數控加工工藝與編程課程教學改革探索

郭延艷　田學軍　何萬濤

［摘 要］數控加工在制造業中占據著重要地位，數控加工工藝與編程作為與數控加工息息相關的一門課程，其課程質量直接關系著數控人才培養的質量。文章首先分析了該課程的教學現狀，其次從專業知識教學、提高動手能力和課程思政教育三個方面介紹了以學生為中心的改革指導思想，再次從教學模式、教學目標、教學內容、實踐教學、教學手段及措施、教學資源六個方面進行了教學改革探索，最后對課程實施效果進行了總結。實踐證明，通過上述改革，學生能更好地掌握數控加工工藝與編程的理論和實踐知識，學生的科研意識、工程意識得到了提高，其設計能力、創新能力、溝通能力和實踐能力均得到了很好的鍛煉。

［關鍵詞］數控加工；指導思想；教學改革；實施效果

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）06-0078-03

2018 年 8 月，教育部印發的《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中明確指出：“各地教育行政部門、各高校要加強頂層設計，創新觀念理念，積極開展改革試點，逐步積累改革經驗，不斷形成建設高水平本科教育的新理念、新標準、新路徑、新機制、新文化?！盵1]2019 年10月，教育部印發的《關于一流本科課程建設的實施意見》指出，要全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，推進課程改革創新，實施科學課程評價，嚴格課程管理，完善以質量為導向的課程建設激勵機制，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系[2]。

一、數控加工工藝與編程教學現狀分析

數控加工工藝與編程課程是嶺南師范學院機電工程學院機械設計制造及其自動化專業的一門重要的專業主干課，適用于機械專業本科三年級學生，是學生所學的機械制造基礎、機械制圖、互換性與測量技術等其他專業課的鞏固、應用與拓展。該課程主要講授數控加工工藝、數控刀具、數控編程常用指令、數控編程的方法、數控編程的步驟及實現等。其主要目的是使學生通過數控技術與數控加工編程的基本知識、基本理論和基本方法的學習，在熟練掌握零件數控加工編程方法與技能的基礎上，能夠運用所學知識進行典型零件的加工工藝的制定與程序的編制，并具有分析和解決數控編程仿真過程中遇到的問題的能力。通過該課程理論知識和實踐技能的學習，可為機電工程學院的學生進一步學習相關專業課程、從事相關專業工作和服務社會奠定良好的基礎。

目前該課程主要是以課堂教學為主，課程內容多但課時不足。該門課程總課時為48學時，理論課時為40學時、實踐課時為8學時，實踐學時相對不足，不利于編程知識的鞏固和應用。伴隨著信息技術的快速發展，數控加工工藝與編程課程呈現出教學模式及教學目標單一、教學內容陳舊、教學資源有限、缺少有效互動等缺點，為提高課程教學效果和人才培養質量，數控加工工藝與編程課程亟須改革。

二、數控加工工藝與編程教學改革指導思想

數控加工工藝與編程總體的教學指導思想是以學生為中心，通過啟發式、探究式、討論式、參與式的多元教學模式，激發學生的好奇心和創造力。將知識體系的建立、素質的培養、實踐動手能力的提高作為課程的核心，全面培養學生求真、務實、明理的能力素養，為“中國制造2025”戰略的發展，推進智能制造，實現中國從制造業大國向制造業強國轉變，培養德才兼備的新時代實用型人才。

（一）專業知識教學（知識體系建立）

1.科學前沿與科普素材相結合

教學過程中充分利用數控技術相關的學科前沿發展及科普素材，做到深入淺出，令學生在輕松愉快地掌握專業基礎知識的同時，體會科技發展帶來的便利，為未來快速融入智能制造大平臺奠定基礎。

2. 就地取材，理論與實踐相結合

數控加工工藝與編程課程的特點是實踐性較強。因此在教學中，要從實際出發，以科研項目和企業產品的迫切需求為指引，通過學情分析，觸發學生學習的熱情，激發學生的創造力。以典型零件的制作為例來講解數控工藝與編程的方法及應用，做到理論與實踐相結合。

（二）提高動手能力

1.與科研項目相關產品開發實際需要相結合

在實驗教學的過程中，挖掘科研項目的具體需求，結合所學習的編程理論知識，進行動手編程仿真實驗，為后續的實際編程加工奠定基礎。

2.理論聯系實際的課后作業訓練

將課堂上所學的基本知識點，通過與實際應用或時事熱點相結合，進行編程與仿真，在提高學生興趣點的同時，提高實際動手能力。

（三）課程思政教育

1.引導學生樹立正確的人生觀和價值觀

通過課程的學習與實踐，使學生理解機械工程師的職業性質和責任，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，具有良好的人文社會科學素養、社會責任感，并能在工程實踐中自覺遵守職業道德和規范，履行責任。

2.培養學生的溝通表達能力

通過分組討論和項目驅動，培養學生的溝通表達能力，使學生能夠就復雜機械工程問題撰寫報告和設計文稿，準確表達觀點，具備一定的國際視野，能就機械專業問題進行跨文化背景的溝通與交流。

