农业院校数控基础实验教学的研究

摘 要：数控机床编程与操作是机械类专业学生的一门重要的专业课程，数控基础实验是学生的必修实验课程，是实现理论与实践相结合的重要环节。本文对农业院校中的数控基础实验教学存在的重视程度不够、设备投入少等问题进行了研究，并以吉林农业大学工程技术学院机械设计制造及其自动化专业的学生为研究对象，为使数控基础实达到更好的效果，对一些教学方式进行了改进。

关键词：农业院校；数控；实验；研究

中图分类号：G642.4 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161032061

数控技术是用数字信息对机械运动和工作进行控制的技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点[1]。合格的数控类人才既要具备扎实的机械综合基础知识，还要具备娴熟的实际操作能力[2]。对于高校中的机械类专业学生来说，数控基础实验是一个夯实数控基础知识，提高动手能力的重要过程；农业院校中机械专业属于非重点学科，数控基础实验存在着重视程度不够、设备投入少等问题，如何使教学效果符合人才培养方案的目标，调动学生学习数控及机械专业知识的积极性、主动性[3]，是目前农业院校从事数控基础实验教学的教师需要认真思考的问题。

1 数控基础实验教学的特点

“实践出真知”。作为工科课程，只有理论知识的讲授不能满足人才培养方案的要求。数控基础实验作为数控机床编程与操作这门理论课的辅助教学内容，与其他课程的实验环节采取的方式基本一致，即以提高学生独立自主的创新实践能力为目标，以加深对理论知识的理解和提高学生的动手能力为目的，以实验教师的讲授和实验指导书的内容为依据，以学生的验证和实际操作为过程。

相比于理论课程，人才培养计划中给实验教学所安排的课时是比较有限的。数控基础实验的内容具有一定的代表性和应用性[4]，既要完成对重点理论编程知识的操作验证，又要指导学生综合运用机械类相关专业知识，进一步激发学生的思考能力和创新能力。因此，数控基础实验可分为验证性实验和综合性运用实验。数控系统都有一套编程的指令和方法，这部分的理论知识固定而且相对抽象，单纯依靠课堂上书本的讲授，无法使学生真正理解常用的手工编程方法和指令，最后将知识的学习停留在机械式的死记硬背上，验证性实验可通过操作机床对一些编程指令进行实际验证，帮助学生加深对理论知识的理解与掌握。

数控机床编程与操作是一门学科融合性很强的理论课程，需要通过数控基础实验将相关自动编程软件综合运用，包括：计算机辅助设计软件，二维设计使用的AutoCAD软件、三维实体设计的Solidworks、Pro-E软件等；计算机辅助制造软件，数控车床应用较多的Mastercam软件、数控加工中心应用较多的UG软件等。同时在编程与操作过程中还会运用到其他机械类专业知识，例如：画法几何及机械制图，机械设计、互换性与测量技术等。通过对各门课程的综合性运用的实践，可以提高学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，

一些先进制造技术的应用现状和发展前景需要在数控基础实验中向学生进行一定的介绍和讲解，例如：3D打印技术、先进钣金成形技术、先进精密切割技术等。通过介绍和讲解，使学生及时了解前沿科技，拓宽学生的知识面和视野。

2 数控基础实验教学存在的主要问题

2.1 对教学的重要性认识及设备投入不足

在农业院校中坚持以农为优势和特色，涉农专业属于学校优先发展和扶持的学科，有限的教学、科研经费必然会向这些学科倾斜，工科专业与学校其它涉农专业可共享的资源很少，学校发展的领导者与决策者们自然对于工科专业重视程度不足，导致工科类专业的发展基础很薄弱、发展缓慢[5]。有限的资源更多分配给理论课程，对于课时量安排很少的实验的重视程度更是不足，甚至有的任课教师对于实验课程采取了“太麻烦了就不上了”、“反正期末考试还是以试卷成绩为主，又不是实验成绩”的消极态度。

在许多开设工科专业的农业院校中，由于数控基础实验室的建设和相关数控设备的投入所需经费额度很大，为了完成人才培养方案的最低要求，仅配置了一些档次较低的经济型数控机床作为实验设备[6]，数量很少、档次很低，导致实验课学生都是以“看”和“听”为主，动手操作数控设备的机会很少甚至没有，实验课变成了“实验室中的理论课”；大型、复杂的数控设备及先进制造技术涉及到的设备在农业院校的数控实验室中更是空白，学生面临着校内实验设备仅能满足简单实验需求，校外无合适的实训基地，没有机会接触到最先进的数控技术的尴尬局面，更别说发挥学生的创造性。最终导致农业院校中工科类专业的学生在日后的就业和继续深造中同很多工科院校毕业的学生相比存在明显的劣势和差距。

