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【中图分类号】TG659-4 【文献标识码】B 【文章编号】1009-9646(2009)12-0051-02
作者简介:曹仁涛(1967-),男,甘肃人,副教授,主要从事数控技术应用教学与研究工作。
【摘要】在调研数控技术应用型创新人才培养条件以及知识、能力、素质要求和教学现状基础上,提出应用型人才实践能力培养模式。结合普通高等院校机电工程专业人才培养要求,提出旨在加强应用型人才实践能力培养的教学改革思路。
【关键词】数控技术;调研;问题;对策;教学改革
Research on the Education Reform for Numerical Control Subject in General Undergraduate Universities
Cao RentaoGou XiangfengChen DedaoZhang Yanlong
【Abstract】Based on the investigation of conditions and requirements of knowledge, ability and quality structure for Numerical control subject cultivating the innovative applied talents, this paper proposes the cultivation model of the talents practical ability. In the light of reforms of talents cultivation in electromechanical engineering in general undergraduate universities, it also introduces the countermeasure and puts forward the education reform formula approaches to cultivating applied talentspractical ability.
【Key words】Numerical control;investigate;problem;countermeasure;education reform
1前言
2009年初,教育部关于高等工科院校教学工作研讨会上,明确提出加大实践性教学环节课时比例的指导意见,要求实践课时不少于总课时的三分之一。这就要求教学安排要进一步改革调整,顺应社会对应用型人才的能力要求,在基础理论课程学习基础上,在加强实践技能培养的同时,培养出懂理论精通实践的新型人才。在高等教育从精英教育向大众化教育转变的时期,生源基础变化较快,企业对人才层次要求上移,使用重心下移的情况下[1],高等工科院校专业建设教学方案需要及时调整以便跟上社会变化,课程教学改革是需要不断探索的课题。
数控技术是集机械、电子、信息和管理等学科于一体的新兴交叉学科,数控技术的发展对人才的知识、能力、素质结构提出了新的要求[2]。现代制造技术的迅猛发展呼唤我国高等教育数控技术专业要适应市场需求,改革现行的课程体系、教学内容和教学方式,高起点地培养从事数控技术人才,以满足制造业发展对人才的需求。
2现状调研分析
从高等工科院校“机械设计制造及其自动化”“机电工程”“工业设计”专业,到高职高专“数控技术”“机电一体化”“机电技术应用”专业,普遍开设“数控加工技术”课程[3],但是每个学校所配套的技术基础课程和专业基础课程则各有不同,各课程占有课时比例也不尽相同,导致教学效率和教学效果也不尽相同。初步调研有以下典型问题。
2.1课程设置不合理。在众多专业基础课程中,开设哪些课程,选择哪种内容的教材,由学校专业规划自行决定。约75%院校授课教师认为专业课程设置前后衔接不甚合理,约50%认为课程部分重点内容相互重复,约30%认为部分重点知识相互架空未讲透,75%学生认为学校无针对实训设备的实训教材,60%学生认为所开设专业课程门数太多知识太零碎,40%学生认为所学专业知识需要系统糅合才能达到实用水平。
2.2教材知识陈旧,数控新技术跟踪不及时。如数控机床纸带控制介质、半闭环检测元件等已经更新扩展,部分技术已经淘汰,可是课本还在做重点介绍,而像前瞻控制、NURBS插补等主流新技术在现有教材中普遍不曾提及;ISO组织对数控代码不断扩展规范并形成国际通用行业标准,现教材对此未能及时跟踪,如讲解镜像指令就有G11G12G13、G24G25、G38G39、G50.1G51.1、G100G101等不同代码,这些代码多数早已不能在现实生产中应用;再如国内国际主流数控系统推陈出新更新很快,但现教材多数讲十余年前的系统。 2.3重理论教学,轻实践应用,未能紧跟国家数控技能复合型人才大量紧缺形势。高等工科院校现有教材主要讲解数控理论,对实践能力培养轻描淡写,培养出的人才不适应当前社会的需求。在现代制造业飞速发展的形势下,国家大量紧缺掌握现代制造技术的技能复合型人才,虽然从国家教育部到省地院校都有这个共识,但工科教育并未真正落实这个教育形势。
