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摘 要：在本科“数控技术”的教学过程中，应用启发式教学法，融合科研成果，培养了学生自主学习能力；应用多媒体与网络技术等教学手段，构建了新型交互式教学模式；综合应用软件、半实物仿真与实际操作，建立了完善的实验教学环节。实践表明，教学改革取得了良好的效果，提高了教学水平和教学质量。
关键词：数控技术；教学改革
“数控技术”是现代制造技术的基础，它的广泛应用引起了制造业领域的重大变革。数控技术的水准和普及程度，已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。随着我国由制造大国向制造强国的转变，数控机床的普及率将会逐步提高，同时也拉动了对数控人才的需求。作为培养高层次、高素质人才的大学本科教学，为社会培养所急需的数控人才义不容辞。本科教学不同于高职高专等职业教育，是以培养学术型和工程型人才为目标，既要奠定坚实的理论与学术基础，又要具备一定的应用实践能力。这就要求授课教师能够熟练地运用各种教学方法和手段来激发学生的学习兴趣，提高教学质量。为此，哈尔滨工业大学的“数控技术”教学组对该课程进行了以多种教学方法和手段相结合的教学改革。
一、应用启发式教学法激发学生学习热情，培养自主学习能力
所谓启发式教学法，就是教师在教学过程中依据学习过程的客观规律和学生的认知结构，引导学生积极主动地获取和掌握知识的一种教学方法。在教学目标上，注重知识，但更强调培养思维能力，实现人的全面发展[1]。它不仅是一种教学方法，更是一种教学思想，教学原则和教学观。教师要根据课程教学目标、内容和学生的实际，灵活运用各种教学原则，充分调动学生的学习积极性，启发学生创新思维，引导学生分析问题和解决问题，更好地发挥学生为主体，教师为主导的作用。
1. 了解学生特点和知识结构
大学生朝气蓬勃，求知欲望强，对新事物接受能力强，学习积极性高，但也个性十足。如果不能激发其对课程的兴趣，对该课程的热情会很快衰退。
“数控技术”是传统的机械制造技术与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术及光电磁等多学科技术的融合，需要多学科的预备知识。因此，在开展教学活动前，必须要对学生前期的知识结构进行分析研究。我校机械专业学生的教学计划几经修订后，以前的先修课程，如“自动控制原理”、“机电控制系统”等已经不能在“数控技术”课程讲授前修完。针对学生知识储备不足的现状，我们修改了教学大纲和计划，对相关教学内容进行了补充。例如，在引入伺服控制系统之前，先将自动控制系统的基本原理进行了介绍。了解学生的特点和知识结构，并对教学大纲做相应的调整，为成功地应用启发式教学法提供了前提条件。
2. 课程内容与科研成果相结合，实施启发式教学
大学授课不能是简单、枯燥的知识传授，应该引导学生独立思考，进行所学知识的融合，这也正是启发式教学的主旨。但启发式教学绝不是课堂提问那么简单，重在培养学生通过思考获取知识，而思考的问题必须与课程的教学目标、教学内容相结合。在“数控技术”的授课中，我们将授课内容与教师的科研成果相结合，实施启发式教学。例如，当前微电子、计算机等技术发展神速，促进了数控技术的不断进步和发展。我们将我校正在研究的开放数控、STEP-NC（面向对象的新型数控编程数据接口国际标准）等成果介绍给大家，启发学生对数控技术发展方向和国内外数控技术差距的思考。又如，学生普遍对机器人技术比较感兴趣，我们将我校在机器人方面的科研成果引入课堂，启发学生思考机器人这种能自动执行工作的机器装置与课程所讲授的数控机床的区别，两者能不能进行融合。再如，在伺服系统一章，讲授了交流伺服相对于直流伺服的优越性，反过来启发学生思考当前直流伺服的发展方向和应用领域。
科研成果的引入，启发性问题的提出，促进了学生对知识的理解和思考。但思考的结果如何来体现？我们采用的是大作业的形式，将问题布置给学生。通过几届学生的教学实践表明，以大作业的形式来实施启发性教学，既培养了学生调研、分析、思考和解决问题的能力，又便于教师考核。
