新工科背景下数控编程与应用实践课程教学改革研究_罗金刚.pdf

现代制造技术与装备2222023 年第 3 期总第 316 期新工科背景下数控编程与应用实践课程教学改革研究罗金刚吴家福（贵阳学院 机械工程学院，贵阳 550005）摘要：在新工科背景下，应以新理念和新模式融入教学。课程是人才培养的基础，课程改革是促进工科专业建设和发展的要求。通过研究分析贵阳学院在数控编程与应用实践课程教学过程中的现状和存在的主要问题，寻求教学改革的有效路径，注重学生在实际工程中的问题和技能培养。改革后的效果表明，该项课程改革能够使学生较好地掌握专业知识，提高了学生的工程技术能力。关键词：数控编程；教学改革；应用实践Research on Teaching Reform of Numerical Control Programming and Application Practice Under the Background of New EngineeringLUO Jingang,WU Jiafu(School of Mechanical Engineering,Guiyang University,Guiyang 550005)Abstract:Under the background of new engineering,new ideas and new models should be integrated into teaching.Curriculum is the basis of talent training and curriculum reform is the requirement to promote the construction and development of engineering specialty.Through the research and analysis of the current situation and the main problems in the teaching process of numerical control programming and application practice course in Guiyang College,the effective path of teaching reform is sought,and the problems and skills of students in practical engineering are paid attention to.The result of the reform shows that the curriculum reform can make students better grasp the professional knowledge and improve their engineering skills.Keywords:numerical control programming;teaching reform;application practice随着社会的高速发展和制造技术的突飞猛进，我国逐步从制造大国向制造强国转变，制造企业对于创新型和复合型人才的需求更加迫切，如何培养出能够适合企业和社会需要的人才是应用型高校人才培养的目标之一。新工科“以产出为导向”的人才培养模式成为高校教育教学的工作重点。高校新工科建设和教育改革的基本内容为新理念、新模式、新方法、新内容和新质量等，培养出具备创新精神、实践能力、国际化视野和多学科交叉融合的新型工程技术人才，以满足新兴制造产业发展的需要1-4。数控编程与应用实践是一门理论知识与技能操作相结合并具有较强专业实践性的核心专业课程，课程的开展范围主要是针对机械类学生，同时需要学生具备前期的机械制图、机械制造工艺和工程材料等课程基础。该课程综合性强，对学生的动手能力要求较高，因此需要明确实践教学中存在的问题，有针对性进行改革，旨在增强理工科专业学生的实践技能和综合素质，培养他们精益求精的工匠精神和动手能力，提高课程的教学质量5-7。1数控编程与应用实践课程教学中的现状和主要问题数控编程与应用实践课程是贵阳学院工科专业工程实训课程的一部分，也是机械类专业一门实践性很强的专业必修实训课程。现有指导书主要内容包含数控车床编程、数控铣床编程以及数控加工中心。当前采用的实践教学指导书为自编类。对于机械类专业的数控编程与应用实践课程，实践教学时间为一周，教学内容主要为数控车床加工的方法原理和基本操作，通常采用讲解和操作演示相结合的实践教学方式向学生进行简要的理论讲授和实际操作演示，随后学生按照指导书中的案例进行编程和操作练习。这种教学方式较为单一，学生按部就班的操作形式导致学习兴趣严重缺失，参与积极性不佳。由于学校场地限制，现有的实训场地较小，数控机床设备陈旧且数量较少，不同设备采用不同的控制系统和操作面板，学生的操作时间短，导致动手操作不足，教学效果差。最终成绩考核以学生编制的数控程序、实际的操作能力以及加工样品作为评分依据。由于学生整体学习的积极性不高，导致实训效果和评分结果不理想。基金项目：贵阳学院教学内容与课程体系改革项目“应用型本科建设水平下数控编程教学改革研究”；教育部高教司产学合作协同育人项目“新工科背景下计算机辅助类课程综合改革与实践”（202101036003）。DOI:10.16107/ki.mmte.2023.0172223行 业 交 流2数控编程与应用实践课程教学改革策略2.1利用已有教学条件，整合教学资源学校现有的硬件条件为数控车床 10 台、数控铣床 2 台、数控加工中心 2 台，其中数控车床和数控加工中心的数控系统并不一致，在编程和操作过程中存在差异性，给教学和操作带来了不便。在教学过程中，数控编程需要遵循由简入繁原则，即先数控车，然后数控铣，再数控加工中心，有利于学生对操作技能的掌握。由于数控机床的数量不足，无法满足所有学生同时进行实践操作的要求，需采用分组制进行实操，即先统一进行理论知识和机床操作的讲解，然后分组参加实际操作。