新工科背景下应用型本科高校数控实训教学改革与实践

皖西学院实验实训教学管理部 李 明 夏 松 秦海波 马 锐

霍邱县第一人民医院 屠鲁培

数控装备在现今机械制造业中具有重要的战略性作用。文章论述了数控实训的重要意义，分析了当前应用型本科机械专业的数控实训的发展现状，指出了实训教学现状中存在着的问题，结合皖西学院在数控实训教学改革过程中的举措，进行了相关实践研究。

0 概述

在“中国制造2025”背景下，“智能制造”人才需求巨大，新工科专业是以智能制造、机器人等用于传统工科专业的升级改造，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。当今世界各制造强国投入大量人、财和物来促进数控技术及其装备的革新（王其飞,刘敬猛,凌有铸.一种基于ARM+FPGA新型数控系统硬件设计[J].安徽工程科技学院学报(自然科学版),2010,25(03):20-23;薛光明.浅谈针对本科数控实训教学的几点意见[J].职业圈,2007(8):109-110）。数控技术的发展和数控机床的普遍应用，给机械产品的形状复杂程度、尺寸精度档次、生产方式和产业结构带来了新变化。本科阶段对学生的数控技能培育对增强学生的动手实践能力，理论联系实际的能力，思维创新的能力等具有重要意义，在新工科背景下应用型本科高校数控实训更应得到重视与加强。

1 本科数控实训教学发展的现状及其存在的问题

据相关统计，我国每年数控人材缺口达30万。全国各大高校也因此加快了数控实训基地建设的步伐,引进了大量的数控实训设备和教学人员。实训基地的环境和实训教学成果有了很大的改善。但在快速发展的步伐中的同时,很多本科院校，尤其是应用型本科院校也面临着很多问题（蒋占四,机械类本科数控技术系列课程整合与教学研究[J].广西轻工业,2010(12):68-70），具体问题分析如图1中所示。

图 1 本科数控实训存在的问题

（1）学生培养导向模糊

本科学生的个体素质、教学特点、就业定位和社会对本科毕业生的期望与专科学生存在很大不同。专科类的数控教学，优势在于其自身的特点的单一和明确的市场定位，就业市场也更为认可专科学生的实践水平。鉴于就业压力,部分本科院校开始忽视自身的教学特点,将自家学生和专科学生放在相同需求层次上培养，而这样既压缩了专科生的就业空间，又舍弃了本科生的优势，浪费了教育资源。

（2）教学设计不够完善

数控技术知识体系主要包括数控加工原理、数控程序的编制、机床构造和机床实际操作。然而目前的数控技术的教改研究偏重在数控编程方面，强调数控程序的编制，而忽略了数控机床结构，机械原理以及机床实际操作，这样做将直接导致理论教学与实训教学环节脱节，消减学生的创新设计能力和自主研发能力。

（3）实训中心硬件条件落后

部门院校的师资力量薄弱，学生将大量的实训时间用在了操作仿真软件上，通过数控仿真软件观测实训模型的数控加工过程，然而实际操作机床加工时则采用尼龙棒和塑料块等廉价甚至劣质材料代替金属毛坯进行加工，有的甚至不对学生进行机床实际操作的教学，实训效果远比不上使用金属毛坯进行加工。

实训中心的在教学人员的配置上也存在不合理因素，一位数控实训教学人员同时指导的学生数有限，实训过程中还要制止与避免学生的操作失误和危险事故发生，所以实训老师的教学具有很强的随机性，不会让每一个学生都进行机床操作加工，只是具有针对性地介绍数控加工过程操作，让学生有个感官地概念性认识，并不进行实际加工操作。

有的实训中心的设备配置也较为落后，几乎不具备实训教学的条件，而一台数控加工设备本身价格不菲，若考虑其经济因素，引进最新的设备，实训中心无法及时采购或不具备采购的条件，所以学生无法了解较为新的数控加工设备，学习较为前沿的技能。

2 数控实训教学的改革实践

数控加工与智能数控机床是机械制造行业的发展方向，数控实习是皖西学院机械专业重要的实践环节，为保证数控实训教学环节的质量，我们进行了如下几个方面的改革尝试，实践架构体系如图2所示。

图2 数控实训教学改革实践方案

2.1 明确学生培养目标

本科数控实训的教学方式,可以借鉴一些专科院校的经验,结合本科教学的特点,高水平的培养从事数控制造领域的人才（周小超.金工实习数控加工部分考核标准的研究[J].电大理工,2015(2):10-11;张少伍,钱金明,李健.数控车削的加工程序编制[J].皖西学院学报,2004(05):68-70）,既培养学生数控加工理论方面的知识，使其具有较强的数控理论功底,同时又进行动手操作机床加工产品，使其具有较为熟练的数控实操技能,在理论联系实际的同时又重视学生的创新能力的开拓。

