李彤輝

（承德技師學院，河北 承德 067000）

數(shù)控技術(shù)是制造技術(shù)的核心部分，數(shù)控機床的加工過程需要數(shù)控程序進行機床操作，具有加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點。隨著我國中等職業(yè)教育學校的增加，普通高校的擴招等等因素，中等職業(yè)學校生源質(zhì)量的低劣化現(xiàn)象越來越普遍。特別是普教學校的競爭，進一步加劇了這種現(xiàn)象。從目前的情況來看，中等職業(yè)學校學生大多來自于初中、高中學生中的中下層，很大一部分學生理解能力不高，邏輯思維能力不強，而《數(shù)控編程操作》又是一門理論實踐結(jié)合強的專業(yè)課，如果按照常規(guī)課堂教學，效果非常不理想。因此，培養(yǎng)數(shù)控應用型人才已成為中等職業(yè)數(shù)控專業(yè)教育的重要任務。

1 數(shù)控實習教學的現(xiàn)狀

跟傳統(tǒng)的機械加工實習教學相比較，數(shù)控實習教學存在以下困難：①數(shù)控機床是一種機電一體化的機械加工設備，價格較之普通機床要昂貴得多，一臺中檔數(shù)控車床或數(shù)控銑床一般需二、三十萬，而數(shù)控加工中心更是高達幾十萬甚至上百萬數(shù)控機床的操作訓練若完全依賴數(shù)控機床進行實作訓練，投入大、消耗多、成本高。②再者，數(shù)控機床的系統(tǒng)多，型號多且更新較快，對學校而言是不可能將所有的系統(tǒng)配齊的，這樣經(jīng)常會出現(xiàn)學生在校期間所學的系統(tǒng)與工廠中不符的情況，使到了工廠后不能盡快適應機床，還需一段時間的培訓后才能進行生產(chǎn)。③并且，數(shù)控機床是自動運行的，學生在初學時，常常會由于在編程中的疏忽或操作中的失誤造成刀具或機床的損壞，甚至造人身危害。因此，為了解決上述問題，學校從2007年開始數(shù)控教學起，就嘗試使用宇龍數(shù)控仿真軟件，利用數(shù)控仿真軟件進行教學，計算機仿真運用到數(shù)控教學過程當中，進行真實場景的仿真操作，培訓學生的實際技能發(fā)揮了重大的作用，學校對數(shù)控專業(yè)的教學方法和教學模式進行探索，建立數(shù)控教學的新體系，把理論、仿真和實踐教學有機結(jié)合到一起。

2 數(shù)控仿真

數(shù)控仿真系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬實際機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真系統(tǒng)，應用于數(shù)控加工操作技能培訓，具有安全可靠、培訓費用低的優(yōu)點。數(shù)控仿真系統(tǒng)主要包括兩個部分：數(shù)控機床幾何仿真和切削過程的物理仿真。幾何仿真：模擬實際機床的加工環(huán)境，不考慮切削參數(shù)、切削力等對切削加工的影響，只仿真刀具工件幾何運動，檢查是否存在碰撞、干涉，驗證數(shù)控程序的正確性，避免因程序錯誤而導致的夾具刀具損壞、零件報廢等。物理仿真：通過仿真切削過程的動態(tài)力學特性來預測刀具磨損和破損、刀具振動，分析加工精度、加工過程的熱效應以及切削力作用下的系統(tǒng)彈性變形等，調(diào)整控制切削參數(shù)，從而達到優(yōu)化切削過程的目的。

幾何仿真包括硬件和軟件兩個部分。硬件仿真是指虛擬數(shù)控機床的幾何建模，虛擬數(shù)控機床與真實機床具有相似的結(jié)構(gòu)和完全相同的操作界面，能夠模仿機床的任何功能。軟件仿真主要是NC碼控制器模塊，它實現(xiàn)NC程序的編輯調(diào)試，通過加工仿真檢驗 NC代碼，對加工中可能出現(xiàn)的碰撞、干涉進行報警提示。

以承德技師學院使用的上海宇龍數(shù)控仿真軟件為例，雖然軟件中顯示的數(shù)控機床是一臺模擬的機床實體，但對于機床的系統(tǒng)面板和操作面板及操作按鍵是依照真實的數(shù)控機床，對機床的操作也和真實的機床基本相同，它可以實現(xiàn)對數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心對加工零件全過程的仿真。其中包括毛坯定義和安裝、夾具及刀具的定義與選用、零件基準測量和設置、數(shù)控程序錄入和編輯、手動、自動等操作模式。該軟件還擁有FANUC數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)等多種數(shù)控系統(tǒng)，具有多系統(tǒng)、多機床、多零件的加工仿真模擬功能。

