卓越计划背景下探究式教学在数控加工技术课程中的应用

王高升　邓奕　关跃奇　曹亮

【摘要】根据卓越工程师教育培养计划的实施要求和湖南工程学院机械设计制造及其自动化专业的专业培养目标，采用探究式教学模式在数控加工技术课程教学中对教学内容、教学方法进行教学改革探索与实践，旨在为卓越计划背景下制造类专业课的教学改革提供参考和借鉴。

【关键词】卓越工程师教育培养计划 探究式教学 数控加工技术

【基金项目】2017年湖南省普通高等学校教学改革研究项目、湖南工程学院校级教学改革研究重点项目研究成果；湖南省教育科学“十二五”规划2013年度课题（课题编号：XJK013CGD073）研究成果；湖南省“十三五”机械设计制造及其自动化专业综合改革项目（湘教通[2016]276）研究成果；2010年湖南省精品课程《机床数控技术》研究成果。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）50-0202-02

2010年我校机械设计制造及其自动化专业被教育部批准为全国高校“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）首批试点专业之一[1]，本专业主要培养能在制造业一线从事机械产品的设计、制造、工程应用和管理等方面的机械工程类应用型现场工程师。近年来，我们以实施卓越计划为契机，对本专业课程体系进行了优化和整合，改革传统的课堂教学方法，并取得了一定的成效。

数控加工技术是典型的机与电相结合的课程，同时也是专业核心课程，这门课程的主要特点是包含宽广的基础理论及知识，集机械设计与制造工艺、电子技术、传感器技术、信息技术、自动控制原理、机电一体化技术等多学科的技术[2]；课程理论性强，数控原理、编程技术、机床结构等知识均要求掌握，工程实践联系也十分紧密，要求有一定的应用技能。

通过学习本课程，使学生较全面熟知并能运用数控加工技术的一些理论知识，熟识数控机床的控制方式和结构，有分析、选用满足零件加工需求机床及系统的能力；掌握数控加工程序的编写和调试的方法，了解数控加工技术的发展趋势和前沿技术等。

传统的教学模式下，由于教学内容抽象，灌输式教学让学生学得枯燥，学生以应付考试为最终目标，难以实现课程教学目标。

1.探究式教学模式

探究式教学应用在教学中的最先提出者杜威先生，他认为科学的教育不全是教会学生怎样解决问题，同时要培养出学生的独立探究与思维的能力，注重体验式教学，激发学生们的自主探究欲望。在教学中应用探究式教学主要是采用从引导到发现的教学模式，基本过程是先分析遇到的问题，提出解决该问题的办法，再通过实验设计等方式来推理考证解决办法，最后总结和提高。学生知识在这种过程中的形成方式，能将学生从以往的知识被动接受者向知识的主动探究者进行转变。

2.探究式教学在课程教学中的实践

数控加工技术课程面临的问题：一方面知识更新快，伴随自动控制技术的发展，涉及的领域不断在拓展、涵盖知识的面在不断更新，教材内容已远远不能跟踪技术的发展；另一方面伴随卓越计划的要求，教学改革的深化，虽然课程内容在不断优化、整合，但基本知识和基本要求要保证，新知识要不断进入课堂，而课程教学学时却在不断压缩[3-5]。课时由最初的两门课共72学时减少到一门课的32课时。所以教学方法与手段必须更新以适应变化的新形势，教学团队在数控加工技术课程中的采用探究式教学，主要内容如下。

2.1优化整合内容

数控加工技术的教学内容很广，教学中按照一条主线进行讲授，即按照数控机床的控制介质、数控装置、伺服装置和机床结构四大组成部件。如要编写出数控程序不难，但编的程能否建立在合理的数控加工工艺上，充分发挥设备的技术性能需要对机床的控制方式较为了解才能完成。因此，数控程序的编制这部分内容按照一平台两手段进行讲授，一平台即数控加工工艺平台，两手段为数控车和数控铣。

由于数控机床的特点，其编程系统有多种类型，FANUC系列与SINUMERIK在国内各占相当大的比例，国内华中数控，广州数控也有一定份额，教材中往往没有全部介绍，讲课中也不可能一一涉及。虽然在不同数控系统加工程序的组成格式上差别不大，但指令代码的意义和应用方法要求等差别较大。因此，对这部分内容进行拓展，将不同系统常用数控编程指令汇总比较，并汇集不同系统的数控程序格式模板。

