“数控技术”课程教学改革路径探索

刘国华　曹立文　张海兵

摘 要：文章从“数控技术”课程的特点出发，分析了“数控技术”课程教学现状，并提出了“数控技术”课程教学改革的路径。

关键词：数控技术；教学改革；路径

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）09-0026-02

在2015年的十二届全国人大三次会议上，李克强总理在政府工作报告中提出了“中国制造2025”的概念，指出信息技术和制造技术的深度融合是新一轮产业竞争的制高点，为我国从制造业大国转向强国提出了远景规划，在规划中列出的将来十大重点发展领域中，高档数控机床名列其中[1]。随着数控机床在工业生产中日益广泛应用，“数控技术”的课程教学变得越来越重要。结合多年的教学实践，本文对本科教育中“数控技术”的课程教学进行了探索。

一、数控技术课程的特点

“数控技术”作为机械专业的重要专业技术课程，涉及技术领域众多。从数控机床本身来看，它综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子、传感器等技术，是典型的自动化设备，也是数字化制造技术的核心设备。

“数控技术”课程体系如图1所示，主要分成两大方向：一是以机械为主的数控编程与加工技术，二是以电气为主的机电一体化应用技术。

数控编程与加工方向主要包括数控加工工艺、数控编程、典型数控设备结构与应用等，基础课程有机床、刀具、机械制造工艺及CAD/CAM技术等。数控技术的机电一体化应用方向主要包括计算机数控装置、数控插补原理、机床伺服驱动控制等，基础课主要有单片机及应用技术、PLC应用技术、机电传动控制、信号分析与处理等[2]。

以上两个方向，数控加工以力学、材料学、工艺理论为基础，而数控系统及设备以电子学、控制论、计算机技术为基础，二者从核心课程到基础理论都存在一定区别，一个侧重于机械加工，一个侧重于机床控制原理与系统。但恰恰是这门课程，将机械设计、制造及自动化三个方面相关知识有机结合起来，而这正是机械设计制造及其自动化专业的主要培养目标。因此，“数控技术”作为一门综合性强，起到贯穿作用的纽带课程，其教学理应得到更大程度的重视。

二、“数控技术”课程教学现状

经过多年的教学实践，“数控技术”的课程教学取得了一定程度的进步，然而在当前教学中也存在一些问题，主要表现在以下方面。

（一）课程定位不明确

以当前机械设计制造及其自动化专业的课程安排为例，一些基础课程占用了大量学时，导致很多专业课程只能减少学时为其让路。以我们从事的“数控技术”课程教学为例，其由专业必修课变成了现在的专业选修课，重要性反而有所降低。

（二）教学内容安排不合理

由于历史原因，现在的机械设计制造及其自动化专业主要来源于原来的机械制造专业，在课程及教学内容安排方面，更多地注重于制造方面，同时由于课程安排及师资方面的因素，教学中多以数控编程与加工为主，而与自动化关系较为密切的数控系统及原理方面涉及较少。在实验、实训等实践教学环节中，通常也主要以简单的手工编程、数控机床操作为主。而随着计算机技术的发展，数控编程当前也主要以自动编程为主，手工编程应用较少，形成与实际应用的脱节。

（三）相关课程安排脱节

由于种种原因，机械专业的很多与自动化相关的电类课程并没有很好地融合到专业教学中。首先，机械专业的自动化课程多由电气专业相关教师开设，授课内容也多由自动化专业的课程教学移植而来，由于专业的差异，造成机械专业学生在学习中既缺乏针对性，又往往会陷入对自动化专业知识一知半解的困惑中。这些前期课程内容在后期学习中若不能得到有效应用，就会形成一个个知识孤岛，久而久之效果较差。因此，只有将相关课程有机结合在一起，学以致用，才能取得良好的学习效果。

三、数控技术教学改革的路径

针对以上教学中存在的问题，结合多年的教学实践，我们认为应主要从以下方面对课程教学进行改革与探索。

（一）明确“数控技术”课程的地位

数控机床是结构复杂的机电一体化设备，数控机床的结构属于机械设计范畴，数控加工程序与机械制造工艺密切相关，数控系统及原理又是自动化控制技术的典型应用。因此，数控技术将设计、制造及自动化紧密联系在一起，具有重要纽带作用，对于整个专业的教学都具有重要意义。因此，需要明确“数控技术”课程教学的核心地位，并应对整个专业的教学计划作合理调整。

（二）合理安排“数控技术”课程的内容

数控加工方面包含内容众多，尤其是数控加工工艺方面，其与生产实践密切相关，学生难以通过短时间的学习达到较高水平，因此学生掌握基本处理过程即可。要适当扩展自动编程方面的教学内容，使学生对生产中的主要编程手段有一定了解。适当加强数控系统及原理方面的内容，主要包括数控装置、插补原理、伺服系统等，其中涉及的多项自动化技术，不仅在数控机床中得到应用，也是工业生产中非常重要的应用技术。通过学习，有助于加深学生对数控技术的理解，同时对工业生产中的先进自动化技术有一定认识和了解。

