数控加工工艺与编程课程教学改革探索_郭延艳.pdf

收稿时间 2021-09-16基金项目 广东省高等教育教学研究和改革项目（粤教高函 2018 180号）、粤教高函 2021 29号）；广东省课程思政改革示范课程项目（202122058）；岭南师范学院校级课程思政示范课程（岭师教务 2021 124号）及教学改革项目（教务 2020 86号、岭师教务 2021 166号、174号）。作者简介 郭延艳（1982），女，山东人，硕士研究生，副教授，研究方向为数控加工和精密测量。通信作者：田学军（1970），男，山东人，副教授，研究方向为模具设计与制造、数控技术。摘要 数控加工在制造业中占据着重要地位，数控加工工艺与编程作为与数控加工息息相关的一门课程，其课程质量直接关系着数控人才培养的质量。文章首先分析了该课程的教学现状，其次从专业知识教学、提高动手能力和课程思政教育三个方面介绍了以学生为中心的改革指导思想，再次从教学模式、教学目标、教学内容、实践教学、教学手段及措施、教学资源六个方面进行了教学改革探索，最后对课程实施效果进行了总结。实践证明，通过上述改革，学生能更好地掌握数控加工工艺与编程的理论和实践知识，学生的科研意识、工程意识得到了提高，其设计能力、创新能力、沟通能力和实践能力均得到了很好的锻炼。关键词 数控加工；指导思想；教学改革；实施效果中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 2095-3437（2023）06-0078-032023年3月March，2023University Education2018 年 8 月，教育部印发的 关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知 中明确指出：“各地教育行政部门、各高校要加强顶层设计，创新观念理念，积极开展改革试点，逐步积累改革经验，不断形成建设高水平本科教育的新理念、新标准、新路径、新机制、新文化。”12019 年10月，教育部印发的 关于一流本科课程建设的实施意见 指出，要全面开展一流本科课程建设，树立课程建设新理念，推进课程改革创新，实施科学课程评价，严格课程管理，完善以质量为导向的课程建设激励机制，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系2。一、数控加工工艺与编程教学现状分析数控加工工艺与编程课程是岭南师范学院机电工程学院机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业主干课，适用于机械专业本科三年级学生，是学生所学的机械制造基础、机械制图、互换性与测量技术等其他专业课的巩固、应用与拓展。该课程主要讲授数控加工工艺、数控刀具、数控编程常用指令、数控编程的方法、数控编程的步骤及实现等。其主要目的是使学生通过数控技术与数控加工编程的基本知识、基本理论和基本方法的学习，在熟练掌握零件数控加工编程方法与技能的基础上，能够运用所学知识进行典型零件的加工工艺的制定与程序的编制，并具有分析和解决数控编程仿真过程中遇到的问题的能力。通过该课程理论知识和实践技能的学习，可为机电工程学院的学生进一步学习相关专业课程、从事相关专业工作和服务社会奠定良好的基础。目前该课程主要是以课堂教学为主，课程内容多但课时不足。该门课程总课时为48学时，理论课时为40学时、实践课时为8学时，实践学时相对不足，不利于编程知识的巩固和应用。伴随着信息技术的快速发展，数控加工工艺与编程课程呈现出教学模式及教学目标单一、教学内容陈旧、教学资源有限、缺少有效互动等缺点，为提高课程教学效果和人才培养质量，数控加工工艺与编程课程亟须改革。二、数控加工工艺与编程教学改革指导思想数控加工工艺与编程总体的教学指导思想是以学生为中心，通过启发式、探究式、讨论式、参与式的多元教学模式，激发学生的好奇心和创造力。将知识体系的建立、素质的培养、实践动手能力的提高作为课程的核心，全面培养学生求真、务实、明理的能力素养，为“中国制造2025”战略的发展，推进智能制造，实现中国从制造业大国向制造业强国转变，培养德才兼备的新时代实用型人才。（一一）专业知识教学专业知识教学（知识体系建立知识体系建立）1.科学前沿与科普素材相结合教学过程中充分利用数控技术相关的学科前沿发展及科普素材，做到深入浅出，令学生在轻松愉快地掌握专业基础知识的同时，体会科技发展带来的便利，为未来快速融入智能制造大平台奠定基础。2.就地取材，理论与实践相结合数控加工工艺与编程课程的特点是实践性较强。数控加工工艺与编程课程教学改革探索郭延艳田学军何万涛岭南师范学院，广东湛江52404878因此在教学中，要从实际出发，以科研项目和企业产品的迫切需求为指引，通过学情分析，触发学生学习的热情，激发学生的创造力。以典型零件的制作为例来讲解数控工艺与编程的方法及应用，做到理论与实践相结合。（二二）提高动手能力提高动手能力1.