2.2教学方法与手段更新

2.2.1 小组讨论法

第一章数控机床概述计划课堂讲授1课时，仅仅只能概述，但其包含的内容非常丰富，包括数控机床的基本概念；数控机床的分类与应用；数控技术的发展等，而这些内容虽然有广度但没有深度，学生通过自学学习掌握。将这部分内容简单介绍后，设计了二十一个小课题，学生分成21个组，每组五人，以小论文的形式组织完成。每组自选组长，由组长进行组内分工，学生反映良好。课程结束前挑选两个组由组长进行介绍，用PPT演示，最后再点评。

在数控加工工艺编制章节，课后给定三类典型零件的工艺设计，同样的21组学生每7组完成一类设计。并由将上次成绩优秀者的姓氏作为文字图案加工，每一组学生的课题有共性也有个性，还有趣味性，学生在课题设计过程中，主动性强，与老师交流也较多。也挑选两个组进行介绍，PPT演示，最后再点评。

2.2.2案例教学法

课堂上注意将企业的实践要求与案例引入课堂。如数控编程指令中准备功能代码从G0到G99共一百个，通常教材会比较全面的介绍得，但学生往往需要较长的时间才能掌握。因此在讲授过程中，结合生产实际，只讲解常用的G指令，同时通过案例的方式对实际加工生产过程中的编程经验与技巧进行讲述，如如何使用最少的刀具来加工零件，如何提高加工的效率，如何使用刀具补偿指令以及插补等内容。讲课时，归纳总结编程“八股文”，让学生熟悉编程的“套路”后，各种中等难度的零件编程可有效完成。如我们通常将程序通常分成五个模块，每个模块中都由有一系列的指令：①程序头模块，主要由程序号和程序名按照特定的格式组成。②加工准备模块，在此模块中主要进行加工工艺的参数的设定，如建立坐标系、刀具大小种类的选择T、加工速度F、主轴转速S；以及加工过程中需要的辅助功能的开启，如切削液等。③加工过程模块，主要包括加工路线的确定，如直线查补、圆弧插补等。④循环切削模块，主要包括各種循环指令模块等。⑤程序结束模块，该模块内主要包含关停在加工准备模块和加工过程中开启功能和取消建立的相关补偿等，以及返回到指定的参考点，结束程序等。

2.2.3实验教学法

本课程实验环节是让学生学中做做中学重要手段。由于整个专业教学环节安排在低年级即进行了金工实习，学生也经过了数控车铣的操作及演示实习，本课堂的实验不可以内容与前金工实习相重复。因此，实验时先由实验指导老师演练讲解，作为学生温故的过程，学生再根据要求完成现场编程操作的实验内容。虽然，有些学校采取进实验室前先编程，但对于首次进入数控实验室的学生，数控编程指令不同，难以操作，还可能造成事故。

2.2.4多媒体教学

多媒体的使用作为教学上的一种辅助手段已被大家广泛应用，虽然其在一定程度上能提高教学的效果，但不可倚重。适当的板书，很有必要。采用多媒体与传统板书相结合方式。目前，网上大量的视频内容，精选之后进入课堂，可有效解决理论上讲授难以理解的内容，如步进电机工作原理，滚珠丝杆螺母副工作原理。

2.3探究式教学的缺点

探究式教学能培养学生创新能力和思维能力，及合作的精神，自主学习的能力，但对于整个机械设计制造及其自动化专业人数来说，实在人太多了，课堂时间受限，不允许讨论研讨。

3.结论

针对目前数控加工技术课程教学的现状，进行的一些教学改革方面的探索与实践。通过在课程教学中结合工程实际，使学生从以往的单向性、以掌握分割条块的知识点为主的被动式课程学习，转向综合性、以解决数控加工技术中实际问题的自主课程学习；辅以案例式教学，突出工程实践的应用和创新两方面能力的培养，通过对教学内容优化整合、教学方法的改进和完善来组织教学，符合卓越计划的培养目标要求，同时也能培养出满足人才需求和企业实现无缝对接的学生。

参考文献：

[1]谢骐，邓奕，施晓蓉，王高升. 以实施“卓越计划”为背景的校企联合人才培养模式研究[J]. 湖南工程学院学报（社会科学版），2013，23（01）：106-108.

[2]张海云，司马中文，赵玉刚.数控课程教学模式研究[J]. 中国教育技术装备，2013，（03）：92-94.

[3]翁孝波. 基于MachineWorks的数控加工仿真系统设计与实现[D].中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所），2015.

[4]姜忠宇，干洪. 普通工科院校力学课程教学的新思考[J]. 中国电力教育，2010，（30）：58-60.

[5]尚媛园，赵晓旭. “数字电子技术基础”课程教学改革[J]. 中国电力教育，2010，（25）：71-72.

作者简介：

王高升，男，湖南婁底人，实验师，研究方向：CAD/CAM教学与研究。