（宿迁学院，江苏宿迁223800）
【摘要】数控编程是一门理论性和实践性都很强的课程，课程的教学目标是培养学生熟练掌握数控机床的编程和操作技能。传统的教学法往往只注重理论知识的讲授，无法实现对学生数控编程与操作技能的培养。采用项目教学法能把理论教学与实践技能的培养有机地结合起来，可以达到培养学生数控编程与操作技能的目的。
关键词项目教学；数控编程；应用研究
数控编程课程以培养学生熟练掌握数控机床的基本编程和操作技能为目标，既要求学生掌握一定的理论知识，又要求学生具有一定操作技能。因此，在数控编程的课堂教学中，如何处理好理论教学与实践技能培养的关系，使学生在学习理论知识的同时又能培养实践动手能力，是摆在任课教师面前的一项必须进行研究的重要课题。采用项目教学法能把理论教学与实践技能的培养有机地结合起来，有助于培养学生分析和解决零件编程与加工操作中遇到的实际问题的能力。
1项目教学法是学生获得数控编程与操作技能的有效途径
数控编程课程涵盖了机械制造工艺理论、刀具轨迹控制原理、编程指令、机床操作，其理论性与实践性强，内容繁琐，知识抽象，与数控设备的实际应用有着密切的关系。传统的课堂教学模式只讲授理论，实践技能的培养由后续的实验和实习实训来完成，这样教学的结果是学生对所讲授的知识感觉枯燥乏味，难以理解，不清楚零件是如何在程序的控制下完成切削加工完成的，造成学生的实际应用能力培养不足，理论与实际分离，使得学生在后续的实践环节表现出动手能力差的现象。而项目教学法转变了教师的根本教学模式，将教师和学生用全新的方法有机结合起来，教师的“教”和学生的“学”是围绕着一个个项目展开的，而不再是一些孤零零的知识点。从教师的角度来讲，教师不再主宰整个教学过程，教师的任务在于帮助学生完成任务。从学生的角度说，项目教学法使学生的学习目标更加明确，有利于调动学生的兴趣和主动学习的积极性，在主动学习的过程中，可以培养起学生的自我创新意识和主动学习能力。在完成任务的过程中需要学生积极思考、判断和互相交流，并最终提交完成整个任务的方案，这也是对学生的技能的一种培养和锻炼。具体的讲，教师把数控编程课程的知识点分解到一个个零件的实际加工项目中去。通过教师与学生的配合完成一个个项目，来实现教师的“教”和学生的”学”。由于项目教学最终要求完成零件的加工，所以在这个过程中，学生不仅学习了必要的理论知识，也掌握了完成该项目必须的技能。这也正是项目教学法的优势所在，因此，将项目教学法应用到数控编程课程的教学是培养学生获得数控编程与操作技能的有效途径。
2实施项目教学法应注意的几个问题
2.1选择合适的实施项目。选择合适的实施项目，这一点尤为重要。数控编程项目的选择对于教师的素质和能力要求较高。在确定项目任务内容时要从加工工艺、工作技能、岗位需要等方面综合考虑。合适的教学实施项目往往能够更为有效的锻炼学生自身的创新能力，增进学生自身的素养，激发学生对于数控编程学习的兴趣。比如选择国际象棋棋子的加工作为教学项目，学生就会比较感兴趣。
2.2教师在进行项目教学法教学的过程中应该适应全新的教学角色。在传统教学方式中，教师往往充当课堂主体，而项目教学中则应该以学生为主，教师应该是指导和协助学生来完成项目任务。因此，这就要求教师全新看待和置换自身的角色。
2.3在技能培养上要符合学生的认知规律，具备启发性，精心设计任务、知识拓展、课堂训练，让学生循序渐进的掌握数控编程与操作的技能。
2.4项目教学法相对于传统教学法来说存在着明显的空间和时间方面的限制。这两种限制性的特点往往直接决定了项目教学法实施效果。因此，要充分利用现代多媒体技术和仿真技术，将数控仿真软件应用于项目教学中，这样学生就不必进实习车间和课余时间均能操作数控机床，突破项目教学法对空间和时间的要求。
3项目教学法的教学应用实例
下面以螺纹轴类零件编程与加工项目为例介绍项目教学法的实施过程。如图1所示，要求完成所示零件的加工，已知毛坯为已经粗加工过的?准26mm圆棒料，材料为45#钢。该项目以螺纹轴零件数控加工为载体，要求完成轴类的工艺分析、工艺方案的确定、程序编制、校验与加工等一系列工作任务，使学生具备编制含圆柱面、沟槽、倒角和螺纹等要素的中等复杂轴类零件数控加工程序的能力，同时掌握轴类零件的数控加工方法和技能。
3.1任务分析
