行一些改革，使之培养出来的学生不仅能用某一学科专业知识去解决现有工作中遇到的各种问题，而且还能通过学习新知识和新技术去解决未来发展中出现的问题，他们不仅是一个优秀的技术人才，而且是具备良好的人文素养和经营管理的新工科人才。

数控技术作为一门集机械、电气、自动控制、电子、计算机的交叉学科，是制造业实现柔性化、自动化、集成化及智能化的重要基础，在当前数字化装备制造业中已得到广泛应用。数控技术是现代制造业中的关键技术之一，也是机械设计与制造及其自动化专业的核心课程，同时也是理论与实践结合非常紧密的课程[5]。目前就机械类数控技术领域人才的要求不仅要掌握熟练的操作技能，同时要有扎实的理论知识储备，才能适应新时代装备技术的更新与发展。

二、数控技术课程改革的必要性

数控技术课程的内容主要分为数控原理与系统、数控编程技术、数控实践三大部分，在数控技术课程教学过程中，传统的教学模式是任课教师以教学大纲为依据，讲授内容，先进行数控技术理论知识和编程指令的教学，后再进行一定时间的集中训练。由于上课前学生没有感性认识，上课时学习的是抽象的理论知识，加上学习目标不明确，未来工作方向感不强，学生反映学习起来比较枯燥乏味，学习兴趣不浓，等到训练环节才发现用来分析和解决实际问题的理论知识在前期课堂教学中被自己忽略，在训练环节通常很被动。在上述传统的理论教学过程中，学生处于一种被动的学习状态，主要是以课程考试成绩作为学习合格与否的标准，学生目标不明确导致自主学习能动性较差，所以教学效果不太理想，分析问题和解决问题的能力不够。

基于本人从事机床数控技术课程理论教学和实验实践教学近二十年教学经验和从教前在企业近十年的数控加工工作经历，对于数控技术课程教学进行了分析和探索，结合对近年来已毕业从事本专业工作的学生的跟踪与反馈。我们教学团隊提出了“以学生为中心”的课程引导式、兴趣式教学模式，对数控技术课程进行改革，改革内容包括课程内容顺序调整、理论教学改革、课堂实验规划、技能训练以及相互之间的融合，对数控技术课程理论教学和实践教学进行深度融合。真正让学生成为教学中的主体，教师只是引导者，协助学生完成相应任务。在教学过程，让学生在学习的舞台上尽情表演，这样让有限的教学过程最大程度地发挥作用，提升学生分析问题和解决问题能力，让学生获得最大的收益，以适应未来社会对新工科人才的需求。

三、数控技术课程的改革内容和方法

为解决数控技术教学过程中出现的上述存在问题，就如何提高学生的学习兴趣;如何将理论教学和实践教学进行深度融合;如何在教学过程中引导学生从专业方面考虑问题分析问题，我们教学团队进行了相关的研究与探索。对数控技术课程的改革内容和方法如下：

（一）课程内容及调整方案

数控技术课程内容主要分为数控原理与系统部分和数控编程部分，数控编程又分为手工编程和自动编程两个部分。目前的机床数控技术系列教材大部分是以数控原理与系统和手工编程为主，而自动编程技术的内容更多是以某一CAM软件为基础进行教材编写。因此，在以往传统的数控技术教学中是选用上述两本教材，先是以机床数控技术对数控机床进行概述后，对手工编程进行讲述，后续再对数控原理与系统进行论述;在这基础之上再进行自动编程技术进行讲解。这样的教学内容的顺序安排，就容易出现前面所述的学生学习兴趣不高以及忽视数控原理与系统部分理论知识的学习，其理论知识基础较为薄弱。鉴于此，本文所提出的教改将数控技术课程的教学内容顺序调整如下所示。

数控加工通识学习-手工编程技术-数控加工仿真-自动编程技术-数控原理与系统-数控原理实验-技能训练环节

手工编程技术也称手动编程技术，虽然随着技术的发展，现在的编程普遍采用自动编程技术，但是对于初学者来讲，手工编程技术所涉及的坐标系、指令、宏程序等相关知识是数控人才的基本功，没有这些基础，很难理解后续的自动编程的过程及参数的设置。

课程实验是让学生对自己程序编写水平的检验，该部分以数控仿真系统为平台，通过一个简单零件的工艺分析和编程，在仿真系统上加工出来。数控仿真系统的应用具有三个优势：一是不限制时间和地点学生均可以进行学习;二是对于参数及操作失误，仿真系统有提示，让学生更能理解机床的工作原理，且不会造成任何的机床和人身安全;三是能够提高学生的学习自信心和好奇心，零件仿真加工出来了都想上数控机床加工出实物。因此，课程实验能很好的为手工编程进行检验和为后续的自动编程和技能训练学习打下基础。

自动编程技术采用目前企业普遍使用的CAM软件进行教学，融合学生专业知识，增强学生个人解决复杂零件编程仿真加工的技能，提高学生对行业的适应能力。

数控技术涉及机、光、电、液、气、计算机、传感器等多方面的知识，分别介绍其工作原理，不仅内容分散，而且协调性无法体现。在数控原理与系统的教学过程中，以实验先行吸引学生的注意力，再以数控机床为例，对某一具体的程序段的信息处理为主线，介绍数控机床的工作原理，从程序的输入、译码、刀具补偿、进给速度处理、位置控制、驱动与检测、其它强电信号的输入输出和弱电信号的交换与处理以及诊断与参数控制等。