二、构建新型教学模式
多媒体教学是指课堂教学过程中，根据教学目标和教学对象的特点，通过教学设计，合理选择和运用现代教学媒体，并与传统教学手段有机组合，共同参与教学全过程，以多种媒体信息作用于学生形成合理的教学过程结构，达到最优化的教学效果[2]。为了提高多媒体教学的有效性，在“数控技术”多媒体授课的过程中我们遵循了以下几个原则：
1. 在应用多媒体课件授课时，避免板书内容的直接转移和教学内容的简单堆砌，重点放在传统教学模式无法形象化的知识点上。例如数控机床的自动换刀、自动装夹、对刀操作及光栅尺、编码器的工作原理等内容，应用影像或flash动画替代干巴巴的文字描述，可以使学生很容易理解相关知识点，达到良好的教学效果。
2. 在多媒体课件的制作上，力求重点突出，文字精练。包含章节的全部知识细节和大量文字的课件，容易引起学生的视觉疲劳也容易造成教师授课时照本宣科。课件的制作要小巧、方便、简捷，便于教师控制教学节奏，发挥教学艺术。
3. 综合应用多种多媒体软件，设计制作交互式课件。交互式课件的应用，可以引导学生在课堂上实现人机交互，从而活跃课堂气氛，提高教学质量。
随着计算机与通信技术的飞速发展，我国已进入网络时代。“数控技术”授课必须要顺应潮流、与时俱进，利用网络技术实现课堂外的交互式教学。我们利用网络实现教学的主要载体是教学网站。利用网站实现了教学大纲、教学内容的公开，教学资源和资料的展示，教师与学生的在线或离线交互。在网站上，我们提供和链接了许多对课程教学有益的教学资源，并针对学生学习时遇到的共性问题建立了专题。鼓励学生登录国外网站，利用世界范围的教学资源。采用BBS和留言板，了解和解答学生的疑问和困惑。另外，在课程授课过程中，我们还建立了“数控技术”QQ群，方便师生之间、学生之间的交流和沟通。
三、综合应用软件、半实物仿真与实际操作，提高实验教学水平 数控技术是一门理论与实践结合非常紧密的课程，数控技术的本科教学不但要求学生掌握丰厚的数控理论知识，还要求其学会基本的数控操作和编程技能。在讲授数控编程中坐标系、对刀、半径补偿、长度补偿等内容时，只有让学生实际操作一下数控机床，学生才会真正掌握和理解所学习的内容。但由于学校条件所限，数控设备少、学生多的矛盾突出。最初我们采用数控仿真教学来弥补实验设备不足的缺陷。数控仿真软件通过计算机的编程和建模，在计算机上实现了编程输入与数控加工的二维、三维仿真功能。其优点表现为用较低的成本熟悉数控机床的操作与编程过程，学生具有参与感和成就感，安全性和节约性较好[3]。但编程仿真软件无法让学生真正体会数控机床编程时的感受，无法对转速、进给量、刀具的形状等建立准确的感性认识。为了弥补纯数控仿真的不足，我校教师自主研发了数控编程半实物仿真系统，利用该系统学生可以实现在真正数控面板和界面的操作与编程，该系统于2005年获得国家级教学成果二等奖。无论是数控仿真软件还是半实物仿真系统都无法完全替代数控机床的实际操作和编程，利用有限的资金，我们立足高起点于2008年引进了一台全部采用直线电机的五轴高档数控机床，并自主开发了三轴、五轴开放式数控铣床各一台，用于实验教学。通过数控仿真软件、半实物仿真系统和高档数控机床相结合，大大提高了我校的数控实验教学水平。
通过上述的教学改革和实践，我校“数控技术”授课教师较为成功地完成了知识的传授和学生综合能力的引导，“教”与“学”在互动中实现了有机结合，激发了学生的学习兴趣，提高了出勤率，且增进了师生交流，融洽了师生关系，形成了一种良性循环。课程得到了学生的广泛认可和好评，教学质量明显提高，且被评为黑龙江省精品课程。但“数控技术”教学任重道远，授课教师要与时俱进，探寻科学的教学方法和手段，解决新时期面临的新问题，为培养新型创新人才而不懈努力。
参考文献：
[1] 罗必新，付冬梅. 对现代启发式教学的思考与展望[J]. 科学教育，2008，14(6): 1-3.
[2] 缪丽萍. 高校多媒体有效性问题探讨[J]. 黑龙江高教研究，2010，(6): 165-166.