3 將數(shù)控仿真軟件應用到數(shù)控教學中

無論是普通學歷教育，還是職業(yè)教育，都在積極探索、實施理論與實踐緊密結(jié)合的一體化教學，尤其是職業(yè)教育，受其自身的性質(zhì)、特征和培養(yǎng)目標的牽引和規(guī)定，展開了一體化教學改革。所謂一體化教學，簡單明了地說就是為了使理論與實踐更好地銜接，將理論教學與實習教學在單元教學時間里融為一體。其內(nèi)涵主要是打破傳統(tǒng)的學科體系和教學模式，根據(jù)職業(yè)教育培養(yǎng)目標的要求來重新整合教學資源，體現(xiàn)能力本位的特點，從而逐步實現(xiàn)了三個轉(zhuǎn)變，即從以教師為中心如何“教給”學生，向以學生為中心如何“教會”學生轉(zhuǎn)變；從以教材為中心向以教學大綱和培養(yǎng)目標為中心轉(zhuǎn)變；從以課堂為中心向以實驗室、實習車間為中心轉(zhuǎn)變。

“工作過程學習化，學習過程工作化?！币惑w化教學中的行動導向六步法，讓學生主動完成學習活動，教師只是指引者，實現(xiàn)教學到導學的轉(zhuǎn)變；行動導向教學法提倡提問和反思，以促進學生更深入地分析問題，檢驗先前提出的假設，提出多種解決問題的方案。行動導向課程有以下特點：

（1）按照工作的流程和環(huán)節(jié)設立學習單元。

（2）按照每一工作環(huán)節(jié)（學習單元）的工作：任務設立學習情境，組織學生學習。

（3）學生是學習的主體。①學生在“做”中學——行動課程的核心；②學生在探究中學；③學生在合作中學。

結(jié)合以上理念，針對虛擬數(shù)控仿真軟件的特點運用虛擬數(shù)控仿真軟件建構(gòu)了一種適合職業(yè)數(shù)控專業(yè)課程課堂教學的探究型學習模式，其模式圖如圖1所示。

圖1 數(shù)控專業(yè)課堂教學的探究型學習模式

該模式是基于行動導向項目學習的一體化教學思想，合作探究型學習模式，運用虛擬仿真軟件開展數(shù)控技術(shù)專業(yè)課程的項目探究教學，有利于實現(xiàn)理論與實踐一體化教學。在沒有虛擬仿真軟件的情況下，一個項目可能有多種解決方案，甚至還有的學生探究不出正確的方案，如果用真實的機床來檢驗，不但費時費料，還有可能造成安全事故。運用虛擬數(shù)控仿真軟件來檢驗，不但省時省料，十分安全，還能提示錯誤，解放了教師，學生自己就能知道自己的方案是否正確，不僅有利于探究型課堂的開展，也有利于學生實踐能力的提高。

該模式在自主探究、小組合作探究、小組成果展示階段以學生為中心，教師為引導者，促進學生和學習伙伴溝通，利用情景、合作、溝通會話等要素充分發(fā)揮學生的主動性、互動性和首創(chuàng)精神，最終達到學生知識意義構(gòu)建和創(chuàng)新的目的。在教師解疑、教師點評階段以教師為主導，教師是學生學習過程的指導者、解疑者、課堂主持人、意義建構(gòu)的幫助者 促進者，教師處于中心地位，學生處于傳遞、接受的學習狀態(tài)，學生在教師幫助下進行主動思考與探索，便于師生之間的情感交流，有利于系統(tǒng)的科學知識的傳授。

總之，將數(shù)控仿真軟件應用到數(shù)控的實訓教學中，充分發(fā)揮仿真軟件在教學中經(jīng)濟、科學、多樣并沒有安全隱患的優(yōu)勢，進行一體化教學設計，合理評價引導學生，提高學生的學習積極性，讓學生利用數(shù)控仿真軟件進行程序的編制、輸入、校驗等練習，同時可讓學生了解不同系統(tǒng)機床的操作方式，又可以提高教學效果。通過使用仿真，不但要讓學生更快、更好地掌握專業(yè)技能，而且還要培養(yǎng)學生學會自學、獨立解決實際問題等方面的能力，但要正確解決在運用中產(chǎn)生的問題，以便收到事半功倍的效果。

［1］章登霞，陳剛，沙琳.OPenGL在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中的應用［J］.山東理工大學學報（自然科學版），2007，21（1）：105-107.

［2］王啟義，葛研軍，施志輝，等.數(shù)控車虛擬加工環(huán)境全景仿真技術(shù)［J］.先進制造技術(shù)，2001，30（1）：39-40.

［3］王彪，張?zhí)m.數(shù)控加工技術(shù)［M］.北京：北京大學出版社，2006.

［4］徐曉昂.在數(shù)控技術(shù)專業(yè)中開展模塊化教學的的研究［J］.益陽職業(yè)技術(shù)學院學報，2009，（3）.