要完成本次课题，学生需要做完下列几方面工作：分析零件的图样；加工工艺分析及方案确定；工件的定位、装夹；刀具、量具的选用；切削参数的选择；轮廓基点（节点）的计算；确定加工工艺过程，填写数控加工工艺卡；程序编制及校验；仿真软件模拟加工；数控机床实际操作加工；工件的检测及评分等。
3.2实施过程
1）讨论分析零件图，提出任务要求。主要包括读零件图、判断工作表面、精度要求最高表面、加工的要素、学生分组分工。
2）活动开展。根据分析讨论结果主要完成以下工作：学习完成任务所需新的知识。螺纹加工的相关知识是完成本项目需要的新知识，学生应通过自主学习、讨论、查阅资料、咨询教师等途径掌握螺纹加工指令、加工工艺、检测等新的知识和技能；各小组按要求编写工艺卡和编写加工程序；小组每位成员将编写的程序输入数控仿真软件进行模拟加工，对加工中发现的问题进行讨论，校正加工程序；程序仿真无误后，各小组利用事先分配好的数控机床，加工出零件；检测零件及评分。
3）成果展示与总结。各小组介绍自己的加工过程，展示成果，并根据已加工的零件，总结和分析完成整个项目的过程。
4结束语
在通过近一年的项目教学改革实践表明，采用项目教学法可以提高学生学习的兴趣和积极性，让学生在应用中学习，在实践需要时学习，将理论学习和实际应用紧密地结合起来，培养了学生综合应用知识解决问题的能力，锻炼了学生的团队合作能力。通过对教改班学生的跟踪调查发现，学生在暑期的生产顶岗实习中，完全可以胜任企业对生产岗位的要求。与传统教学法相比较而言，采用项目教学法教学，学生对数控编程知识和机床操作技能的掌握程度明显提高。
参考文献
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［3］涂惠,等.基于医学生操作技能培养的项目教学模式[J].医学理论与实践,2014(2):267-268.
摘要：传统的数控教学中，理论课和实习课是分学期进行的。一般来说，先进行一个学期的理论课，以教师为主导进行教学，是一种讲解式教学模式。这种教学方法存在着一个很大的缺点就是理论课和实习课脱节。针对这个弊端，我们对数控课进行了改革，采取理论课、仿真课与实践课相结合的方式，克服这一弊端，改善教学的效果。
关键词：数控编程教学一体化教学方法
在职业院校的课程中，数控编程是一门理论性与实践性都比较强的课程。这门课程的主要教学目的是培养学生根据零件要求编制程序和进行数控加工的能力。在以前的教学中，通常是理论课程在前，实习课程在后，就是先学习一个学期的数控编程理论课，理论课以教师为主体进行讲解，学生跟随教师的讲解学习理论知识；在学习了理论知识之后，再让学生进行实习课的学习，在实习课上学生可以对数控机床产生感性认识，熟悉数控车床的面板和基本操作，进而掌握相应的数控车床的操作技能，从而结合第一学期的理论课知识，对所学知识融会贯通，完成对数控车床零件的程序编制，并在数控车床上加工出符合图样要求的零件。这种教学方法有一个很大的缺点，就是造成了理论教学与实习教学的脱节。学生前期学习数控编程理论课时，由于对机床没有感性认识，因此理解编程知识很困难，学习速度较慢，而在第二学期进行实习教学时，又因为所需理论知识已经学习了很长时间，时间跨度大，很多知识都已经记不清或者不明确，这时教师就要再对学生进行理论辅导。这种状况造成了学生学习时间和教师精力的浪费，教学效果不好。
针对这一弊端，对数控课教学进行教学改革，采用理论课、仿真课和实习课三者相结合的方式，合理选用教学方法，改善教学效果。
一、实习一体化教学，处理好理论课和实习课的关系
在教学中，处理好理论教学与实习教学的关系是老师应着重注意的一个问题。只有处理好这一关系，才能激发出学生学习的积极性，提高他们的学习兴趣，在学生学习到理论知识的同时提高动手操作的能力。实行一体化教学是解决这一问题的一个比较好的方法。实习一体化教学后，教研组应该按照专业的发展来配置，由理论课老师和实习课老师组成。在教学计划中，理论课与实习课交叉或者同步进行，使理论教学和实习教学有机结合在一起。同时，院校还应培养一批一体化双师型教师。这些教师既能够进行理论教学也能够进行实习教学。
二、合理使用仿真软件
近年来，各类仿真软件开发出了很多。在教学中合理使用仿真软件对数控教学可以极大地提高教学效果。在数控教学中合理使用仿真软件，可以把数控编程的理论知识和动手实习的技能有机结合起来，让学生在学习理论时可以练习，在练习时可以巩固理论知识，从而提高学生的学习兴趣，改善学习效果。