结合地方性大学周边的产业环境，培养创新型应用人才，企业的产品开发人员配置分为“产品设计师”、“制造工艺师”、“操作技工”三类。创新型应用型本科人才培养目标则定位在“制造工艺师”层面，这种人才定位不仅利于企业选择他们所需要的人才，也利于本科院校明确自家学生的培养目标。

2.2 数控实训教学设计

学生学到的理论知识，很大程度上要经过实训才能被学生掌握,才能实现理论到实践的飞跃,学生头脑中的相关知识体系才能被构建和巩固。在有限的课时里，教师应尽力提高理论教学的教学效果和实训环节的实践效果，避免占用学生过多的动手时间。理论课内容的设置时应考虑后期实训。理论课中还应引入实训案例。实训教学时，教师讲解演示机床加工的过程中，要回顾学生以前学到的理论知识,避免理论知识与实训操作脱节。

（1）在数控实训的教学设计方面，要结合实训中心软硬件条件，应遵循下面几个原则：

1）完整性原则。数控实训内容的安排，必须是完整的知识模块,忌多忌杂，架构精简凝练，内容充实饱满。尽量把每个模块的操作细节完整地呈现给学生。如在进行数控CAM实训的时候（达式旻,发展数控实训培养创新人才[J].学理论,2010(19):226-227;王学鹏,中职数控实训教学之浅见[J].文理导航·教育研究与实践,2015(4)）,应该将零件三维造型设计、自动编程过程、后期处理、仿真加工、首件试加工中的每一个环节都让学生完完整整地经历一遍。皖西学院实训教学环节设计如图3所示。

图3 实训教学环节设定

2）学生主体性原则。数控实训教学应以学生为主体,以教师为主导。培养学生养成发现问题，运用所学过的理论知识分析问题，并最终解决问题的能力和习惯。

（2）数控实训的教学方法，可以借鉴“行为导向教学法”、“任务驱动法”和“竞赛教学法”等方法进行设计。学生的实训接受速度有高低,可采用“分级任务教学法”进行分级教学,即以做任务的形式进行分类实训，本组任务先完成的学生可进入高一级别的任务,考核结果以任务完成数量、效率和难度级别来判定。

（3）数控实训的教学手段，在实训开始前，通过放视频讲解，使学生了解最直观的数控加工技术。加强研发 CAI 课件和教学软件，将数控机床、刀具、机床附件、加工过程等难于表达的、抽象的教学内容具体化，帮助学生掌握知识。实训结束后，组织学生到企业工厂参观，让学生了解数控机床在生产一线中的使用状况。

2.3 完善实训教学考核内容的设置

数控实践操作能力，需要学生对产品生产全过程乃至工厂管理方面等全面理解。皖西学院在数控实训考核内容设置上，做了如下安排：

（1）任务输入分析，零件设计

学生接到实训任务的零件图纸，能够分析零件图纸，知道加工技术要求，结合实训中心现有的设备条件，分析加工方法的选择等。

（2）编写加工工艺

针对零件的加工特点合理选择数控加工方法，合理选择毛坯材料和尺寸、机床种类、刀具种类、相关夹具设计，制定数控加工工艺路线，编制加工工艺卡，对于加工出来的零件，通过量具测量，检验零件尺寸是否合格，如果不合格的话，分析工艺路线中的不足。

（3）数控加工程序编写

根据上述编写的工艺卡片，能够手工编制加工程序或利用相关的CAM软件自动编程。要求学生能够独自建立工件坐标系，设计合理的走刀路线；能够把CNC程序输入到机床面板中进行空运行，学会使用“图形”功能查看刀位点轨迹是否正确，并修改加工程序；能够优化刀位点的路径等。

（4）数控机床操作

对数控机床的操作要求学生能进行工件对刀，设置刀偏、刀补等参数，能进行刀位点坐标验证；掌握机床的“锁定”运行功能、实际加工过程的分析能力；能够测量误差大小、分析误差诱因。

2.4 对师资建设方面进行合理有效的规划和建设

本科数控实训基地的建设，应考虑教学规模的需求、场地限制，制定合理长久的发展规划。在教师教员方面，应尽可能引进机械专业出身的、工厂里有过多年工作经验尤其是具有实操经验的人承担实训教学工作。针对实训基地现有的教学人员，拿出合理的教师培训深造计划,及时跟上数控技术等的更新。

3 结语

通过一系列数控实训方面的教学改革实践，皖西学院学生参与数控实训的兴趣有较大提高，学生的数控加工能力有明显提升，培养了一批具有较强的实操能力和开拓创新能力的数控技术人才。同时，皖西学院这些改革实践的成果，也可为今后其他本科高校开展数控实训教学改革提供相关经验。