[3] 陈为国. 虚拟仿真技术在数控加工编程教学中应用研究[J]. 制造业自动化，2009，31(6): 106-109.
[责任编辑：文和平]
关键词：数控技术；教学改革
“数控技术”是现代制造技术的基础，它的广泛应用引起了制造业领域的重大变革。数控技术的水准和普及程度，已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。随着我国由制造大国向制造强国的转变，数控机床的普及率将会逐步提高，同时也拉动了对数控人才的需求。作为培养高层次、高素质人才的大学本科教学，为社会培养所急需的数控人才义不容辞。本科教学不同于高职高专等职业教育，是以培养学术型和工程型人才为目标，既要奠定坚实的理论与学术基础，又要具备一定的应用实践能力。这就要求授课教师能够熟练地运用各种教学方法和手段来激发学生的学习兴趣，提高教学质量。为此，哈尔滨工业大学的“数控技术”教学组对该课程进行了以多种教学方法和手段相结合的教学改革。
一、应用启发式教学法激发学生学习热情，培养自主学习能力
所谓启发式教学法，就是教师在教学过程中依据学习过程的客观规律和学生的认知结构，引导学生积极主动地获取和掌握知识的一种教学方法。在教学目标上，注重知识，但更强调培养思维能力，实现人的全面发展[1]。它不仅是一种教学方法，更是一种教学思想，教学原则和教学观。教师要根据课程教学目标、内容和学生的实际，灵活运用各种教学原则，充分调动学生的学习积极性，启发学生创新思维，引导学生分析问题和解决问题，更好地发挥学生为主体，教师为主导的作用。
1. 了解学生特点和知识结构
大学生朝气蓬勃，求知欲望强，对新事物接受能力强，学习积极性高，但也个性十足。如果不能激发其对课程的兴趣，对该课程的热情会很快衰退。
“数控技术”是传统的机械制造技术与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术及光电磁等多学科技术的融合，需要多学科的预备知识。因此，在开展教学活动前，必须要对学生前期的知识结构进行分析研究。我校机械专业学生的教学计划几经修订后，以前的先修课程，如“自动控制原理”、“机电控制系统”等已经不能在“数控技术”课程讲授前修完。针对学生知识储备不足的现状，我们修改了教学大纲和计划，对相关教学内容进行了补充。例如，在引入伺服控制系统之前，先将自动控制系统的基本原理进行了介绍。了解学生的特点和知识结构，并对教学大纲做相应的调整，为成功地应用启发式教学法提供了前提条件。
2. 课程内容与科研成果相结合，实施启发式教学
大学授课不能是简单、枯燥的知识传授，应该引导学生独立思考，进行所学知识的融合，这也正是启发式教学的主旨。但启发式教学绝不是课堂提问那么简单，重在培养学生通过思考获取知识，而思考的问题必须与课程的教学目标、教学内容相结合。在“数控技术”的授课中，我们将授课内容与教师的科研成果相结合，实施启发式教学。例如，当前微电子、计算机等技术发展神速，促进了数控技术的不断进步和发展。我们将我校正在研究的开放数控、STEP-NC（面向对象的新型数控编程数据接口国际标准）等成果介绍给大家，启发学生对数控技术发展方向和国内外数控技术差距的思考。又如，学生普遍对机器人技术比较感兴趣，我们将我校在机器人方面的科研成果引入课堂，启发学生思考机器人这种能自动执行工作的机器装置与课程所讲授的数控机床的区别，两者能不能进行融合。再如，在伺服系统一章，讲授了交流伺服相对于直流伺服的优越性，反过来启发学生思考当前直流伺服的发展方向和应用领域。
科研成果的引入，启发性问题的提出，促进了学生对知识的理解和思考。但思考的结果如何来体现？我们采用的是大作业的形式，将问题布置给学生。通过几届学生的教学实践表明，以大作业的形式来实施启发性教学，既培养了学生调研、分析、思考和解决问题的能力，又便于教师考核。
二、构建新型教学模式