同时，合理使用仿真软件，还解决了职业院校中在数控教学上存在的某些问题，例如降低实习危险性，数控设备和师资的不足等。
三、不能放弃普车实习教学
现在有的人认为，数控技术发展很快，传统机械加工将被淘汰，因此在教学中忽略了普车实习。笔者认为这是一种错误的认识。
从数控车教学这一方面来讲，普车实习的学习也很重要而且很必要。普车实习是数控车实习的基础。不懂普车，学习数控车时就不能把数控程序和数控加工结合在一起，而不懂加工，程序就成了废纸。因此应该在数控车学习之前，先进行普车技能和车工工艺的学习，使学生掌握相应的工艺和加工知识以及必要的技能操作，例如基本的外圆、螺纹和特形面的加工等。
四、多种数控系统的使用
由于职业院校的学生毕业后是要面向企业的，因此作为培养技术人才的职业院校，我们有必要让学生掌握多种数控系统的编程和操作，使他们到企业后可以熟练操作。由于受到资金的限制，职业院校中数控设备的数量都不太多。这就要求教师想方法为学生创作条件，让学生在有限的实习时间内熟悉多种系统。例如在讲授编程时以某一种系统为主要内容讲解，讲解完这种系统后，对比讲解其他系统；利用现有设备进行练习，没有的系统可以利用仿真软件进行练习。
五、培养学生的工人意识
关键词：自动控制理论；有效教学；探索与实践
Explorationandpracticeofeffectiveteachingmethodsforautomaticcontroltheory
LiaoShouyi,ZhangHexin,ZhangGuoliang
TheSecondartilleryengineeringuniversity,Xi’an,710025,China
Abstract:Theautomaticcontroltheoryincludesbasictheoryandmethodofcontrolsystemmodeling,systemanalysisandsystemdesign.Suchdistinguishingfeaturesasabstractlyconcept,muchterminology,greatlymathematicscontent,stronglyengineeringpractice,requirethatthecoursetoexploreteachingmethods.Theeffectiveteachingmethodsofthecoursewereresearchedandexplored.Goodteachingresultwasachievedbytheexplorationandpracticeforyears.Thiscanprovidereferenceforpromotingteachingqualityandmakingeffectiveclassroomteaching.
Keywords:automaticcontroltheory;effectiveteaching;explorationandpractice
自动控制理论课程是支撑我校导航、制导与控制国家重点学科的主干课程，自1959年起即为测控工程专业学员开设，目前已面向全院本科学员，是全院性的专业基础课，选用胡寿松教授主编的《自动控制原理(第五版)》教材。
自动控制理论课程综合性强、知识覆盖面广、基本概念和术语多，数学推导多。它不仅要求学生有扎实的高等数学、工程数学、复变函数、模拟电路、电工技术等课程基础知识，而且还要有较强的计算能力和工程素养。特别是随着控制技术的迅速发展，课程内容不断丰富充实(教材的第一至六章和第八章)，讲授对象也日渐广泛，而课程学时却一再压缩(课内60学时)，要求也越来越高，并且所选用教材的内容特点往往使学生因缺乏工程实践，缺乏对实际控制系统的感性认识而感到内容比较抽象，知识点分散、公式多、推导多，进而影响学习效果。总之，课程标准和教材内容的特点让学员感到难学，教员感到难教。该课程的改革和建设是全面提高专业课教学质量的基础，促进学科发展的关键。为提高教学效果，促进“指技合一”复合型军事人才培养，我们对该课程的有效教学方法进行了探索实践。
1基于认识论和方法论的教学方法探索
1.1从定性到定量、再到定性的分析思路
