中等职业学校数控专业仿真教学方法研究

王德强　郭炯

摘 要：随着CNC、CAM/CAD等先进技术的发展，我国装备制造业的发展速度也在日益加快，社会对数控技术的需求也推动了广大中等职业学校对数控应用技术的高度关注，但多数中等职业学校因受到硬件设施、师资力量、教学安全等因素的限制，实操训练难以开展，因此仿真教学应运而生，在中等职业学校被广泛应用。

仿真教学就是用电脑来模拟真实自然现象或社会现象，学生模拟扮演某一角色进行技能训练的一种教学方法，从概念来看仿真教学的本质还是教学方法，因此在具体实施过程中，必须从实施准备和实施过程两个方面充分考虑各种可能性，最终得出最优结果。

1 数控专业开展仿真教学的必要前提条件

1.1 硬件设施

基于斯沃数控仿真软件的数车仿真教学，必须以计算机为载体，利用仿真软件的模拟效果对学生进行训练。因此在教学硬件设施方面必须达到以下几点要求：一是作为仿真训练的载体和教学实施主要场所，必须有一间由投影仪、计算机、视频展示台、中央控制系统等现代化教学设备组成的虚拟仿真实验室；二是为了使仿真训练达到更好的效果，在教学过程中将虚拟环境与现实环境进行对比，还应具备一定数量的数控车床，随时方便学生将仿真训练和现实环境进行对比。

1.2 学生

第一、仿真教学做为中等职业学校数控车专业的一个教学环节，是学生所掌握的理论知识转化为技术能力的关键环节，因此，要求学生具备一定的理论知识水平，而且这些已经掌握的理论知识必须具备这样几个特点。一是全面，以数控车专业阶梯轴的加工为例，要想完成一次车削加工，学生必须全面掌握机械制图、金属工艺、加工工艺、尺寸计算、公差配合、机床工作原理等基础性理论知识，将所有这些理论知识综合运用在一起才有可能完成一次零件加工任务，因此在仿真训练过程中学生对制图、金属、工艺等方面理论知识的掌握缺一不可。二是准确，为了顺利完成一次零件加工任务，无论是在虚拟环境内的仿真加工还是在现实环境中实际操作，都必须要求操作者所掌握的理论知识100%准确无误，否则都将对加工过程产生致命的影响，例如，如果学生在本次实验教学中，对45#钢的金属性能把握不够，那么在刀具选择、切削用量、切削速度三个方面将产生致命的错误，在实际操作中将会发生断刀、飞刀、工件报废等严重后果，在仿真训练中软件将会自动停止，甚至直接导致整个训练彻底失败。

第二、数控车仿真教学作为一项技能训练，在训练过程中多数情况都是模拟实际工作场景中，几个学生一组，分工合作共同完成某项复杂工作任务，这需要学生具有一定的团队合作能力，在面对复杂问题时要有发现、分析和解决问题的能力，当然这些能力可以通过仿真训练逐步强化，但学生在进入仿真训练前必须已经具有一定的基础，否则强化将无从谈起。

第三，在进行复杂轴类零件仿真加工训练时，为使训练取得更好的效果，学生需要对训练核心内容数控车床具有一定的了解。一方面是对车床工作模式的熟悉，学生需要先进行一段时间的普车加工训练，全面掌握车床的工作原理和工作任务范围，另一方面学生要对数控车床外形、操作面板等基础性内容有所了解。

1.3 教师

中等职业学校数控车床仿真教学受其特殊性的影响，对教师提出了更高的要求。在仿真训练中，学生首次将所掌握的理论知识转化为技术能力，因此作为整个训练的主导者，必须具有相当高的综合素质。一是作为一门综合性技能训练课程，老师对有关理论知识的掌握必须高于学生，不仅要做到全面、准确，还要做到能够熟练应用。二是基于斯沃数控仿真软件的中职数控车仿真训练作为一项新兴高科技教学手段，要求教师必须能够熟练运用计算机、投影仪等各种先进的教学辅助设施，能够熟练操作斯沃数控仿真软件，可以快速处理对训练过程出现的软件设置错误、操作不当造成软件失灵等问题。三是在仿真训练过程中，学生多数时间将处于自主操作练习的状态，为保证每位学生都可以达到一定的训练效果，教师必须做好课前学情分析，至少掌握80%左右学生的理论水平和能力水平，这样才有可能在有限的训练时间内做到较为全面的因材施教，提高学生的仿真训练效果。