每组两位同学负责从编程到加工的操作，学生之间可以合理安排分工，发挥各自的特长和优势。2.2改变教学理念，融入思政教育在数控编程与应用实践课程的教学过程中，应加强学生的工匠精神培养。我国在从制造大国向制造强国转变的过程中离不开对人才的培养，特别是机械制造类专业和制造业紧密相连，更应加强培养力度，为制造业的高质量发展提供人才需求保障。在课程讲解中应改变以往的教学理念，引入大国工匠里的榜样人物，通过分享其成长、成才的经历和事迹，培养学生的爱国情怀和职业道德，使他们能够将工匠精神融入自己的学习生活和实际工作。2.3丰富教学内容，以项目为目标开展训练实训中将教学内容主要分成数控车削和数控铣削两大类。数控车削加工实例包括的主要教学内容有车削外圆、车削端面、倒角、圆弧、切槽、切断、螺纹加工以及钻孔。数控铣削加工实例包括的主要教学内容有平面铣削、平面型腔铣削、轮廓铣削、钻孔以及攻螺纹。数控加工零件的主要步骤，如图 1 所示。数控程序的编制包括手工编程和自动编程两种。手工编程主要应用于零件结构单一、数值计算简单的零件程序编写。自动编程应用编程软件，以数控编程软件 UG NX 为例，主要操作如图 2 所示。实际应用中，需要根据零件的结构特点选择合适的编程方式，完成数控程序的编写。在实训项目训练中，自主设计项目加工实例包括车削或者铣削的基本内容，根据数控加工零件的主要步骤，完成项目实例的加工操作。通过这些教学内容可以详细了解数控车削和铣削的加工过程，既加强了对基本知识的掌握，又增加了学生自主学习的积极性。图 1数控加工零件的主要步骤图 2UG NX 数控编程的主要操作现代制造技术与装备2242023 年第 3 期总第 316 期2.4采用线上和线下混合式教学模式数控编程与应用实践是一门综合性学科，主要包括机械制图、机械工程材料、机械制造技术基础以及机械制造工艺学等。该课程要求学生以前期课程为支撑，分析加工过程的工艺要点，从一个案例的零件图样开始，分析每个零件的形状尺寸与位置尺寸之间的关系，选择合适的定位基准，便于在编程过程中详细了解尺寸换算。为了使学生更好地掌握课程内容，通过信息化手段，结合线上线下资源，采用理论教学与实践教学相结合的教学新模式。教师在熟悉线上教学规律的同时，结合数控加工的特点提出教学方法和教学设计方案，实现向混合式教学模式过渡。利用现有的网络资源，如“国家级精品资源共享课程”“中国大学 MOOC”以及各大视频网站的学习资料，进行辅助教学8-10。在线下教学过程中，先围绕线上已经熟悉过的案例进行实践操作，再通过由简单到复杂的过程，将线上和线下结合来培养学生的自主学习和动手实践能力。2.5引入虚拟仿真教学方式随着计算机技术和数控加工模拟软件的快速发展，在教学过程中可以利用数控加工仿真系统（VERICUT）、斯沃数控等仿真软件，为初学数控编程的学生提供便利的仿真环境，通过软件模拟真实的加工操作过程。VERICUT 采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，通过彩色的三维图像，将数控加工过程中的机床、夹具、毛坯、刀具以及刀具路径等模拟显示。在学生进行数控机床操作前，先将编制的数控程序导入 VERICUT 软件进行校验，完成模拟加工过程，再通过软件自带的测量功能检查加工后的零件尺寸是否符合图纸规定的尺寸要求。该软件能检验程序编制中的错误和加工中的刀具加工路径是否合理，避免因程序编制错误导致机床撞刀和其他事故的 发生。2.6改革考核评价方式数控编程与应用实践课程采取课前线上学习考核、虚拟仿真和实际操作考核、实践报告和综合能力考核相结合的多元化考核评价方式。在最终的考核成绩中，课前线上学习考核占 20%，主要考察学生的自主学习能力。虚拟仿真和实际操作占 60%，考查学生对数控虚拟仿真软件的应用能力和实际操作的熟练程度。实践报告和综合能力占 20%，主要是对数控理论知识、报告撰写能力和整个数控实践过程的综合评价。改革后的考核方式提高了课前线上学习考核以及虚拟仿真和实际操作在评价方式中的比重，有助于提升学生自主学习的能力，能够培养他们的动手能力，进而实现预期的实践教学效果。3结语文章对贵阳学院机械类专业数控编程与应用实践课程教学的教学硬件条件、教学资源整合、教学内容、教学模式以及考核评价方式进行探索与研究，改革考核评价过程，以学生为中心、以项目学习为导向设计，注重学生实际应用能力的锻炼，培养了学生的动手实践操作能力和解决问题的综合素质。实践课程改革取得了良好的成效，为其他类似课程提供了参考和指导意义。参考文献1 陈业航，夏腾辉.基于 Unity3D 的数控车床拆装虚拟仿真实验课程探究 J.教育观察，2023（4）：78-81.2 周华祥，陶晶，华文林，等.新工科背景下机械类人才培养模式的改革与实践J.湖北理工学院学报，2022（5）：69-72.3 黄西娜.新工科背景下机械类专业“创新创业”课程实践的探究 J.科技风，2022（26）：87-89.4 裴利华，黄赐英，刘来春，等.基于 IPA 修正法的混合式教学满意度分析 J.中国现代教育装备，2023（1）：63-66.5 张佳，肖萍，王梦.数控编程与加工技术理实一体化教学改革与实践 J.时代汽车，2022（8）：57-58.6 罗威.数控车床编程与加工实训教学改革探索与实践 J.时代汽车，2021（22）：97-98.7 李大鹏，赵波，黄金红.基于 OTA 技术远程设备升级与维护的虚拟仿真教学实验平台的研制 J.中国新通信，2022（23）：28-31.8 李郁，王向南，彭唯.基于混合式教学模式应用型创新人才的培养：以数控加工技术与编程教学为例 J.现代制造技术与装备，2020（10）：210-211.9 陈海波，曾山，徐相华，等.工程训练课程线上线下混合教学模式研究 J.湖南科技学院学报，2021（5）：110-113.10 刘琼.基于线上线下混合模式的应用型本科课程教学研究 J.现代交际，2021（14）