电气工程专业“数控技术应用”教改研究与实践

朱益利,张建生

(常州工学院电气与光电工程学院，江苏常州213002)



电气工程专业“数控技术应用”教改研究与实践

朱益利,张建生

(常州工学院电气与光电工程学院，江苏常州213002)

摘要：为培养学生综合应用所学知识的能力，电气工程专业开设“数控技术应用”课程作为大四学生的一门综合性选修课，以培养学生综合运用所学知识的能力，提高学生就业竞争力。传统数控技术的教学内容及模式难以适应电气类学生的需求，针对这一问题从教学内容、校企合作、教学团队、教学方法和考核方式等方面进行了一系列教学研究与改革，实践表明改革是行之有效的。

关键词：学生培养；电气工程；数控技术；教改

电气工程及其动化专业为常州工学院第1批承办的本科专业之一。自办学以来，本专业确立了“以区域微特电机制造和电力及能源装备制造两大优势产业为背景，培养适应区域经济社会发展需求、具有较高的岗位竞争力和创新创业素养的应用型电气工程技术人才”的专业定位，致力于培养能够从事电气产品的研制开发和电气系统试验分析、运行维护、技术管理并具备良好综合素质的应用型本科人才。

迄今为止，已经培养电气工程类应用型本科人才1 500余名。经过10多年的建设与发展，本专业取得了一系列理论与实践成果，综合实力排名在国内同类高校中位居前列。为培养社会急需的应用型人才，应用型本科院校必须深入地开展各项教育教学改革[1]。顺应《中国制造2025》的行动纲领，结合常州产业优势，为培养高水平应用型人才，学校在电气工程专业开设了“数控技术应用”课程。

1存在的问题

目前，学校担任电气工程专业“数控技术应用”教学任务的老师大多是按照传统教学内容进行教学，其中数控手工编程部分(加工程序的编制)占用了大量学时，且大多停留在理论知识。由于电气工程专业学生缺乏机械学科相关知识，对机械加工制造理解较为困难，不能消化课上所学知识。教学内容偏离了电气工程专业设置该课程的初衷——锻炼学生综合运用所学电气方面知识的能力[2-3]。

2改革措施

2.1修改教学大纲，调整上课内容

“数控技术应用”是介绍数控机床控制原理和数控系统应用的一门综合性课程，不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实践性[4]。课程以数控机床为研究对象，研究数字控制系统的工作原理、组成部分以及其在数控机床上的应用。通过课程学习，使学生掌握数控机床的基本组成、数字控制技术的基本原理和方法，学会数字控制系统的组成部分和基本设计方法。

考虑到电气工程专业学生特点，应减少加工程序的讲解内容，以了解为主。将教学重点放在数控系统的基本原理和设计方面：①数控插补原理。通过对脉冲增量插补算法、数据采样插补算法、逐点比较法插补原理、数字积分插补原理、数据采样插补原理的学习，让学生掌握数控加工编程指令是如何通过计算机系统转化为实际运动指令的过程；②开环驱动系统、开环驱动系统的工作原理、步进电动机及其性能指标、脉冲驱动电源、脉冲分配与速度控制、传动间隙及传动误差、开环数控系统软件的内容及速度控制、步进电动机环形分配程序、步进电动机自动升降速程序、传动间隙及传动误差软件补偿程序等知识，使学生掌握开环伺服执行机构的基本原理；③闭环伺服驱动系统、直流电机伺服系统、交流电机伺服系统，使学生熟悉闭环伺服执行机构的基本原理；④人机交互界面的设计与开发，使学生熟悉数控机床人机交互界面的开发流程；⑤数控机床中的位置检测装置，使学生掌握数控机床中常用传感器的基本原理及使用方法；⑥主轴及其它辅助功能的实现，使学生掌握PLC及相关电气控制知识如何应用到数控机床中；⑦新型磁悬浮电主轴的基本原理及设计思路，开阔学生的视野，综合运用所学过的“电装制图”“自动控制”“数字电路技术”“模拟电路技术”“传感技术”“电力电子技术”“电机原理”“单片机原理”等课程知识。

