“数控技术”理论、虚拟、实践一体化课程的构建

张有强 廖结安 赵劲飞 罗树丽

摘要：通过对国内外综合课程建设的分析和研究，提出了构建“数控技术”理论、虚拟、实践一体化课程的指导思想，并进行了课程体系和教学内容的设计。基于“课程基础知识讲授—基础工艺实践—编程原理与课堂研讨—虚拟过程设计—实践操作”的教学过程，探索建立“数控技术综合课程”的教学内容、教学团队、教学资源和教学模式，实现数控技术理论、虚拟制造、生产实践课程的有机结合。

关键词：课程建设；理论与实践；一体化课程；综合课程教材

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）11-0169-02

一、引言

“数控技术”、“数控加工工艺”和“数控加工实习”是机械类专业的技术基础课和实践课[1，2]，三个课程联系紧密、相辅相成。但是由于教学计划、教学任务安排需要以及教学老师教学科室的不同，导致课程分工过细，理论课与实践课长期处于分离的状态，理论课老师与实践课指导老师之间不能相互协同，没有形成理论与实践教学的有机整合，因此，三门课程结合部分衔接不合理等问题，导致这三门课程的教学质量不能得到有效提高。

2010年东南大学林萍华教授就提出教师应该参入实验和实践教学，以便拉近教师与学生的距离，实现理论与实践相结合[3]。加拿大滑铁卢大学机械系开设一门“工程实践综合课程”，课程内容包括机械制图、机械制造实践、机械制造工艺、产品设计与制造案例等[4，5]，建立由理论课教师主导、实践课教师参入的理论与实践相结合的课程体系，将专业基本知识、技术原理与工艺实践和项目实践紧密结合，使课堂、实验室、实训基地成为师生讨论、学习、实践和创新的基地，取得了良好的教学效果。

二、构建“数控技术综合课程”的指导思想

“数控技术”、“数控加工工艺”、“数控加工实习”是机械类专业的技术基础课和实践课。重点是通过实践和技术原理学习，获得有关数控原理基础知识、数控编程方法，分析零件结构工艺性和加工工艺性的基本能力，进行数控加工工艺设计的基本能力，操作数控加工装备的基本能力和综合设计与制作的能力。因此构建“数控技术综合课程”的指导思想为：通过课堂、虚拟加工实验室、实习车间的有机结合，使学生首先建立数控工艺装备与零件数控加工工艺过程的感性认识；然后通过典型零件虚拟制造与实践操作，研讨零件结构工艺性、数控加工工艺，数控加工程序制定，提高学生零件设计和工艺过程设计的能力以及操作工艺装备的能力；通过竞赛项目的研制，建立工程意识，培养学生的综合设计与制作能力以及综合工程实践能力。

三、“数控技术综合课程”课程教学团队和教学内容的建设

（一）“数控技术综合课程”课程教学团队构建

按照“数控技术综合课程”课程建设的指导思想，“数控技术”、“数控加工工艺”、“数控加工实习”三门课程相关教师形成一个团队，一起讨论制定教学内容、教学计划；理论教学老师参与实践教学指导，实践教学老师参与理论教学课堂；优化课程教学内容的衔接，增多实践教学、理论教学老师互相学习的机会，慢慢形成一体化教学理念。

（二）“数控技术综合课程”课程教学内容建设

打破原来分别开设理论课“数控技术”、“数控加工工艺”和实践课“数控加工实习”的传统，按照教学内容，将每一知识点的教学按照先理论到虚拟实验再到实习车间进行实践教学；先了解基础理论知识，再借助数控仿真软件模拟和生产实践论证，最后再回归课堂讨论总结，对存在的问题进行研讨、获得解决问题的方案和创新报告。

打破传统的老师讲授，学生做笔记或拷贝老师的PPT的教学方式。从数控基础理论、数控加工工艺制定基本方法、数控编程基本知识、数控机床操作方法等方面针对性地设置教学内容。

1.数控基础理论、数控机床的结构与原理。通过课堂理论讲授和自主学习，再进实验室，利用数控机床电气控制与维修实训台和实训机床部件组成实训考核教学设备进行論证学习；从伺服电机的控制、变频器控制、电动刀架、霍尔元件、接近开关的原理、编程、接线及在数控机床中的应用等进行考核学习。