2.4数控教材对本校数控设备适用性不强。各工科院校普遍都建有设备能力雄厚的机械工程实践中心,但由于无适用性教材制约了教学、研究、应用的效率。所以编写出培养方向明确、紧扣实训设备、体系完整严密的适用性教材是专业建设当务之急。新教材应能做到系统传授当代数控实用技术和最新技术,培养精通理论、强于实践的新型机械类人才,逐步将我校机电一体化专业建成教学研究应用型专业。
3加强实践环节推行教学改革
3.1合理调整课程设置:针对调研中传统课程设置存在的问题,结合职业岗位群的知识和能力要求来对课程体系进行整合,重新构建专业课程体系。专业知识以“必需、够用”为度,突出核心专业课程[4]。确定以能力为中心来构建理论教学体系和实践教学体系,拓宽基础,注重实践,强化技能训练,加强能力培养,提高综合职业素质。将专业课基础课提前,使学生尽早接触专业课,这样可在专业氛围中熏陶并提高学生学习兴趣。有效办法是突破传统建立新型一体化课程体系,比如将《数控原理》、《数控机床》、《数控编程技术》、《数控加工工艺》、《金属工艺学》、《机械制造技术基础》、《数控机床操作》等课程加大课时集中为较少的两门课《数控技术以其应用》和《数控加工实训》,这样授课的最大好处是可以边学边练,便于知识的融合。像我校针对校内外开展的数控技术培训就采用这一模式,专业内容全面覆盖,重点内容互不重复,实践证明效果很好。
3.2编写适用性实训教材:我国现有机电一体化教材版本很多,但对各校来说各有不适应之处。同时,机电一体化技术尤其数控技术、模具技术发展很快,许多教学内容必须根据其发展做相应的补充。所以,统编教材虽然可选用,但考虑各校该专业的充分适用性、完全针对性和良好兼容性,专业教师应在充分学习研究基础上,针对本校学生状况、设备状况和培养方向对现有教材做一些整合完善,撰写适合本专业实践教学的实践课程的校本教材并完善实训指导书,在进行专业主干课程建设的基础上,撰写专业主干课的校本教材,完成适合本专业图册和主干课程的题库建设,最终建设几门校级精品课,以跟踪采用最新机电一体化技术发展,建成学校专业品牌。
3.3优化修订授课计划:根据教改后的教学大纲,结合现有实验实训设备和配套设施,需要制定了新的授课计划。相对教改之前需要增加了实验实训内容、手工及自动编程内容、数控加工工艺分析内容等,相对淡化数控机床结构原理学习。对金属切削原理、金属切削刀具、工艺规程原则、机床夹具等内容合理确定具体哪门课重点讲,因为这部分内容普遍在两三门课中都要提到[5],如果对授课计划不做规划协调,很可能导致这几门课同时在讲同一个问题,或者导致几门课均未做重点讲解。时间安排上需要做些调整,以前将数控车床和数控铣床的编程放在一起讲,讲完之后再实训,同学们很容易遗忘前面学的编程内容。现在,将编程与实训完全作为一门课,从易到难边讲边练,讲一点练一点,讲什么练什么,教师教得轻松,学生学得扎实,切实地提高学生的数控技术应用能力水平。
3.4拓展延伸讲解软件系统:在数控加工技术课程群中,自动编程技术中软件随机性较大,常见的有Mastercam、CAXA-ME、UG、Pro/E、Solidworks等,而各软件版本又存在多种不同版本,例如Mastercam常用的就有7.0、8.0、9.0、10.0等不同版本。数控系统常见的有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI、GSK、HNC等,操作及程序规则也各不相同。对这种问题,在学习一种编程软件和数控系统时,一定要在课程结束前利用多媒体教学条件给学生演示、对比讲解其它几种软件和系统的应用特点,在精通一种的基础上了解其它各种,既容易接受实用效果又好,自学能力强的学生在老师指导下往往可以精通掌握多种软件和数控系统的应用,这种知识储备和能力在工作实践中往往能发挥巨大的生产力作用。
3.5以学为主的教学组织:数控实践教学应尽量采用行为导向的教学方式,让学生有更多自主学习的机会。在开学之初,将授课计划发给学生,让学生知道本学期的学习内容和教学进度,可以让学生对学习计划做到心里有数,便于做好课前预习、课堂学习和课后复习。以学为主的教学组织体现在实验课中,就是鼓励学生研究实验、讲解实验、分析实验;在实训课中,就是要求学生多练习加工、多研究问题、多相互交流。在以学为主的教学组织中,教师的职责就是组织、诱导、解惑,重在深入参与到学生的研究性学习中去[6]。同时,还可以采用了组织学生参加各种数控技能竞赛和设计创新竞赛等方式,在课堂之外亦采用以学生为中心的学习方式,加强实验、实训环节,采用传帮带的方式进行实践教学,可以全方位培养学生的实践能力。