（三）规范相关课程教学

“数控技术”课程涉及技术层面较多，须合理安排相关课程教学，以数控技术为核心，形成合理的课程教学体系，让“数控技术”课程的学习成为前期所学内容的综合实践运用过程。

从目前教学情况来看，与自动化相关的电类课程存在的问题较多。这些课程多是在电气专业的课程基础上做简单修改移植而来，涉及大量的基础原理与设计过程，而机械专业在这方面以应用为主，易造成学习上的困难。以单片机课程为例，课程中多用晦涩难懂的汇编语言进行编程，而实际应用中却是以C语言编程为主，其不但与实际脱节，且枯燥的学习过程易打消学生学习积极性。上述存在的问题，需要从全局规划，合理配置师资条件，对理论及实验教学内容及方式进行调整，使电类课程教学更适应机械专业的教学要求，并有机融合在机械类课程中。

（四）加强实践教学

对于工科专业，实践教学是对理论教学的有效补充。在“数控技术”课程学习中，数控实验、实训教学起着不可或缺的作用。

1.开展以自动编程为主的数控实训。自动编程是以计算机软件完成数控加工程序的编制，是当前工业生产中主要采用的编程方式。数控实训中应以自动编程为主，合理选取典型工件，制定工艺方案，利用常用的计算机软件，让学生了解自动编程的主要工作流程及加工方式。

2.采用开放式数控系统实验台。工业生产用的数控机床适合加工实验及实训过程，但由于其封闭性，并不适合学生了解机床的内部结构、工作原理等。为了加强对数控机床的内部结构以及各组成模块的了解，选用开放式数控综合实验台是很好的替代方式。开放式实验台将数控机床模块进行拆解，采用模块化设计，由数控装置、变频调速主轴、交流伺服单元、测量装置等组成，使机床组成一目了然，便于掌握数控系统电气控制原理、电气布局、安装及调试等，可以达到工业现场实习效果[3]。

3.利用开源硬件实施项目驱动教学。项目驱动教学是指在教学过程中，以学生为中心，以项目为驱动的教学方式。通过完成实际项目，学生真正做到学以致用，加深对理论知识的理解[4]。

项目驱动教学，项目的选取是关键。大部分工业生产设备结构复杂，体积庞大，难以随意拆装去了解结构、原理。近年来兴起的一些小型桌面式自动化设备可以作为很好的替代方案，如时下较热门的3D打印机、激光雕刻机等。这些装置功能完整，且规模较小，并可以采用一些标准组件，有效降低项目实现难度及开发成本。同时，以学校、学院的创新项目及实验条件等为依托，可以对项目起到良好的支撑作用。

典型自动化设备主要包括机械结构、控制硬件及应用软件三部分，涉及不同的技术领域，主要的难点在于后两者，而当前兴起的开源硬件提供了有效解决方法。开源硬件是指与开源软件采用相同方式设计的计算机和电子硬件，以3D打印为例，它正是采用了开源硬件Arduino，才使昂贵的系统变得价格低廉。Arduino既包含硬件，也包含软件开发环境和大量开源程序，抛开了传统硬件开发的复杂操作，使真正完成一台自动化设备不再是遥不可及的[5]。

在项目的实施过程中，由学生组成团队，分工合作完成装置的计算、设计工作，创建三维数字模型，生成工程图纸，送至加工车间完成零部件的加工。控制系统主要利用Arduino完成硬件控制及软件开发。这种理论与实践结合的学习过程，不但是对所学知识的检验，而且可以极大激励起学生的学习兴趣。

数控技术在工业生产中占有非常重要的地位，“数控技术”的本科课程教学中仍然存在诸多方面的问题。本文对我们教学实践中遇到的一些问题进行了分析，并提出了一些解决方法。随着以数控机床为代表的自动化设备在工业生产中的大量应用，培养学生的相关能力也变得越来越重要，这也促使我们对当前教学中存在的问题不断进行思考，而作为工科专业，如何真正做到学以致用，让学生在实践中学习，任何时候都是一个重要的课题。

参考文献：

[1]国务院.中国制造2025[EB/OL].[2016-03-16].http：

//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content

_9784.htm.

[2]张丽华.数控技术专业课程体系改革探索[J].船舶职业

教育，2013，（1）.

[3]武汉华中数控股份有限公司.HED21S数控系统综合试

验台[EB/OL].[2016-03-10].http：//www.huazhongcnc.

com/product/pnc/82.aspx.

[4]冯林，郑薇薇.“任务驱动”与“项目驱动”相结合的创新

教育研究[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2010，（4）.

[5]付久强.基于Arduino平台的智能硬件设计研究[J].

包装工程，2015，（10）.