姜杰鳳 吳小濤 袁鴻斌 顧 勇

（杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，浙江 杭州 310036）

“新工科”建設(shè)號角已經(jīng)吹響，如“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識、“新工科”建設(shè)“天大行動”。國家正在實(shí)施“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列重大發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)厚、應(yīng)用能力強(qiáng)的工程科技人才［1-3］。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化作為典型的傳統(tǒng)工科專業(yè)正面臨著“新工科”建設(shè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。數(shù)控加工技術(shù)代表著機(jī)械制造的發(fā)展方向，作為“智能”制造的重要分支，是各高校機(jī)械專業(yè)及相關(guān)工科專業(yè)的核心課。目前，很多數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)模式不足夠合理，照本宣科的灌輸式教學(xué)，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，掌握知識不牢固，應(yīng)用創(chuàng)新能力差。數(shù)控技術(shù)方面的課程改革也在如火如荼地進(jìn)行著，體現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)（包含數(shù)控機(jī)床內(nèi)容）、數(shù)控工藝編程和數(shù)控機(jī)床調(diào)試和維修等課程［4-10］。在新工科建設(shè)和課程建設(shè)的背景下，數(shù)控機(jī)床需要進(jìn)行更加深入的教學(xué)改革。特別是有關(guān)于機(jī)械部分不僅是在教學(xué)內(nèi)容上，更應(yīng)考慮在教學(xué)方式上探索改進(jìn)。

1 問題和對策

筆者通過數(shù)控機(jī)床課程的幾年講授經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多問題，有幾個(gè)比較典型：①由于數(shù)控機(jī)床是一個(gè)復(fù)雜綜合的機(jī)電裝備，數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)的模塊區(qū)分不夠明確，辨識度低。②利用課本上的二維示意圖講解機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，很難引起學(xué)生的興趣，很多空間裝配連接關(guān)系較難讀懂，課堂上學(xué)生參與度低，教學(xué)效果不理想。③數(shù)控機(jī)床是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，許多機(jī)械機(jī)構(gòu)可以應(yīng)用在其他機(jī)電裝備上，而學(xué)生未能從數(shù)控機(jī)床中汲取應(yīng)用創(chuàng)新的營養(yǎng)，更難以做到學(xué)以致用。根據(jù)上述典型問題，對數(shù)控機(jī)床課程進(jìn)行教學(xué)改革，來探索新的教學(xué)形式：采用典型案例的模塊化教學(xué)方式，提高教學(xué)內(nèi)容辨識度；嘗試將“虛擬技術(shù)”（即三維軟件環(huán)境）引入到教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生參與度；并引入以應(yīng)用為導(dǎo)向的“現(xiàn)實(shí)”實(shí)驗(yàn)，拓展應(yīng)用范圍。最終，期望學(xué)生能夠真正掌握知識，提高能力，學(xué)以致用。

2 改革方案和內(nèi)容

本教學(xué)改革的實(shí)施方案如圖所示。首先，收集和整理典型機(jī)床資料，以數(shù)控車床和立式加工中心為典型案例，進(jìn)行模塊化劃分。其次，將教學(xué)內(nèi)容分為理論講解和“虛擬”操作。虛擬操作環(huán)節(jié)中，教師準(zhǔn)備二維圖紙，學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行三維造型裝配。再次，在實(shí)驗(yàn)方面，利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行直觀演示，利用自制的三坐標(biāo)進(jìn)給實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行綜合的應(yīng)用拓展。本課程改革以期達(dá)到教學(xué)內(nèi)容高辨識度、課堂學(xué)習(xí)高參與度、高應(yīng)用性的教學(xué)效果。

實(shí)施方案圖

2.1 教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)

將數(shù)控機(jī)床（機(jī)械部分）分為主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、自動換刀（機(jī)械手）系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)等幾個(gè)主要的模塊，進(jìn)行層次清晰地模塊化教學(xué)；具體以某數(shù)控車床和某立式加工中心為典型案例，將其分解為主傳動、進(jìn)給傳動、自動換刀等分系統(tǒng)各個(gè)模塊，為后續(xù)內(nèi)容講解，特別是“虛擬”操作打下基礎(chǔ)。

2.2 高參與度的虛擬操作

針對原來基本內(nèi)容全講解、學(xué)生參與度低的教學(xué)方式，探索內(nèi)容講解和“虛擬”操作并行的教學(xué)新模式。除實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)外，內(nèi)容講解和虛擬操作的比例為1∶1?！疤摂M”操作具體指利用計(jì)算機(jī)三維軟件（Solidworks、UG等）這一虛擬環(huán)境，以模塊化的典型案例為素材，學(xué)生參與操作，提高其積極性。以某數(shù)控車床的主傳動為例來講，教師適當(dāng)講解主傳動類型和主軸支撐等內(nèi)容；然后，由教師準(zhǔn)備主傳動關(guān)鍵零件（如箱體、主軸）二維圖紙并提供標(biāo)準(zhǔn)件（如軸承、螺釘?shù)龋┤S模型，學(xué)生來進(jìn)行關(guān)鍵零件的三維造型；最終，學(xué)生根據(jù)部件二維裝配圖完成主傳動部件三維裝配。

2.3 應(yīng)用導(dǎo)向的現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)

在內(nèi)容講解和虛擬操作的基礎(chǔ)上，增加應(yīng)用導(dǎo)向的“現(xiàn)實(shí)”實(shí)驗(yàn)。新購置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)用數(shù)控銑床，關(guān)鍵零部件裸露可見，配合車間數(shù)控車床和加工中心（相對封閉），可為學(xué)生提供直觀的演示實(shí)驗(yàn)。針對本課程已設(shè)計(jì)制造并搭建完成了三坐標(biāo)進(jìn)給實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可作為數(shù)控機(jī)床傳動知識的應(yīng)用，同時(shí)也可展示從軟件控制到電機(jī)再到機(jī)械整條線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生深刻理解機(jī)電一體化產(chǎn)品，為拓展應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

通過內(nèi)容劃分和整合，形成了層次清晰、模塊化的教學(xué)內(nèi)容體系；通過資料搜集和圖紙繪制，建立了適合學(xué)生虛擬操作的二維圖紙和三維模型庫；通過開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺，增加了應(yīng)用導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過以上課程“虛擬”和“現(xiàn)實(shí)”教學(xué)方式改革措施探索，提高了學(xué)生的課堂參與度，加深了對課程內(nèi)容的理解，為學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新打下了基礎(chǔ)。