3.6加强实验实训教学实施:在注重能力培养的工科院校,实验、实训一直是深受学生喜欢的教学环节。纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,学生确实在这一环节能巩固数控加工知识并进一步学到一些实践知识。我们以行为导向的教学模式为依据,尽量多为同学提供自我参与的机会。在实验环节中,在设备资源许可的前提下,要尽量分细小组,尽量不大班教学,要让每一个学生有充分的动手机会。实验的教学方式采用传帮带的形式,第一批由老师讲解并演示,以后的几批同学均由他们上一组中的同学进行带教,老师只在一旁作指导[7]。这种方式使学生参与的机会更多,发现的问题也更多,学到的实践知识也更多,实验效果良好,得到同学们的认可。
实训是提高数控加工技术、综合验证数控加工能力的一个重要环节,这一环节要更加彻底的贯彻以学为主的教学方式,因为在这一环节,学生要将理论知识与实践加工得到完全结合,在实践中将所学知识融会贯通。实训时,老师布置加工任务.要求学生对所给的零件安排加工工艺路线,设定切削用量,从毛坯开始,编制合理的程序,独立完成整个零件的加工,并将加工精度控制在要求的范围内[8]。为尽量减少事故的发生,要求学生必须事先在仿真软件上验证加工轨迹,再上机床进行加工。通过独立完成整个零件的数控加工,学生系统地掌握了数控机床的操作和数控编程及加工知识。在安排实训课题时注意由浅入深循序渐进,注意知识点的覆盖,同时强调安全操作,养成良好职业习惯。
4结束语
在高等工科院校从精英教育悄然转变大众教育的背景下,教育也从理论研究型转为实践应用型。作为实践性较强的数控技术应用学科,走进大学课堂是近十年间的事,伴随着培养方向和教学重点的转型,必然需要持续的教学改革实施。本文在调研和教学实践基础上,提出合理调整课程设置、编写适用性实训教材、优化修订授课计划、拓展延伸讲解软件系统、以学为主的教学组织、加强实验实训环节等六条教改措施,希望与数控技术教学同行交流。
参考文献
[1]袁剑波.普通本科院校应用型人才创新能力培养研究[J].高等工程教育研究,2008.(2)
[2]陈德道.数控技术及其应用[M].国防工业出版社,2009
[3]黄克孝.构建高等职业教育课程体系的理论思考[J].职业技术教育,2004.(4)
[4]华丽娟.数控加工技术教学改革探讨[J].上海电机技术高等专科学校学报,2008,(6)
[5]于骏一.机械制造技术基础[M].机械工业出版社,2007
[6]李耀刚.本科大型实验教学的实践与探索[J].实验室研究与探索,2006,(2)
[7]叶佩青.综合性实验课程教学改革探索[J].实验技术与管理,2005,(2)
[8]徐宏海.数控加工工艺[M].化学工业出版社,2007
作者简介:曹仁涛(1967-),男,甘肃人,副教授,主要从事数控技术应用教学与研究工作。
【摘要】在调研数控技术应用型创新人才培养条件以及知识、能力、素质要求和教学现状基础上,提出应用型人才实践能力培养模式。结合普通高等院校机电工程专业人才培养要求,提出旨在加强应用型人才实践能力培养的教学改革思路。
【关键词】数控技术;调研;问题;对策;教学改革
Research on the Education Reform for Numerical Control Subject in General Undergraduate Universities
Cao RentaoGou XiangfengChen DedaoZhang Yanlong
【Abstract】Based on the investigation of conditions and requirements of knowledge, ability and quality structure for Numerical control subject cultivating the innovative applied talents, this paper proposes the cultivation model of the talents practical ability. In the light of reforms of talents cultivation in electromechanical engineering in general undergraduate universities, it also introduces the countermeasure and puts forward the education reform formula approaches to cultivating applied talentspractical ability.