技能训练环节是综合训练，旨在提高学生在个人实践能力和培养学生的团队协作能力，是对大学四年所学专业知识的综合应用。

（二）课程改革实施路线

在学生学习数控技术前，对数控技术的特点、工作原理、机床结构不了解，也还没有进行数控编程知识的学习，对于数控程序可能还不认识，更不用说能自己编写数控程序。我们对数控技术课程提出 “实验先行”，具体是安排2-6个实验课时于数控编程理论课之前，通过教会学生使用小型数控机床操作，给出一些有特色的，已经编好程序的小艺术品等如下图1所示的类似零件，让学生自己完成加工，当学生完成产品加工时，成就感油然而生。当然学生在欣赏作品的同时，会进一步思考，怎么能让自己编写程序，于是更激发了学生想自己编制数控加工程序的愿望，会积极主动的学习编程知识。

由于学生有了学习兴趣，在数控编程知识学习过程中，学生是带着对知识的渴望去学习数控指令和编程知识，所以对于指令的理解很深刻。在此基础上，选择一些如图2所示的简单零件，让学生手工编制加工程序并将零件在仿真软件上加工出来，让学生树立我能行的意识。在这个阶段，选择的零件虽然简单，但是学生已经开始结合制造工艺学、互換性与测量、工程材料等方面的知识来思考问题了。在项目分析讲解过程中，引导学生从企业工作实际和生产成本分析的角度，对一个个具体项目进行分析、评估、实施与总结，完成理论到实践、再回到理论的全过程。在学生具备手工编程能力后，介绍几种自动编程软件，学会编制复杂零件的加工程序，引导学生完成一些中等难度的企业产品零件的加工，与企业实际工作要求接轨。

通过前一阶段的学习，学生掌握了一定的编程能力，在操作机床的过程式中，会对数控机床控制过程产生好奇，对其相当于黑匣子中的数控系统怎么工作想弄清楚，所以学生在学习数控原理与系统的同时，也会主动查阅一些相关资料，了解其工作原理。掌握了数控机床的工作原理再进行加工操作，学生在主观意识上不会对机床有畏惧，同时遇到相应的故障及问题时，学生能有知识储备进行相应的处理和解决。

在学习前面课程后，安排了一个技能训练环节，要求学生自我设计一个小型产品，该产品要求实现某一具体功能。方案评审通过后，学生需自行完成图纸设计、工艺工装、零件加工、产品组装、运动调试，综合了大学所学的工程材料、机械原理、热表处理、工艺工装、互换性与测量、数控加工等课程的内容。由于是学生自己选定的题目，除基本要求外没有特别限制，便于学生进行创新性设计，从而拓展了学生思维;在零件加工部分，提高对加工零件的精度要求，引入数控技能大赛的评定标准，对加工零件进行评定[5];在产品完成后，将所有学生作品集中，由学生和老师对每一个产品投票评审，结合平时过程成绩作为该环节最终成绩。由于有学生们相互评分环节，学生会对自己加工的产品精益求精，对别人加工过程取长补短，目的是培养他们的工匠精神，促进了学生的整体进步，激发学生的学习热情。学生互相评价都比较客观、真实，反应效果很好。

上述教学过程在我校机械设计制造及自动化专业的学生中进行了尝试，提升学生学习兴趣明显，效果很好。很多学生自觉利用课余时间到数控加工企业去实习，主动添加老师微信要求对工作过程中遇到的困惑进行解答。

四、结束语

通过对数控技术课程的教学改革，以通识教育、激发学生学习兴趣;以案例式教学，提升分析问题和解决实际问题的能力;以数控机床信息传递和处理过程为主线，学习数控技术工作原理;以自选项目的制造完成学习目标，享受成功的乐趣。将学生由被动学习转变为主动学习，从“要我学”——“我要学”——“我想学”，从而激发了学主的学习兴趣，提高解决实际应用问题的能力，为今后学习新知识、新技术奠定了基础。毕业走上工作岗位后能够很快的适应自己的工作，提高了新工科人才的培养质量，为企业节约了用人成本，为学生走向社会增加了信心。今后在教学过程中会不断完善改革方案，应采取更多元化的教学手段，提高课堂教学效率，为新工科人才培养不断探索更多更好的教学方法。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]李培根.工科何以而新[J]高等工程教育研究，2017（4）：1-4.

[3]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[4]车晓毅.数控技术课程立体化教学模式的探讨[J].科技资讯，2014，12（11）：165+167.

[5]王良，车晓毅，李志刚，等.以数控技能大赛为导向的数控技术课程实践教学质量提升的探究[J].教育教学论坛，2018（22）：161-162.

[6]赵亮.应用型本科数控技术课程考核方式的改革与实践[J].辽宁科技学院学报，2011（13）：54-55.

[7]韩彦勇.应用型本科数控课程实践教学的研究与实践[J].实验室科学，2013（4）：119-123.