朱益利,張建生

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇常州213002)

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電氣工程專業(yè)“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”教改研究與實踐

朱益利,張建生

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇常州213002)

摘要：為培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，電氣工程專業(yè)開設(shè)“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”課程作為大四學(xué)生的一門綜合性選修課，以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，提高學(xué)生就業(yè)競爭力。傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容及模式難以適應(yīng)電氣類學(xué)生的需求，針對這一問題從教學(xué)內(nèi)容、校企合作、教學(xué)團隊、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行了一系列教學(xué)研究與改革，實踐表明改革是行之有效的。

關(guān)鍵詞：學(xué)生培養(yǎng)；電氣工程；數(shù)控技術(shù)；教改

電氣工程及其動化專業(yè)為常州工學(xué)院第1批承辦的本科專業(yè)之一。自辦學(xué)以來，本專業(yè)確立了“以區(qū)域微特電機制造和電力及能源裝備制造兩大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)為背景，培養(yǎng)適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需求、具有較高的崗位競爭力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)的應(yīng)用型電氣工程技術(shù)人才”的專業(yè)定位，致力于培養(yǎng)能夠從事電氣產(chǎn)品的研制開發(fā)和電氣系統(tǒng)試驗分析、運行維護、技術(shù)管理并具備良好綜合素質(zhì)的應(yīng)用型本科人才。

迄今為止，已經(jīng)培養(yǎng)電氣工程類應(yīng)用型本科人才1 500余名。經(jīng)過10多年的建設(shè)與發(fā)展，本專業(yè)取得了一系列理論與實踐成果，綜合實力排名在國內(nèi)同類高校中位居前列。為培養(yǎng)社會急需的應(yīng)用型人才，應(yīng)用型本科院校必須深入地開展各項教育教學(xué)改革[1]。順應(yīng)《中國制造2025》的行動綱領(lǐng)，結(jié)合常州產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，為培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才，學(xué)校在電氣工程專業(yè)開設(shè)了“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”課程。

1存在的問題

目前，學(xué)校擔(dān)任電氣工程專業(yè)“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”教學(xué)任務(wù)的老師大多是按照傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，其中數(shù)控手工編程部分(加工程序的編制)占用了大量學(xué)時，且大多停留在理論知識。由于電氣工程專業(yè)學(xué)生缺乏機械學(xué)科相關(guān)知識，對機械加工制造理解較為困難，不能消化課上所學(xué)知識。教學(xué)內(nèi)容偏離了電氣工程專業(yè)設(shè)置該課程的初衷——鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)電氣方面知識的能力[2-3]。

2改革措施

2.1修改教學(xué)大綱，調(diào)整上課內(nèi)容

“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”是介紹數(shù)控機床控制原理和數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用的一門綜合性課程，不僅具有較強的理論性，同時具有較強的實踐性[4]。課程以數(shù)控機床為研究對象，研究數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理、組成部分以及其在數(shù)控機床上的應(yīng)用。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)控機床的基本組成、數(shù)字控制技術(shù)的基本原理和方法，學(xué)會數(shù)字控制系統(tǒng)的組成部分和基本設(shè)計方法。

考慮到電氣工程專業(yè)學(xué)生特點，應(yīng)減少加工程序的講解內(nèi)容，以了解為主。將教學(xué)重點放在數(shù)控系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計方面：①數(shù)控插補原理。通過對脈沖增量插補算法、數(shù)據(jù)采樣插補算法、逐點比較法插補原理、數(shù)字積分插補原理、數(shù)據(jù)采樣插補原理的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握數(shù)控加工編程指令是如何通過計算機系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為實際運動指令的過程；②開環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)、開環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理、步進(jìn)電動機及其性能指標(biāo)、脈沖驅(qū)動電源、脈沖分配與速度控制、傳動間隙及傳動誤差、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)軟件的內(nèi)容及速度控制、步進(jìn)電動機環(huán)形分配程序、步進(jìn)電動機自動升降速程序、傳動間隙及傳動誤差軟件補償程序等知識，使學(xué)生掌握開環(huán)伺服執(zhí)行機構(gòu)的基本原理；③閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)、直流電機伺服系統(tǒng)、交流電機伺服系統(tǒng)，使學(xué)生熟悉閉環(huán)伺服執(zhí)行機構(gòu)的基本原理；④人機交互界面的設(shè)計與開發(fā)，使學(xué)生熟悉數(shù)控機床人機交互界面的開發(fā)流程；⑤數(shù)控機床中的位置檢測裝置，使學(xué)生掌握數(shù)控機床中常用傳感器的基本原理及使用方法；⑥主軸及其它輔助功能的實現(xiàn)，使學(xué)生掌握PLC及相關(guān)電氣控制知識如何應(yīng)用到數(shù)控機床中；⑦新型磁懸浮電主軸的基本原理及設(shè)計思路，開闊學(xué)生的視野，綜合運用所學(xué)過的“電裝制圖”“自動控制”“數(shù)字電路技術(shù)”“模擬電路技術(shù)”“傳感技術(shù)”“電力電子技術(shù)”“電機原理”“單片機原理”等課程知識。