【Key words】Numerical control;investigate;problem;countermeasure;education reform
1前言
2009年初,教育部关于高等工科院校教学工作研讨会上,明确提出加大实践性教学环节课时比例的指导意见,要求实践课时不少于总课时的三分之一。这就要求教学安排要进一步改革调整,顺应社会对应用型人才的能力要求,在基础理论课程学习基础上,在加强实践技能培养的同时,培养出懂理论精通实践的新型人才。在高等教育从精英教育向大众化教育转变的时期,生源基础变化较快,企业对人才层次要求上移,使用重心下移的情况下[1],高等工科院校专业建设教学方案需要及时调整以便跟上社会变化,课程教学改革是需要不断探索的课题。
数控技术是集机械、电子、信息和管理等学科于一体的新兴交叉学科,数控技术的发展对人才的知识、能力、素质结构提出了新的要求[2]。现代制造技术的迅猛发展呼唤我国高等教育数控技术专业要适应市场需求,改革现行的课程体系、教学内容和教学方式,高起点地培养从事数控技术人才,以满足制造业发展对人才的需求。
2现状调研分析
从高等工科院校“机械设计制造及其自动化”“机电工程”“工业设计”专业,到高职高专“数控技术”“机电一体化”“机电技术应用”专业,普遍开设“数控加工技术”课程[3],但是每个学校所配套的技术基础课程和专业基础课程则各有不同,各课程占有课时比例也不尽相同,导致教学效率和教学效果也不尽相同。初步调研有以下典型问题。
2.1课程设置不合理。在众多专业基础课程中,开设哪些课程,选择哪种内容的教材,由学校专业规划自行决定。约75%院校授课教师认为专业课程设置前后衔接不甚合理,约50%认为课程部分重点内容相互重复,约30%认为部分重点知识相互架空未讲透,75%学生认为学校无针对实训设备的实训教材,60%学生认为所开设专业课程门数太多知识太零碎,40%学生认为所学专业知识需要系统糅合才能达到实用水平。
2.2教材知识陈旧,数控新技术跟踪不及时。如数控机床纸带控制介质、半闭环检测元件等已经更新扩展,部分技术已经淘汰,可是课本还在做重点介绍,而像前瞻控制、NURBS插补等主流新技术在现有教材中普遍不曾提及;ISO组织对数控代码不断扩展规范并形成国际通用行业标准,现教材对此未能及时跟踪,如讲解镜像指令就有G11G12G13、G24G25、G38G39、G50.1G51.1、G100G101等不同代码,这些代码多数早已不能在现实生产中应用;再如国内国际主流数控系统推陈出新更新很快,但现教材多数讲十余年前的系统。 2.3重理论教学,轻实践应用,未能紧跟国家数控技能复合型人才大量紧缺形势。高等工科院校现有教材主要讲解数控理论,对实践能力培养轻描淡写,培养出的人才不适应当前社会的需求。在现代制造业飞速发展的形势下,国家大量紧缺掌握现代制造技术的技能复合型人才,虽然从国家教育部到省地院校都有这个共识,但工科教育并未真正落实这个教育形势。
2.4数控教材对本校数控设备适用性不强。各工科院校普遍都建有设备能力雄厚的机械工程实践中心,但由于无适用性教材制约了教学、研究、应用的效率。所以编写出培养方向明确、紧扣实训设备、体系完整严密的适用性教材是专业建设当务之急。新教材应能做到系统传授当代数控实用技术和最新技术,培养精通理论、强于实践的新型机械类人才,逐步将我校机电一体化专业建成教学研究应用型专业。
3加强实践环节推行教学改革