2.2 教学内容陈旧，教学方式单一

重课堂教学，轻实验教学的观念依然严重，加之数控实验设备数量的严重不足、档次的参差不齐。一些教师将本应更多进行实际操作的实验变为演示实验，在实验室出现最多的情景是老师一个人操作机床讲授，学生围在设备四周听，一些学习主动性强的学生会努力跟着老师的思路学习，而一些本来对理论知识就掌握不好的学生就会自己走开不再听老师的讲授，致使实验课在学生心中可有可无。

实验按照过时的实验指导书进行，内容陈旧、形式单一，缺乏对学生掌握数控技术知识和技能的连贯性、系统性的能力锻炼。实验教学的效果仅仅停留在为更好地掌握书本上的理论知识服务的层面上，没有根据生产单位对于数控乃至机械类人才的实际需求来把握和改进数控基础实验。实验方法和内容缺乏创新性，没有设置综合运用数控设备的实验，没有根据学生的需要自主开发的实验，缺少对学生掌握数控类知识兴趣度的培养，缺少对学生独立思考和创新能力的培养。

2.3 教学与生产实际及新技术发展相脱节

数控基础实验教学中很多设置的实验项目与生产实际脱节，与目前生产单位采用的最新进技术差距很大。

学生所完成的实验内容和操作的机床很多都还是几年前甚至几十年前的老技术、老设备，由于缺少对于生产环节实际过程的了解与认识，缺少具有实际生产经验的教师的指导，缺少操作和熟悉较先进数控设备的机会，导致学生在进行完数控基础实验课程后只会机械式的将实验课的内容操作下来，而不是真正掌握如何利用数控设备进行机械加工，时间久了对于学习过的知识越来越生疏，并且无法在毕业之后立即转换角色投入到新的工作岗位。

3 实验教学的改革措施

3.1 提高对数控基础实验的认识程度

提高对数控基础实验的认识程度应从学校领导、教师和学生3个主体来进行。

学校包括学院领导作为学科建设的领导者和决策者，应认识到工科专业对于提升学校的综合实力和竞争力的关键作用，对数控专业同其他涉农专业的融合进行探讨，为数控专业的发展争取更多的政策和资金支持，加大对实验设备投入的力度；适当增加数控基础实验的学时，加强对实验教学的检查与督导力度，将实验课作为考核教师教学水平及评聘职称的重要依据。

教师作为实验课程的讲授者和安排者，应首先重视数控基础实验的重要性和必要性，改变以前重理论、轻实验的意识；提高自己的业务能力，注重对前沿科技的领悟与学习，并将这些内容合理地设置到实验教学中，加强对实验指导的深度和广度；重新修改和完善实验指导书的内容，对不再适应现在课程的内容要坚决拿掉。

学生作为实验课程的学习者，应改变以前对于实验成绩无所谓的态度，通过加大实验成绩在学生最终学业成绩中的比重促使学生重视实验课程；同时积极参与各类实践、大学生竞赛活动，通过成绩的取得让学生真正体会到数控基础实验的重要性，培养他们对于实验课程的主动性、积极性，进而提高学生的动手操作能力和机械综合设计能力。

3.2 争取资金扶持，合理购置设备

吉林农业大学工程技术学院工程训练中心数控基础实验室近年来根据学生实验课程包括金工实习的实际需要，积极争取中央和地方财政的实验室建设专项资金，有计划、有步骤地购置、换代了一批数控操作设备，主要包括：5台配有FANUC0i mate-TD数控系统的CAK4850di数控车床，1套HNC-21wx（CAK3665SJ）数控车床及专用量具和专用工装，1台XKA714数控铣床，1台D7130电火花成型机、1台工业级快速成型机。

这些设备的陆续使用暂时缓解了数控实验设备不足的局面，基本保证了机械专业学生数控基础实验的要求，但也要看到所购置的数控设备的种类、数量、质量相比于工科院校还有差距，大型、复杂的数控设备及先进制造设备是今后利用专项资金的主要购置方向。