2 数控专业开展仿真教学基本方法

根据中等职业学校教学目标和中职数车专业培养目标，我认为中职数控专业仿真教学的实施必须围绕理论知识向技术能力转化为核心，以满足实操训练需求为主要目的，使学生能够熟练运用已掌握的理论知识解决实际操作中的问题。因此中职数控仿真教学目标具体表现为以下几点：一是能够熟练运用当节训练的核心理论内容，解决实际操作问题。二是能够用已经学过的理论知识解释仿真训练中所观察到的各种现象。三是综合运用已经掌握的理论知识和技术能力，完成某一零件的模拟加工。四是通过仿真训练，熟悉数控车床操作方法和规范，能够及时发现并停止可能造成任务失败和有一定安全隐患的错误操作。为了顺利完成这些教学目标并全面发挥仿真软件在教学中的特殊效果，必须具体实施教学过程中，必须在不同的阶段运用不同的方法，将理论学习、仿真训练和实操训练有机结合起来，才能全面发挥斯沃数控仿真软件的优势，彻底激发学生学习的积极性和主动性。在此，我将其为四个阶段。

2.1 初学阶段

学生在初学阶段刚刚接触数控机床，对程序编制、机床工作模式等仍然比较陌生，所以在这个阶段教学工作仍要以理论学习为主，仿真软件将作为教学的一个辅助设备出现在理论教学过程当中，主要起到辅助教学的作用。可以由教师操作仿真软件，通过多媒体设备向学生展示所学理论知识的应用方法。例如教师可以利用仿真软件向学生展示G01和G00两个指令的区别。同时，还可以在适当的时机安排学生独立使用仿真软件，熟悉软件的安装和运行，为今后进一步开展仿真教学打好基础。

2.2 建模阶段

在这一阶段当中，学生已基本掌握了数控机床面板及数控仿真系统的简单操作方法，需要将理论与仿真有机结合起来，将知识体系中的各种程序符号转化为机床动作，建立数控加工的完整概念。在这一阶段可以考虑较多的使用任务驱动法，由教师确定学习主线，辅导学生围绕主线将理论知识逐一在仿真软件上转变为机床模拟动作，例如可以让学生自行操作，将教师在初学阶段所做的各种演示在仿真软件上再现出来，强化对基础理论知识的掌握和理解。同时给学生更多的自主练习时间，让学生了解不同数控系统（如法那克、西门子、广数、华中等）的操作方式，尽快帮助学生在理论知识和操作技能两者之间架起桥梁。

2.3 强化阶段

在强化阶段，教师需要向学生展示并讲解一些完整的零件加工过程，可以考虑以项目式教学法为主，利用仿真软件强大的模拟功能，辅导学生运用所学知识，在仿真软件上独立完成各类零件的加工任务，这些可以从简单的外圆切削开始，然后逐渐加大难度。在这一阶段，教师的理论教学时间应逐渐缩短，在初期，可以由教师全盘讲解一个零件加工的全过程，但随着学习的逐渐深入，必须将项目教学和任务驱动相结合，把更多的时间和空间交给学生，以探索式学习为主，培养学生独立思考和工作的能力，全面强化学生运用所学理论知识独立完成加工任务的能力。

2.4 转化阶段

在经过了三个阶段的学习之后，多数学生应该已经可以熟练地在仿真软件上进行一些较为复杂的零件模拟加工任务，但模拟教学毕竟不是真实的加工过程，它无法完全代替数控加工实训。仿真系统与实际机床有着本质的区别，学生无法体会到在机床上实际操作时感觉，特别在切削用量的选择方面。因此，在转化阶段要合理安排时间，将仿真训练与实际数控机床操作训练有机结合，尽量让学生在机床上进行加工训练，将仿真软件作为实操训练预习的一个工具，帮助学生解决在实操过程中遇到的难题，这样可以保证程序的正确性，提高实操训练的成功率，减少在加工的过程中因程序问题而造成的安全事故。

总之，把仿真软件用于数控教学中，将有利于改进教学方法，提高教学水平。但同时要正确处理仿真与实际操作的关系，不能用仿真软件完全代替数控实习，应合理安排仿真与实际操作的时间。教育是高投入、高产出的行业，如何利用现有的资源和设备，以最少的成本，培养具有现代化数控技术应用和开发能力的新型机电一体化人才，是我们职业教育探索的主要方向。