三、數控加工工藝與編程教學改革

（一）教學模式改革

隨著現代教學技術的發展，傳統課程正逐漸向信息化方向發展。在移動終端智能化、普及化的基礎上， 慕課、學堂在線、課堂派、雨課堂等多種在線教學平臺應運而生[3-4]。雨課堂是由學堂在線平臺在清華科技園推出的智慧教學工具，因其采用的信息技術手段和軟件界面較好地契合了教師的教學實際需要和學生的學習需要，便于線上線下教學和學習，而成為混合式教學模式優選的在線教學平臺[5]。

針對數控加工工藝與編程課程特點，采用“慕課資源+雨課堂”的線上線下混合式教學模式。在線上，借助慕課資源、微信學習群和雨課堂，教師推送豐富的網絡資源、組織學生開展有效的學習活動和多樣的師生互動；在線下，教師注重提升學生的學習效果，教學內容根據學生線上反映情況適當調整，打造有料、有變的高效課堂?；旌鲜浇虒W模式既可強化知識點，又可彌補學時不足的缺憾。

（二）教學目標改進

數控加工工藝與編程總體的教學指導思想是本著以學生為中心的教學宗旨，以提高學生的職業技能和職業素養為目標，重點培養學生的綜合實踐能力。主要體現在“知識+能力+素質” 三維共進的教學目標，重點提高學生的職業技能和職業素養。知識和能力目標主要包括：具有信息獲取及處理能力；掌握比較復雜的機械零件的常用加工方法、所用主要設備的工作原理和典型機構；具有獨立完成簡單零件加工的實踐能力；具有對簡單零件進行工藝分析和選擇加工方法的能力；具有創新意識和獨立獲取知識的能力，應用所學知識解決實際問題的能力和較強的自學能力、創新意識和創業精神；通過課程的學習與實踐，使學生理解機械工程師的職業性質和責任，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，具有良好的人文社會科學素養、社會責任感，并能在工程實踐中自覺遵守職業道德和規范，履行責任；通過分組討論和項目驅動，培養學生的溝通表達能力，使學生能夠就復雜機械工程問題撰寫報告和設計文稿，準確表達觀點。

（三）教學內容改革

1.科學前沿與科普素材相結合，設計多樣切入點

教學過程中充分利用數控技術相關的學科前沿發展及科普素材，做到深入淺出，令學生在輕松愉快地掌握專業基礎知識的同時，體會科技發展帶來的便利，為未來學生快速融入智能制造大平臺奠定基礎。

2.學以致用，理論與實踐相結合

數控加工工藝與編程課程的特點是實踐性較強。因此，在教學中要從實際出發，以科研項目和企業產品的零部件為相關知識點的載體，以典型零件的制作為例來講解數控加工工藝與編程的方法及應用，做到理論與實踐相結合，激發學生學習的熱情，提升學生的創造力。

3.利用虛擬仿真軟件，規范實踐流程

在實驗教學的過程中，結合所學習的編程理論知識，進行動手編程仿真實驗，為后續的機床上機加工奠定基礎。

4.理論聯系實際布置課后作業，培養學生的綜合能力

將課堂上所學的基本知識點，通過與實際應用或時事熱點相結合，進行設計、編程與仿真，在提高學生興趣點的同時，提高其實際動手能力。

（四）實踐教學改革

實踐教學的目的是使學生對數控加工程序的編制及執行等有直觀認識，能根據數控銑床和車床的加工特點、編程方法，制定數控銑床和車床的加工工藝和加工方案，完成數控程序的編制并進行程序的驗證，具備熟練運用數控加工程序仿真軟件進行操作以及調試的能力。

實踐教學的教學內容，根據嶺南師范學院現有硬件條件進行改革。學校配備了數控車間、宇龍仿真軟件，由于機床設備數量有限，班級學生數量較多，而宇龍仿真軟件可以很好地模擬機床的對刀操作、程序的編輯和調試檢驗，因此設計實踐教學內容以仿真軟件上的操作為主。

具體教學模式如下：課前推送教師錄制軟件仿真對刀操作、程序檢驗過程操作等視頻，課中教師精講實踐內容、指導學生分組實踐訓練并答疑解惑，課后布置仿真作業。

具體改革內容如下：對于仿真軟件功能及操作，采用機床和仿真實驗室相結合的模式。首先教師結合機床簡要講解機床的結構、各坐標軸方向、數控仿真軟件面板區域、按鍵功能、模式開關、進給開關等內容，其后在仿真實驗室指導學生分組熟悉軟件功能、選擇刀具、設置工件、新建程序等。

對于數控車削綜合零件程序編制，為加深學生對數控車削編程的理解，用G71對內、外輪廓進行加工，使學生理解內輪廓退刀點的選擇要求，了解G71具有分析報警信息、修改錯誤和驗證程序的能力。

對于數控銑削平面雕刻作品設計，既考查學生利用相應繪圖軟件設計相關二維圖形并標注各節點坐標的能力，又結合基本G代碼編程知識鞏固學生對直線插補、圓弧插補的理解，并進行設計作品的編程和軟件仿真驗證。