2.2校企合作，提升教學(xué)質(zhì)量

1)與相關(guān)企業(yè)合作。聘請企業(yè)方面的專家進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，建立穩(wěn)定團隊合作機制，充分利用社會資源。在教學(xué)計劃制定、教學(xué)大綱修訂、校企師資互動、實驗實訓(xùn)項目等方面，與企業(yè)開展全方位合作，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

2)充分利用教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃高校學(xué)科專業(yè)”這一平臺，以“校代表制度”形式與企業(yè)開展深度合作，選拔優(yōu)秀的骨干教師作為校代表，負(fù)責(zé)學(xué)校與企業(yè)的聯(lián)系與溝通，把握社會最新需求，促進(jìn)課程建設(shè)調(diào)研的常態(tài)化，根據(jù)每一年的調(diào)研情況，調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容。

3)定期邀請企業(yè)技術(shù)人員來校，開展與課程相關(guān)的專題講座。課程教學(xué)中，實行“雙導(dǎo)師制”，由校內(nèi)導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同指導(dǎo)，吸引學(xué)生進(jìn)入開放實驗室開展課程相關(guān)的一些實踐活動，讓學(xué)生有目的地學(xué)習(xí)。

4)完善和企業(yè)合作的新技術(shù)應(yīng)用推廣制度。通過教師與工程技術(shù)人員在技術(shù)項目和專業(yè)教學(xué)中的合作，及時吸納與畢業(yè)生就業(yè)崗位工作項目相關(guān)的新技術(shù)內(nèi)容，保證課程內(nèi)容的及時更新。

2.3打造教學(xué)團隊

通過以下一系列舉措，優(yōu)化教學(xué)團隊的結(jié)構(gòu)，提升理論水平和實踐能力，造就一批教學(xué)名師和優(yōu)秀教學(xué)團隊。

1)組建數(shù)控課程教學(xué)團隊，遴選教學(xué)團隊帶頭人。充分發(fā)揮教學(xué)名師的引領(lǐng)示范作用，開展“名師公開課”“資深教師示范課”等活動，加強教學(xué)研究，打造優(yōu)質(zhì)課堂。

2)健全老中青傳幫帶機制，實行新開課、開新課試講制度。鼓勵教師多前往企業(yè)，了解企業(yè)需求，以合作企業(yè)為依托，選派骨干教師掛職鍛煉。

3)以產(chǎn)品開發(fā)為紐帶，推行教師柔性進(jìn)駐企業(yè)政策；以交流服務(wù)為推手，實施教師職業(yè)培訓(xùn)計劃。

4)以項目申報為載體，校企共同培養(yǎng)“雙師型”教師。

2.4積極探索新教學(xué)方法

考慮到數(shù)控技術(shù)具有較強的工程應(yīng)用背景，在“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”的教學(xué)過程中，應(yīng)綜合運用案例教學(xué)、技能訓(xùn)練式教學(xué)、工程項目式教學(xué)、討論式教學(xué)等多種方法[5]。

課前，教師通過思考題或案例激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。

課堂教學(xué)中，根據(jù)重點難點、實際應(yīng)用和拓展內(nèi)容分別采用“帶著學(xué)”“看著學(xué)”和“自己學(xué)”模式，實現(xiàn)互動式教學(xué)。教師運用多種現(xiàn)代化教學(xué)手段，對重要知識點進(jìn)行漸進(jìn)式講授和驗證，學(xué)生從定性理解到定量掌握，實現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)。

課后，學(xué)生自主訓(xùn)練，鞏固提高所學(xué)知識，教和學(xué)的目的性、針對性更強，實現(xiàn)反饋式教學(xué)。

2.5加大實踐教學(xué)建設(shè)

1)豐富數(shù)控仿真加工方面的實踐內(nèi)容。在插補原理部分，引導(dǎo)學(xué)生使用編程開發(fā)軟件(如Matlab和VC等)開發(fā)數(shù)控插補程序，使學(xué)生在掌握數(shù)控插補原理的基礎(chǔ)上，熟悉計算機編程開發(fā)的基本流程。

2)在手工編程部分，引導(dǎo)學(xué)生使用宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，更加形象、直觀地學(xué)習(xí)數(shù)控編程基本規(guī)則和機械加工過程。

3)在電控系統(tǒng)設(shè)計部分，引導(dǎo)學(xué)生使用斯沃?jǐn)?shù)控仿真系統(tǒng)，搭建虛擬數(shù)控機床的電控系統(tǒng)，綜合運用所學(xué)的電氣相關(guān)知識，并熟悉虛擬仿真的基本流程。

4)開發(fā)綜合性和開發(fā)性實驗，加強數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)實驗室建設(shè)，如開放式計算機數(shù)字控制系統(tǒng)、數(shù)控交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器、綜合應(yīng)用實驗裝置(可以設(shè)控制器、伺服電機、電動刀架、主軸驅(qū)動等常用數(shù)控電氣方面的實驗)。