2.数控加工工艺制定基本方法、数控编程基本知识。设定典型零件为案例或者学生自主设置主题，设置2—3人的小组，以小组为单位进行讨论学习，从数控加工工艺和数控编程综合考虑的基础上，进行最优化数控加工工艺规程制定以及数控加工程序的编制，首先课堂学习研讨形成初步结果，进CAD/CAM实验室模拟加工论证，再到课堂研讨最终方案，最后到实践工厂加工、检测结果，形成报告。

3.数控机床操作方法。数控机床操作对于学生实践来说具有一定的危险性，学生实践教学过程中有很多限制；我们通过一体化课程教学模式，前期理论教学中运用数控实训考核设备让学生对机床结构和工作原理有一个深刻的认识，了解其中一些安全隐患、操作注意事项；再通过仿真模拟实验平台进行前期模拟加工，对工艺、程序、操作上的错误进行筛查，最后教学团队现场指导，进行数控机床实践操作。

四、“数控技术综合课程”的系列教材编写

（一）教材编写的基本原则

在教材编写中，主线应该保持不变，即数控原理—工艺原理—程序设计—操作规程。围绕这个主线应该有一般知识阐述、参数设计、实践验证、案例实施与分析、结构工艺性项目实施与分析。这些内容应该穿插在相关章节中，同时又不破坏主线的整体性。

（二）教材主要内容与章节

为了保证“数控原理—工艺原理—程序设计—操作规程”这个主线，同时遵循“实践—理论—再实践”的认识规律，教材主内容为数控原理初步实践、工艺原理、编程方法、数控加工实践、工艺过程设计、案例实施与分析、结构工艺性与程序合理性分析、项目设计与实施。

根据上述教学内容安排，需要掌握数控车床结构与原理，数控车床加工工艺，数控车床编程，数控车床虚拟仿真，数控车床操作；数控铣床结构与原理，数控铣床加工工艺，数控铣床编程，数控铣床虚拟仿真，数控铣床操作；数控加工中心结构与原理，数控加工中心加工工艺，数控加工中心编程，数控加工中心虚拟仿真，数控加工中心操作；以及增加电火花成型加工和3D打印加工。只有这样才能使教材与现实紧密相连，教材的修订再版才能有新的内容。

五、结束语

实现理论与实践课程的整合，就必须实现开放式教学，使教师和学生能够合理安排教学时间，可以将课堂部分搬到实验室或实训基地，对学生的设计和制作进行研讨和指导，从而拉近理论与实践、教师与学生的距离。

以学生能力培养为中心，学生能力包括学习能力、实践能力、创新能力等。打破传统的课堂满堂灌的方式，以问题和项目为导向，发挥学生自主学习等能动性，通过开放实验室、实训基地方式，利用教材和指导书，使学生通过实践解决问题和实现项目功能。

本文是立足塔里木大学工程训练中心建设的校级教学研究项目，目前已完成中心建设规划，结合学校2017年重点课程建设项目计划，利用现有实训设备进行教学试点，前期“数控技术综合课程”在教学内容、教学团队、教学资源和教学模式上进行了探索，并对数控技术理论、虚拟制造、生产实践课程进行试点，在学生学习积极性、实践效果、实验室、实训基地开放时间、理论教师和实践教师交流合作上都有明显的提高和改善效果。

参考文献：

[1]彭忠.《数控加工技术》课程一体化教学改革的探索与实践[J].职业技术，2009，（106）：37-39.

[2]江波，章继涛.数控技术理论与实践一体化教学的探讨[J].职业技术，2010，（113）：65-67.

[3]Lin Pinghua.Conceiving of Engineering practice and experimental teaching system reform[J].China University Teaching，2002，（9）：20-21.

[4]The department of mechanical engineering University of Waterloo：Introduction to Mechanical Engineering Practice，http：//www.ucalendar.uwaterloo.ca/1617/COURSE/course-ME.html#ME100S

[5]周世权，黄胜智，赵轶，等.理论—实践结合的铸造工艺教学案例分析[J].教育教学论坛，2017，（29）：186-188.