与科研项目相关产品开发实际需要相结合在实验教学的过程中，挖掘科研项目的具体需求，结合所学习的编程理论知识，进行动手编程仿真实验，为后续的实际编程加工奠定基础。2.理论联系实际的课后作业训练将课堂上所学的基本知识点，通过与实际应用或时事热点相结合，进行编程与仿真，在提高学生兴趣点的同时，提高实际动手能力。（三三）课程思政教育课程思政教育1.引导学生树立正确的人生观和价值观通过课程的学习与实践，使学生理解机械工程师的职业性质和责任，树立正确的世界观、人生观和价值观，具有良好的人文社会科学素养、社会责任感，并能在工程实践中自觉遵守职业道德和规范，履行责任。2.培养学生的沟通表达能力通过分组讨论和项目驱动，培养学生的沟通表达能力，使学生能够就复杂机械工程问题撰写报告和设计文稿，准确表达观点，具备一定的国际视野，能就机械专业问题进行跨文化背景的沟通与交流。三、数控加工工艺与编程教学改革（一一）教学模式改革教学模式改革随着现代教学技术的发展，传统课程正逐渐向信息化方向发展。在移动终端智能化、普及化的基础上，慕课、学堂在线、课堂派、雨课堂等多种在线教学平台应运而生3-4。雨课堂是由学堂在线平台在清华科技园推出的智慧教学工具，因其采用的信息技术手段和软件界面较好地契合了教师的教学实际需要和学生的学习需要，便于线上线下教学和学习，而成为混合式教学模式优选的在线教学平台5。针对数控加工工艺与编程课程特点，采用“慕课资源+雨课堂”的线上线下混合式教学模式。在线上，借助慕课资源、微信学习群和雨课堂，教师推送丰富的网络资源、组织学生开展有效的学习活动和多样的师生互动；在线下，教师注重提升学生的学习效果，教学内容根据学生线上反映情况适当调整，打造有料、有变的高效课堂。混合式教学模式既可强化知识点，又可弥补学时不足的缺憾。（二二）教学目标改进教学目标改进数控加工工艺与编程总体的教学指导思想是本着以学生为中心的教学宗旨，以提高学生的职业技能和职业素养为目标，重点培养学生的综合实践能力。主要体现在“知识+能力+素质”三维共进的教学目标，重点提高学生的职业技能和职业素养。知识和能力目标主要包括：具有信息获取及处理能力；掌握比较复杂的机械零件的常用加工方法、所用主要设备的工作原理和典型机构；具有独立完成简单零件加工的实践能力；具有对简单零件进行工艺分析和选择加工方法的能力；具有创新意识和独立获取知识的能力，应用所学知识解决实际问题的能力和较强的自学能力、创新意识和创业精神；通过课程的学习与实践，使学生理解机械工程师的职业性质和责任，树立正确的世界观、人生观和价值观，具有良好的人文社会科学素养、社会责任感，并能在工程实践中自觉遵守职业道德和规范，履行责任；通过分组讨论和项目驱动，培养学生的沟通表达能力，使学生能够就复杂机械工程问题撰写报告和设计文稿，准确表达观点。（三三）教学内容改革教学内容改革1.科学前沿与科普素材相结合，设计多样切入点教学过程中充分利用数控技术相关的学科前沿发展及科普素材，做到深入浅出，令学生在轻松愉快地掌握专业基础知识的同时，体会科技发展带来的便利，为未来学生快速融入智能制造大平台奠定基础。2.学以致用，理论与实践相结合数控加工工艺与编程课程的特点是实践性较强。因此，在教学中要从实际出发，以科研项目和企业产品的零部件为相关知识点的载体，以典型零件的制作为例来讲解数控加工工艺与编程的方法及应用，做到理论与实践相结合，激发学生学习的热情，提升学生的创造力。3.利用虚拟仿真软件，规范实践流程在实验教学的过程中，结合所学习的编程理论知识，进行动手编程仿真实验，为后续的机床上机加工奠定基础。4.理论联系实际布置课后作业，培养学生的综合能力将课堂上所学的基本知识点，通过与实际应用或时事热点相结合，进行设计、编程与仿真，在提高学生兴趣点的同时，提高其实际动手能力。（四四）实践教学改革实践教学改革实践教学的目的是使学生对数控加工程序的编制及执行等有直观认识，能根据数控铣床和车床的加工特点、编程方法，制定数控铣床和车床的加工工艺和加工方案，完成数控程序的编制并进行程序的验证，具备熟练运用数控加工程序仿真软件进行操作以及调试的能力。实践教学的教学内容，根据岭南师范学院现有硬件条件进行改革。学校配备了数控车间、宇龙仿真软件，由于机床设备数量有限，班级学生数量较多，而宇龙仿真软件可以很好地模拟机床的对刀操作、程序的编辑和调试检验，因此设计实践教学内容以仿真软件上的操作为主。具体教学模式如下：课前推送教师录制软件仿真对刀操作、程序检验过程操作等视频，课中教师精讲实践内容、指导学生分组实践训练并答疑解惑，课后布置仿真作业。具体改革内容如下：对于仿真软件功能及操作，采用机床和仿真实验室相结合的模式。首先教师结合机床简要讲解机床的结构、各坐标轴方向、数控仿真软件面板区域、按键功能、模式开关、进给开关等内容，其后在仿真实验室指导学生分组熟悉软件功能、选择刀具、79设置工件、新建程序等。对于数控车削综合零件程序编制，为加深学生对数控车削编程的理解，用G71对内、外轮廓进行加工，使学生理解内轮廓退刀点的选择要求，了解G71具有分析报警信息、修改错误和验证程序的能力。