3.3 利用新技术改进实验授课方式

运用多媒体技术将数控基础实验室现有数控设备和无法购置的数控设备以图片、视频、动画演示等方式向学生加以讲解[7]，有效弥补了因设备缺失而导致的某些数控实验项目无法开展的弊端。通过一些有关先进制造技术的内容的介绍，很好地激发学生对于数控技术和数控机床的兴趣，例如在实验课中带领学生观看德国DMG数控车削中心等先进机床加工复杂工件的视频；利用PowerPoint、Frongtpage等相关软件制作的有关实验过程的“微课”，使学生觉得实验课程不枯燥，能够主动跟随老师的思路完成实验内容。

注重数控加工模拟仿真系统的合理使用。数控加工仿真系统是一套基于虚拟现实的仿真软件，采用计算机技术制作的“虚拟设备”来增强学生的实践操作能力。目前， 比较常见的数控仿真教学软件有宇龙 VNUC3.0、联高VNUC、天傲 TNS- Ver 2.0等，这些软件都能够实现对数控加工全过程的仿真[8]。数控仿真系统的合理使用可以一定程度上改善数控设备数量不足的局面。

运用新媒体技术：包括微信、微博、手机客户端等手段，加强老师与学生之间的沟通，如果学生在理论课学习、实验课学习过程中存在什么疑问可以通过QQ群、微信群等手段进行沟通，将实验教学延伸至课外；通过让学生添加微信、微博、客户端当中的一些公众号，例如微信中的“金属加工”、“数控达人”等，可以及时获知最前沿的数控技术和相关资料，这样学生不出校园便可对数控技术的前沿领域有一定的了解和认知。

3.4 加强实验室的开放程度，积极联系校外实习基地

数控基础实验室的设置以及数控实验设备的购置不仅是为了学生进行实验而服务的，在完成好实验课程的基础上，面向机械类乃至全校师生开放，为学生参加各种实践活动、参加各种全国级、省级比赛、参与相关教师的科研课题提供平台。同时，也注重同学校其他学院的联系，在相关项目上寻找学科融合的契机，实现共同发展。例如同吉林农业大学信息技术学院进行合作，完成“EPS板材切割机”等项目的制造及结题等相关工作。

此外，工程技术学院机械设计制造及其自动化专业的学生还有4周生产实习的机会，学校先后联系了长春第一汽车集团、长春第二机床厂、长春拖拉机（集团）有限公司等一批企业建立校外实习实训基地，为学生接触实际生产提供了便利条件。

4 结束语

在数控基础实验教学的几年时间里，这些针对于数控基础实验的教学方式的改进措施正在逐步执行与深入，通过与广大学生（特别是机械设计制造及其自动化专业）接触，他们对于数控技术和数控机床都体现出了非常浓厚的学习兴趣，只要做好相应的工作，将会更好地完成人才培养方案的相关要求，为学生后续课程的学习及今后的发展奠定良好的基础。近年来，吉林农业大学工程技术学院的学生在全国大学生机械创新大赛、全国大学生金工技能大赛等一系列比赛活动中取得了国家级一等奖1项，省级一等奖和二等奖若干项的优异成绩，很多参赛作品的制作都是学生在实验室由指导教师的指导下利用数控加工设备独立完成的，这些成绩的取得也会使学校相关领导更加重视实验室的建设，为实验室的逐步完善提供积极扶持。

参考文献

[1]张杨林.我国数控技术的进展及发展趋势[J].轻工机械，2006（2）：6-8.

[2]韩建海，胡东方，杨丙乾.数控技术实验教学改革探讨[J].实验科学与技术，2007（10）：109-112.

[3]田耘，杨亚洲，郭颖杰，潘世强.农业院校工科类学生创新型人才培养的研究与实践[J].吉林农业大学高等教育研究，2013（3）：30-32.

[4]宋玉梅，孔令波，王颖淑.数控实验教学初探[J].长春大学学报，2000（6）：74-75.

[5]杨亚洲，赵丽萍，徐杰.农业院校工科专业人才创新能力培养的途径研究[J].学理论，2011（30）：189-190.

[6]韩建海，胡东方，杨丙乾.数控技术实验教学改革探讨[J].实验科学与技术，2007（10）：109-112.

[7]孔晓玲，尹成龙，王睿，周洁，朱林，杨义.多媒体技术在金工实习中的应用[J].高等农业教育，2007（12）：62-64.

[8]田子欣，解金榜.仿真模拟技术在数控实践教学中的应用[J].安阳工学院学报，2007（1）：157-159.

作者简介：郭洪宇，硕士研究生，吉林农业大学助理实验师；李士军，教授，硕士研究生导师，吉林农业大学信息技术学院院长。