2.2校企合作，提升教学质量

1)与相关企业合作。聘请企业方面的专家进行技术指导，建立稳定团队合作机制，充分利用社会资源。在教学计划制定、教学大纲修订、校企师资互动、实验实训项目等方面，与企业开展全方位合作，促进教学质量的提高。

2)充分利用教育部“卓越工程师教育培养计划高校学科专业”这一平台，以“校代表制度”形式与企业开展深度合作，选拔优秀的骨干教师作为校代表，负责学校与企业的联系与沟通，把握社会最新需求，促进课程建设调研的常态化，根据每一年的调研情况，调整课程教学内容。

3)定期邀请企业技术人员来校，开展与课程相关的专题讲座。课程教学中，实行“双导师制”，由校内导师和企业导师共同指导，吸引学生进入开放实验室开展课程相关的一些实践活动，让学生有目的地学习。

4)完善和企业合作的新技术应用推广制度。通过教师与工程技术人员在技术项目和专业教学中的合作，及时吸纳与毕业生就业岗位工作项目相关的新技术内容，保证课程内容的及时更新。

2.3打造教学团队

通过以下一系列举措，优化教学团队的结构，提升理论水平和实践能力，造就一批教学名师和优秀教学团队。

1)组建数控课程教学团队，遴选教学团队带头人。充分发挥教学名师的引领示范作用，开展“名师公开课”“资深教师示范课”等活动，加强教学研究，打造优质课堂。

2)健全老中青传帮带机制，实行新开课、开新课试讲制度。鼓励教师多前往企业，了解企业需求，以合作企业为依托，选派骨干教师挂职锻炼。

3)以产品开发为纽带，推行教师柔性进驻企业政策；以交流服务为推手，实施教师职业培训计划。

4)以项目申报为载体，校企共同培养“双师型”教师。

2.4积极探索新教学方法

考虑到数控技术具有较强的工程应用背景，在“数控技术应用”的教学过程中，应综合运用案例教学、技能训练式教学、工程项目式教学、讨论式教学等多种方法[5]。

课前，教师通过思考题或案例激发学生学习兴趣进行课前预习。

课堂教学中，根据重点难点、实际应用和拓展内容分别采用“带着学”“看着学”和“自己学”模式，实现互动式教学。教师运用多种现代化教学手段，对重要知识点进行渐进式讲授和验证，学生从定性理解到定量掌握，实现启发式教学。

课后，学生自主训练，巩固提高所学知识，教和学的目的性、针对性更强，实现反馈式教学。

2.5加大实践教学建设

1)丰富数控仿真加工方面的实践内容。在插补原理部分，引导学生使用编程开发软件(如Matlab和VC等)开发数控插补程序，使学生在掌握数控插补原理的基础上，熟悉计算机编程开发的基本流程。

2)在手工编程部分，引导学生使用宇龙数控加工仿真系统，更加形象、直观地学习数控编程基本规则和机械加工过程。

3)在电控系统设计部分，引导学生使用斯沃数控仿真系统，搭建虚拟数控机床的电控系统，综合运用所学的电气相关知识，并熟悉虚拟仿真的基本流程。

4)开发综合性和开发性实验，加强数控系统开发实验室建设，如开放式计算机数字控制系统、数控交流伺服驱动系统、混合式步进电机驱动器、综合应用实验装置(可以设控制器、伺服电机、电动刀架、主轴驱动等常用数控电气方面的实验)。

2.6加大课程资源建设

组织教师开发数控网络课程平台，平台将动画演示、仿真软件、虚拟实验3种现代化教学手段有机结合，提供了丰富的素材内容和类型，以弥补理论脱离实际的问题，使深奥的理论变得生动易懂，激发了学习兴趣、增强了学习的目的性。