3.1合理调整课程设置:针对调研中传统课程设置存在的问题,结合职业岗位群的知识和能力要求来对课程体系进行整合,重新构建专业课程体系。专业知识以“必需、够用”为度,突出核心专业课程[4]。确定以能力为中心来构建理论教学体系和实践教学体系,拓宽基础,注重实践,强化技能训练,加强能力培养,提高综合职业素质。将专业课基础课提前,使学生尽早接触专业课,这样可在专业氛围中熏陶并提高学生学习兴趣。有效办法是突破传统建立新型一体化课程体系,比如将《数控原理》、《数控机床》、《数控编程技术》、《数控加工工艺》、《金属工艺学》、《机械制造技术基础》、《数控机床操作》等课程加大课时集中为较少的两门课《数控技术以其应用》和《数控加工实训》,这样授课的最大好处是可以边学边练,便于知识的融合。像我校针对校内外开展的数控技术培训就采用这一模式,专业内容全面覆盖,重点内容互不重复,实践证明效果很好。
3.2编写适用性实训教材:我国现有机电一体化教材版本很多,但对各校来说各有不适应之处。同时,机电一体化技术尤其数控技术、模具技术发展很快,许多教学内容必须根据其发展做相应的补充。所以,统编教材虽然可选用,但考虑各校该专业的充分适用性、完全针对性和良好兼容性,专业教师应在充分学习研究基础上,针对本校学生状况、设备状况和培养方向对现有教材做一些整合完善,撰写适合本专业实践教学的实践课程的校本教材并完善实训指导书,在进行专业主干课程建设的基础上,撰写专业主干课的校本教材,完成适合本专业图册和主干课程的题库建设,最终建设几门校级精品课,以跟踪采用最新机电一体化技术发展,建成学校专业品牌。
3.3优化修订授课计划:根据教改后的教学大纲,结合现有实验实训设备和配套设施,需要制定了新的授课计划。相对教改之前需要增加了实验实训内容、手工及自动编程内容、数控加工工艺分析内容等,相对淡化数控机床结构原理学习。对金属切削原理、金属切削刀具、工艺规程原则、机床夹具等内容合理确定具体哪门课重点讲,因为这部分内容普遍在两三门课中都要提到[5],如果对授课计划不做规划协调,很可能导致这几门课同时在讲同一个问题,或者导致几门课均未做重点讲解。时间安排上需要做些调整,以前将数控车床和数控铣床的编程放在一起讲,讲完之后再实训,同学们很容易遗忘前面学的编程内容。现在,将编程与实训完全作为一门课,从易到难边讲边练,讲一点练一点,讲什么练什么,教师教得轻松,学生学得扎实,切实地提高学生的数控技术应用能力水平。
3.4拓展延伸讲解软件系统:在数控加工技术课程群中,自动编程技术中软件随机性较大,常见的有Mastercam、CAXA-ME、UG、Pro/E、Solidworks等,而各软件版本又存在多种不同版本,例如Mastercam常用的就有7.0、8.0、9.0、10.0等不同版本。数控系统常见的有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI、GSK、HNC等,操作及程序规则也各不相同。对这种问题,在学习一种编程软件和数控系统时,一定要在课程结束前利用多媒体教学条件给学生演示、对比讲解其它几种软件和系统的应用特点,在精通一种的基础上了解其它各种,既容易接受实用效果又好,自学能力强的学生在老师指导下往往可以精通掌握多种软件和数控系统的应用,这种知识储备和能力在工作实践中往往能发挥巨大的生产力作用。