對于數控銑削綜合零件程序編制，為加強學生對數控銑削編程格式，內、外輪廓以及凹槽加工編程的掌握，采用仿真軟件形象具體地再現刀具路徑和加工過程，進行典型銑削類零件的加工工藝設計、手工編程及軟件仿真操作。

（五）教學手段及措施改革

在數控加工工藝與編程授課過程中，采用課堂講授、案例式教學、任務驅動教學、引導文教學、啟發式教學、數控仿真軟件模擬仿真等多樣的教學方法，培養學生思考問題、分析問題和解決問題的能力；并引導和鼓勵學生通過實踐和自學獲取知識。由于課程編程代碼晦澀、工藝案例多、實踐應用強，學生在學習的過程中，容易產生畏難情緒。鑒于此，課程從以下五點進行教學手段及措施的改革：

1.注意啟發，突出學生的主導地位

運用啟發式教學，對于主要的知識點要活學活用，舉一反三、觸類旁通。在教學過程中注重發揮學生的主觀能動性及主導地位。

2.注重實踐，引導學生積極探索

貫穿“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的理念，引導學生多觀察、多動手、多親歷，要求學生在設計的過程中考慮零件加工的可行性，多思考其中的合理與不合理之處。

3.注重文獻閱讀，鍛煉學生獲取信息的能力

要求每個學生精讀文獻，鍛煉學生閱讀的能力、關注研究前沿的能力、自主獲取信息的能力。

4.采用新興教學技術，提升課堂質量

采用雨課堂作為教學平臺，既能迅速地了解學生的學習情況，又能活躍課堂氣氛，增加學習趣味性；采用形式豐富的多媒體資源，如圖片、視頻、動畫等，將文字難以簡明表述的知識點生動活潑地展示出來，吸引學生的注意力，從而有效提升課堂教學質量。

5.注重人文關懷，與學生有效互動

注重對學生進行人文關懷，運用微信學習群、網絡平臺等及時有效反饋學生的學習進度及作業質量，及時回復學生的問題，對學生的作業提出實質性改進建議，讓學生時刻感受到教師的關注。

（六）教學資源拓展

在課程講授過程中，注重網絡資源的應用，豐富學生的學習渠道：為學生提供視頻課程、相關數據庫、微信公眾號等網絡資源，豐富學生的學習渠道，例如中國大學慕課網相關課程和課程團隊視頻資料、相關網絡資源和微信公眾號、雨課堂測試題庫等。由于數控加工工藝與編程概念抽象、編程晦澀，學生難以理解，課程團隊可通過自身指導的案例，對課本中涉及的程序進行軟件仿真（如圖1所示），以及網路實際加工視頻或學生實際加工零件視頻等方式，使學生易于理解不同零件的編程及加工過程，大幅提高教學效率。

四、結語

隨著“中國制造 2025”行動綱領的提出，我國越來越重視制造業發展，而數控加工在制造業中占據著重要地位。制造業的快速發展，伴隨著數控加工類專業技能人才需求也增大，如何培養同時掌握數控編程理論知識和操作技術的技能型人才，是廣大高校需要解決的主要問題[6]。

數控加工工藝與編程課程與工程實際聯系緊密，制造業相關的各行各業及相關科研項目都需要數控加工方面的知識。嶺南師范學院機電工程學院在數控加工工藝與編程課程改革探索過程中，針對教學模式、教學目標、教學內容、教學手段及措施、教學資源等方面進行探索，采用“慕課資源+雨課堂”的線上線下混合式教學模式、“知識+能力+素質” 三維改進教學目標、與科研項目及工程實際緊密聯系的教學內容、多樣的教學手段和措施以及豐富的教學資源改進原有的課程。實踐證明，通過上述改革，使學生更好地掌握了數控加工工藝與編程的理論和實踐知識，同時也提高了學生的科研意識、工程意識，培養了學生的設計能力、創新能力、溝通能力和實踐能力。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 教育部.教育部關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知［EB/OL］.（2018-08-27）[2021-03-02].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201809/t20180903_347079.html？ from = groupmessage.

[2] 教育部.教育部關于一流本科課程建設的實施意見［EB/OL］. （2019-10-30）[2021-03-02].http：// www. moe. gov.cn/ srcsite /A08/ s7056/ 201910/t20191031_406269.html.

[3] 丁展，周琳.基于任務驅動《數控加工工藝與編程》項目化教學改革實踐[J].藝術科技，2018，31（9）：52.

[4] 朱倚嫻，周玲.雨課堂在“電子技術”課程信息化教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2020（40）：370-371.

[5] 張繼紅，劉常云，劉冰.基于雨課堂的《數控加工技術》教學模式探索[J].內燃機與配件，2020（13）：252-254.

[6] 王龍，胡燦，郭文松，等.淺談數控仿真軟件在數控教學中的應用[J].新疆農機化，2020（6）：44-46.

［責任編輯：雷 艷］