对于数控铣削平面雕刻作品设计，既考查学生利用相应绘图软件设计相关二维图形并标注各节点坐标的能力，又结合基本 G 代码编程知识巩固学生对直线插补、圆弧插补的理解，并进行设计作品的编程和软件仿真验证。对于数控铣削综合零件程序编制，为加强学生对数控铣削编程格式，内、外轮廓以及凹槽加工编程的掌握，采用仿真软件形象具体地再现刀具路径和加工过程，进行典型铣削类零件的加工工艺设计、手工编程及软件仿真操作。（五五）教学手段及措施改革教学手段及措施改革在数控加工工艺与编程授课过程中，采用课堂讲授、案例式教学、任务驱动教学、引导文教学、启发式教学、数控仿真软件模拟仿真等多样的教学方法，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；并引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识。由于课程编程代码晦涩、工艺案例多、实践应用强，学生在学习的过程中，容易产生畏难情绪。鉴于此，课程从以下五点进行教学手段及措施的改革：1.注意启发，突出学生的主导地位运用启发式教学，对于主要的知识点要活学活用，举一反三、触类旁通。在教学过程中注重发挥学生的主观能动性及主导地位。2.注重实践，引导学生积极探索贯穿“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的理念，引导学生多观察、多动手、多亲历，要求学生在设计的过程中考虑零件加工的可行性，多思考其中的合理与不合理之处。3.注重文献阅读，锻炼学生获取信息的能力要求每个学生精读文献，锻炼学生阅读的能力、关注研究前沿的能力、自主获取信息的能力。4.采用新兴教学技术，提升课堂质量采用雨课堂作为教学平台，既能迅速地了解学生的学习情况，又能活跃课堂气氛，增加学习趣味性；采用形式丰富的多媒体资源，如图片、视频、动画等，将文字难以简明表述的知识点生动活泼地展示出来，吸引学生的注意力，从而有效提升课堂教学质量。5.注重人文关怀，与学生有效互动注重对学生进行人文关怀，运用微信学习群、网络平台等及时有效反馈学生的学习进度及作业质量，及时回复学生的问题，对学生的作业提出实质性改进建议，让学生时刻感受到教师的关注。（六六）教学资源拓展教学资源拓展在课程讲授过程中，注重网络资源的应用，丰富学生的学习渠道：为学生提供视频课程、相关数据库、微信公众号等网络资源，丰富学生的学习渠道，例如中国大学慕课网相关课程和课程团队视频资料、相关网络资源和微信公众号、雨课堂测试题库等。由于数控加工工艺与编程概念抽象、编程晦涩，学生难以理解，课程团队可通过自身指导的案例，对课本中涉及的程序进行软件仿真（如图1所示），以及网路实际加工视频或学生实际加工零件视频等方式，使学生易于理解不同零件的编程及加工过程，大幅提高教学效率。图1部分课本编程例题软件仿真四、结语随着“中国制造 2025”行动纲领的提出，我国越来越重视制造业发展，而数控加工在制造业中占据着重要地位。制造业的快速发展，伴随着数控加工类专业技能人才需求也增大，如何培养同时掌握数控编程理论知识和操作技术的技能型人才，是广大高校需要解决的主要问题6。数控加工工艺与编程课程与工程实际联系紧密，制造业相关的各行各业及相关科研项目都需要数控加工方面的知识。岭南师范学院机电工程学院在数控加工工艺与编程课程改革探索过程中，针对教学模式、教学目标、教学内容、教学手段及措施、教学资源等方面进行探索，采用“慕课资源+雨课堂”的线上线下混合式教学模式、“知识+能力+素质”三维改进教学目标、与科研项目及工程实际紧密联系的教学内容、多样的教学手段和措施以及丰富的教学资源改进原有的课程。实践证明，通过上述改革，使学生更好地掌握了数控加工工艺与编程的理论和实践知识，同时也提高了学生的科研意识、工程意识，培养了学生的设计能力、创新能力、沟通能力和实践能力。参考文献1 教育部.教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工 作 会 议 精 神 落 实 的 通 知EB/OL.（2018-08-27）2021-03-02.http：/ 教育部.教育部关于一流本科课程建设的实施意见 EB/OL.（2019-10-30）2021-03-02.http：/ 丁展，周琳.基于任务驱动 数控加工工艺与编程 项目化教学改革实践 J.艺术科技，2018，31（9）：52.4 朱倚娴，周玲.雨课堂在“电子技术”课程信息化教学中的应用研究 J.教育教学论坛，2020（40）：370-371.5 张继红，刘常云，刘冰.基于雨课堂的 数控加工技术 教学模式探索 J.内燃机与配件，2020（13）：252-254.6 王龙，胡灿，郭文松，等.浅谈数控仿真软件在数控教学中的应用 J.新疆农机化，2020（6）：44-46.责任编辑责任编辑：雷艳雷艳2023年3月March，2023University Education80