多媒体教学是指课堂教学过程中，根据教学目标和教学对象的特点，通过教学设计，合理选择和运用现代教学媒体，并与传统教学手段有机组合，共同参与教学全过程，以多种媒体信息作用于学生形成合理的教学过程结构，达到最优化的教学效果[2]。为了提高多媒体教学的有效性，在“数控技术”多媒体授课的过程中我们遵循了以下几个原则：
1. 在应用多媒体课件授课时，避免板书内容的直接转移和教学内容的简单堆砌，重点放在传统教学模式无法形象化的知识点上。例如数控机床的自动换刀、自动装夹、对刀操作及光栅尺、编码器的工作原理等内容，应用影像或flash动画替代干巴巴的文字描述，可以使学生很容易理解相关知识点，达到良好的教学效果。
2. 在多媒体课件的制作上，力求重点突出，文字精练。包含章节的全部知识细节和大量文字的课件，容易引起学生的视觉疲劳也容易造成教师授课时照本宣科。课件的制作要小巧、方便、简捷，便于教师控制教学节奏，发挥教学艺术。
3. 综合应用多种多媒体软件，设计制作交互式课件。交互式课件的应用，可以引导学生在课堂上实现人机交互，从而活跃课堂气氛，提高教学质量。
随着计算机与通信技术的飞速发展，我国已进入网络时代。“数控技术”授课必须要顺应潮流、与时俱进，利用网络技术实现课堂外的交互式教学。我们利用网络实现教学的主要载体是教学网站。利用网站实现了教学大纲、教学内容的公开，教学资源和资料的展示，教师与学生的在线或离线交互。在网站上，我们提供和链接了许多对课程教学有益的教学资源，并针对学生学习时遇到的共性问题建立了专题。鼓励学生登录国外网站，利用世界范围的教学资源。采用BBS和留言板，了解和解答学生的疑问和困惑。另外，在课程授课过程中，我们还建立了“数控技术”QQ群，方便师生之间、学生之间的交流和沟通。
三、综合应用软件、半实物仿真与实际操作，提高实验教学水平 数控技术是一门理论与实践结合非常紧密的课程，数控技术的本科教学不但要求学生掌握丰厚的数控理论知识，还要求其学会基本的数控操作和编程技能。在讲授数控编程中坐标系、对刀、半径补偿、长度补偿等内容时，只有让学生实际操作一下数控机床，学生才会真正掌握和理解所学习的内容。但由于学校条件所限，数控设备少、学生多的矛盾突出。最初我们采用数控仿真教学来弥补实验设备不足的缺陷。数控仿真软件通过计算机的编程和建模，在计算机上实现了编程输入与数控加工的二维、三维仿真功能。其优点表现为用较低的成本熟悉数控机床的操作与编程过程，学生具有参与感和成就感，安全性和节约性较好[3]。但编程仿真软件无法让学生真正体会数控机床编程时的感受，无法对转速、进给量、刀具的形状等建立准确的感性认识。为了弥补纯数控仿真的不足，我校教师自主研发了数控编程半实物仿真系统，利用该系统学生可以实现在真正数控面板和界面的操作与编程，该系统于2005年获得国家级教学成果二等奖。无论是数控仿真软件还是半实物仿真系统都无法完全替代数控机床的实际操作和编程，利用有限的资金，我们立足高起点于2008年引进了一台全部采用直线电机的五轴高档数控机床，并自主开发了三轴、五轴开放式数控铣床各一台，用于实验教学。通过数控仿真软件、半实物仿真系统和高档数控机床相结合，大大提高了我校的数控实验教学水平。
通过上述的教学改革和实践，我校“数控技术”授课教师较为成功地完成了知识的传授和学生综合能力的引导，“教”与“学”在互动中实现了有机结合，激发了学生的学习兴趣，提高了出勤率，且增进了师生交流，融洽了师生关系，形成了一种良性循环。课程得到了学生的广泛认可和好评，教学质量明显提高，且被评为黑龙江省精品课程。但“数控技术”教学任重道远，授课教师要与时俱进，探寻科学的教学方法和手段，解决新时期面临的新问题，为培养新型创新人才而不懈努力。
参考文献：
[1] 罗必新，付冬梅. 对现代启发式教学的思考与展望[J]. 科学教育，2008，14(6): 1-3.
[2] 缪丽萍. 高校多媒体有效性问题探讨[J]. 黑龙江高教研究，2010，(6): 165-166.
[3] 陈为国. 虚拟仿真技术在数控加工编程教学中应用研究[J]. 制造业自动化，2009，31(6): 106-109.
[责任编辑：文和平]