开发的主要资源包括：①数控机床设计和使用的一些操作规范和行业标准；②机械加工行业中的一些规范和工艺流程等；③各类现代化机床的工作原理及相关介绍；④企业实际生产过程的一些录像或图片；⑤收集数控机床相关的一些机械机构的三维数字化模型；⑥柔性化生产线的设计规则等；⑦相关企业主持过的项目案例及相关培训教程等；⑧课程相关实践指导书等。

另外,为便于学生对所学知识的练习、自查、巩固，教师及时了解学生对知识的掌握情况，开发了基于VB的课程自助考试系统。系统界面清晰，操作方便，学生可以方便地进行习题练习、课程考试等，教师可以对试题进行录入、删除、修改、查询等操作，可以通过手动和自动2种方式进行组卷、查询、分析等。

2.7考核内容和方法的改革

在建好综合实验基地的基础上，尝试考试方法的新评价系统。教学过程中，学习效果的评价方式从单纯的理论考试和仅以考试成绩评价学生的传统做法，向以考试为主、结合学习过程考核的多样化考试方式转变。一方面，注重学习过程的控制，注重对学生操作能力与知识运用的评价与考核，考核方式的多元化和多维化使学习评价更为准确客观。另一方面，让学生更多地参与到企业的具体生产流程中或者具体的设计开发任务中，根据不同阶段以完成工程项目的方式实现对学生实践动手能力和解决实际问题能力的评价。例如，让学生设计数控机床的电控系统，并验证设计方法的可行性，以设计报告形式提交。

采用实验测试、现场答辩、教考分离等多种形式，来检测学生对知识点、能力点的掌握程度。在考试内容方面，强化知识的综合应用能力(如数控系统的实现)，弱化机械加工编程等内容。加大实践考核在总成绩中的比例，通过网络考核、实践操作考核等多种形式进行考试方法的改革，改变学习效果评价方式，积极调动学生的学习积极性和主动性。

每学期组织学生参加教学座谈会和网上评教，院系领导坚持随堂听课制度，共同对教师的教学质量进行评价与监控。

3结语

通过对电气工程专业中“数控技术应用”教改研究与实践，充分调动了学生积极性、主动性、创造性，不仅使学生能掌握“数控技术应用”课程的基本理论、基本知识和基本技能，而且锻炼了学生综合应用所学知识的能力，更重要的是培养了学生创新能力及发现问题、解决问题的能力。教学实践表明，这一系列行之有效教学改革切合了电气类学生的实际需求，取得了良好的成效。

[参考文献]

[1]李文虎.论应用型本科院校的教学改革[J].常州工学院学报,2005,23(4)：101-103.

[2]王娟娟.国内外电气工程专业课程设置的特点及比较研究[J].理工高教研究,2007,26(3)：94-95.

[3]赵彩虹,居荣,吴薛红.提高电气工程专业教育质量的研究与实践[J].中国电力教育,2008(1)：60-61.

[4]赵亮.浅谈应用型本科数控技术课程教学内容的设置与教学方式的改革[J].辽宁科技学院学报,2012(2)：59-60.

[5]杨笋,史亚贝.“数控机床”课程教学方法改革的研究[J].张家口职业技术学院学报,2011,24(1)：79-80.

责任编辑：周泽民

Teaching Reform and Practice of ″Numerical Control Technology″ Course for Electrical Engineering Majors

ZHU Yili,ZHANG Jiansheng

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

Abstract：In order to cultivate students′ practical ability of applying knowledge comprehensively,the course of numerical control technology application has been set up as an optional course for senior students majoring in electrical engineering so as to improve their employment competitiveness.The traditional teaching contents and mode for the numerical control technology course cannot meet the requirements of students.To solve this problem,a series of teaching reforms and researches have been carried out from aspects like teaching content,school-enterprise collaboration,teaching team,teaching methods and assessment methods,which is proved to be effective.

Key words：student cultivation;electrical engineering;numerical control;teaching reform

中图分类号：G642

文献标志码：B

文章编号：1671- 0436(2016)01- 0082- 03

作者简介：朱益利(1987—)，男，博士，讲师。

基金项目：常州工学院课程建设项目(A3-4401-14-072)

收稿日期：2015-12-18

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.01.018