3.5以学为主的教学组织:数控实践教学应尽量采用行为导向的教学方式,让学生有更多自主学习的机会。在开学之初,将授课计划发给学生,让学生知道本学期的学习内容和教学进度,可以让学生对学习计划做到心里有数,便于做好课前预习、课堂学习和课后复习。以学为主的教学组织体现在实验课中,就是鼓励学生研究实验、讲解实验、分析实验;在实训课中,就是要求学生多练习加工、多研究问题、多相互交流。在以学为主的教学组织中,教师的职责就是组织、诱导、解惑,重在深入参与到学生的研究性学习中去[6]。同时,还可以采用了组织学生参加各种数控技能竞赛和设计创新竞赛等方式,在课堂之外亦采用以学生为中心的学习方式,加强实验、实训环节,采用传帮带的方式进行实践教学,可以全方位培养学生的实践能力。
3.6加强实验实训教学实施:在注重能力培养的工科院校,实验、实训一直是深受学生喜欢的教学环节。纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,学生确实在这一环节能巩固数控加工知识并进一步学到一些实践知识。我们以行为导向的教学模式为依据,尽量多为同学提供自我参与的机会。在实验环节中,在设备资源许可的前提下,要尽量分细小组,尽量不大班教学,要让每一个学生有充分的动手机会。实验的教学方式采用传帮带的形式,第一批由老师讲解并演示,以后的几批同学均由他们上一组中的同学进行带教,老师只在一旁作指导[7]。这种方式使学生参与的机会更多,发现的问题也更多,学到的实践知识也更多,实验效果良好,得到同学们的认可。
实训是提高数控加工技术、综合验证数控加工能力的一个重要环节,这一环节要更加彻底的贯彻以学为主的教学方式,因为在这一环节,学生要将理论知识与实践加工得到完全结合,在实践中将所学知识融会贯通。实训时,老师布置加工任务.要求学生对所给的零件安排加工工艺路线,设定切削用量,从毛坯开始,编制合理的程序,独立完成整个零件的加工,并将加工精度控制在要求的范围内[8]。为尽量减少事故的发生,要求学生必须事先在仿真软件上验证加工轨迹,再上机床进行加工。通过独立完成整个零件的数控加工,学生系统地掌握了数控机床的操作和数控编程及加工知识。在安排实训课题时注意由浅入深循序渐进,注意知识点的覆盖,同时强调安全操作,养成良好职业习惯。
4结束语
在高等工科院校从精英教育悄然转变大众教育的背景下,教育也从理论研究型转为实践应用型。作为实践性较强的数控技术应用学科,走进大学课堂是近十年间的事,伴随着培养方向和教学重点的转型,必然需要持续的教学改革实施。本文在调研和教学实践基础上,提出合理调整课程设置、编写适用性实训教材、优化修订授课计划、拓展延伸讲解软件系统、以学为主的教学组织、加强实验实训环节等六条教改措施,希望与数控技术教学同行交流。
参考文献
[1]袁剑波.普通本科院校应用型人才创新能力培养研究[J].高等工程教育研究,2008.(2)
[2]陈德道.数控技术及其应用[M].国防工业出版社,2009
[3]黄克孝.构建高等职业教育课程体系的理论思考[J].职业技术教育,2004.(4)
[4]华丽娟.数控加工技术教学改革探讨[J].上海电机技术高等专科学校学报,2008,(6)
[5]于骏一.机械制造技术基础[M].机械工业出版社,2007
[6]李耀刚.本科大型实验教学的实践与探索[J].实验室研究与探索,2006,(2)
[7]叶佩青.综合性实验课程教学改革探索[J].实验技术与管理,2005,(2)
[8]徐宏海.数控加工工艺[M].化学工业出版社,2007