2.6加大課程資源建設(shè)

組織教師開發(fā)數(shù)控網(wǎng)絡(luò)課程平臺，平臺將動畫演示、仿真軟件、虛擬實驗3種現(xiàn)代化教學(xué)手段有機結(jié)合，提供了豐富的素材內(nèi)容和類型，以彌補理論脫離實際的問題，使深奧的理論變得生動易懂，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣、增強了學(xué)習(xí)的目的性。

開發(fā)的主要資源包括：①數(shù)控機床設(shè)計和使用的一些操作規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；②機械加工行業(yè)中的一些規(guī)范和工藝流程等；③各類現(xiàn)代化機床的工作原理及相關(guān)介紹；④企業(yè)實際生產(chǎn)過程的一些錄像或圖片；⑤收集數(shù)控機床相關(guān)的一些機械機構(gòu)的三維數(shù)字化模型；⑥柔性化生產(chǎn)線的設(shè)計規(guī)則等；⑦相關(guān)企業(yè)主持過的項目案例及相關(guān)培訓(xùn)教程等；⑧課程相關(guān)實踐指導(dǎo)書等。

另外,為便于學(xué)生對所學(xué)知識的練習(xí)、自查、鞏固，教師及時了解學(xué)生對知識的掌握情況，開發(fā)了基于VB的課程自助考試系統(tǒng)。系統(tǒng)界面清晰，操作方便，學(xué)生可以方便地進(jìn)行習(xí)題練習(xí)、課程考試等，教師可以對試題進(jìn)行錄入、刪除、修改、查詢等操作，可以通過手動和自動2種方式進(jìn)行組卷、查詢、分析等。

2.7考核內(nèi)容和方法的改革

在建好綜合實驗基地的基礎(chǔ)上，嘗試考試方法的新評價系統(tǒng)。教學(xué)過程中，學(xué)習(xí)效果的評價方式從單純的理論考試和僅以考試成績評價學(xué)生的傳統(tǒng)做法，向以考試為主、結(jié)合學(xué)習(xí)過程考核的多樣化考試方式轉(zhuǎn)變。一方面，注重學(xué)習(xí)過程的控制，注重對學(xué)生操作能力與知識運用的評價與考核，考核方式的多元化和多維化使學(xué)習(xí)評價更為準(zhǔn)確客觀。另一方面，讓學(xué)生更多地參與到企業(yè)的具體生產(chǎn)流程中或者具體的設(shè)計開發(fā)任務(wù)中，根據(jù)不同階段以完成工程項目的方式實現(xiàn)對學(xué)生實踐動手能力和解決實際問題能力的評價。例如，讓學(xué)生設(shè)計數(shù)控機床的電控系統(tǒng)，并驗證設(shè)計方法的可行性，以設(shè)計報告形式提交。

采用實驗測試、現(xiàn)場答辯、教考分離等多種形式，來檢測學(xué)生對知識點、能力點的掌握程度。在考試內(nèi)容方面，強化知識的綜合應(yīng)用能力(如數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn))，弱化機械加工編程等內(nèi)容。加大實踐考核在總成績中的比例，通過網(wǎng)絡(luò)考核、實踐操作考核等多種形式進(jìn)行考試方法的改革，改變學(xué)習(xí)效果評價方式，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

每學(xué)期組織學(xué)生參加教學(xué)座談會和網(wǎng)上評教，院系領(lǐng)導(dǎo)堅持隨堂聽課制度，共同對教師的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評價與監(jiān)控。

3結(jié)語

通過對電氣工程專業(yè)中“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”教改研究與實踐，充分調(diào)動了學(xué)生積極性、主動性、創(chuàng)造性，不僅使學(xué)生能掌握“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用”課程的基本理論、基本知識和基本技能，而且鍛煉了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。教學(xué)實踐表明，這一系列行之有效教學(xué)改革切合了電氣類學(xué)生的實際需求，取得了良好的成效。

[參考文獻(xiàn)]

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[4]趙亮.淺談應(yīng)用型本科數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置與教學(xué)方式的改革[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報,2012(2)：59-60.

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責(zé)任編輯：周澤民

Teaching Reform and Practice of ″Numerical Control Technology″ Course for Electrical Engineering Majors

ZHU Yili,ZHANG Jiansheng

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

Abstract：In order to cultivate students′ practical ability of applying knowledge comprehensively,the course of numerical control technology application has been set up as an optional course for senior students majoring in electrical engineering so as to improve their employment competitiveness.The traditional teaching contents and mode for the numerical control technology course cannot meet the requirements of students.To solve this problem,a series of teaching reforms and researches have been carried out from aspects like teaching content,school-enterprise collaboration,teaching team,teaching methods and assessment methods,which is proved to be effective.

Key words：student cultivation;electrical engineering;numerical control;teaching reform

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671- 0436(2016)01- 0082- 03

作者簡介：朱益利(1987—)，男，博士，講師。

基金項目：常州工學(xué)院課程建設(shè)項目(A3-4401-14-072)

收稿日期：2015-12-18

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.01.018