人类认识自然、了解自然，总是遵循从定性到定量、再到定性的这一规律，这种过程也是认识论所倡导的规律。自动控制理论课程的目的是让学员掌握控制的基本概念，并能够对实际的控制系统进行分析、设计。理解控制的概念比较容易，但要实施恰当的控制则比较难。在课程教学过程中，我们经常强调从定性到定量、再到定性的这一认识过程，帮助学员掌握整个课程的分析、学习思路，从总体上把握教材的内容，取得了较好的效果。
例如，对于一般自动控制系统的控制原理分析是定性分析，但是光知道自动控制的基本概念和原理是远远不够的，一个实际的系统要能够进行工作，必须对它进行定量分析，也就是要分析其稳定性、准确性和快速性指标。为了达到定量分析的目的，必须对系统建立模型，这个模型就是数学模型，包括微分方程、传递函数、结构图和频率特性，正好是教材第二章和第五章的内容。数学模型是实施定量分析的基础，有了模型并能够对其进行求解(拉普拉斯变换和反变换)的基础上，我们就能够对系统进行定量的认识。例如对快速性的认识，是通过对一阶系统和二阶系统的性能分析来建立起动态性能指标；对于稳定性的认识是通过线性系统稳定的充要条件和劳斯—赫尔维茨判据、奈氏判据、对数频率域稳定判据来进行的；对于准确性的认识是通过终值定理和静态(动态)误差系数法求稳态误差来进行的。
学员在学习过程中，喜欢对系统进行定量分析。因为定量分析有公式，计算简单，容易得出结果；而定性的结论，多属定量分析的结果、文字性结论以及相关的描述性结论。为此，我们在教学过程中强调，定量分析比较容易，难的是从定量分析上升到定性的结论和定性分析上去，也就是对这些定量的公式、结果的分析。例如，稳定性与参数之间的定性的关系；动态性能指标与系统参数之间的变化关系；稳态误差随系统参数变化如何变化；稳定性、稳态误差和动态性能指标与系统参数变化之间的关系；高阶系统增加闭环零点和闭环极点对系统有什么影响等。
1.2从开环系统分析闭环性能的策略
控制的核心思想是反馈，反馈就可使一般的开环系统变成闭环系统。因此，系统的开环与闭环之间存在紧密的联系，一般来说，开环系统容易分析和理解，也容易获得其数学模型，因为开环系统一般是由各种典型环节组成的，可以很方便地求得开环系统的零点和极点。因此，为了分析系统的闭环性能，常常从开环系统传递函数、开环性能出发来研究和分析。
例如，为了分析闭环系统的稳定性，劳斯判据需要知道闭环特征方程，而闭环特征方程正好是1+Gk(s)=0，其中Gk(S)就是系统的开环传递函数；而用奈氏判据直接通过开环幅相特性曲线Gk(jw)就可判别系统的闭环稳定性，也是从开环传递函数出发的。分析系统的稳态误差时，对于型如tm或其线性组合的输入来说，可直接通过对开环传递函数的型别v和开环增益k来得到静态误差系数从而算出稳态误差。绘制根轨迹时，由1+Gk(s)=0可推导出根轨迹方程，最终可直接采用开环传递函数Gk(s)来绘制闭环根轨迹，并根据闭环根轨迹分析系统的动态性能、稳态性能、稳定性等信息。
从开环系统分析闭环性能的策略可以帮助学员掌握各种分析方法的出发基点和分析目的。由于自动控制理论课程概念、术语多，从什么条件出发分析系统的什么性能在学员学习过程中经常引起混淆，往往课程教学已经结束了，学员还不知道用什么传递函数来绘制什么(开环、闭环)系统的根轨迹，用什么传递函数来计算(开环、闭环)系统的稳态误差。诸如此类，不一而足。
1.3从对控制系统的要求出发整体把握教学内容
自动控制理论课程内容繁杂，基本概念、定义、术语、公式多，学员难以从整体上把握课程的全貌，难以建立课程知识体系之间的内在联系，大部分学员只有靠机械记忆来掌握课程内容。在教学过程中，我们通过从控制系统的一般要求出发，将课程体系有机联系起来，收到较好的效果。
对自动控制系统的一般要求是“稳、准、快”，因此对控制系统进行分析就是对这三个字进行分析，即分析系统的稳定性、准确性(稳态误差)和快速性(动态性能指标)。首先要求知道它们的准确含义，其次要采用合适的分析方法。分析方法最直观的是时域分析法(第三章)；其次是在系统参数发生变化的时候，系统的性能如何变化，可采用根轨迹法进行分析(第四章)；除此之外，如果系统的输入是正弦波，对系统的分析可采用频域法进行(第五章)；如果系统的性能不符合要求，则必须对系统进行校正(第六章)。
当然，对于每一种分析方法，其分析特点和目的也不一样。时域分析可提供时域指标的全部信息；根轨迹法分析具有时域分析的特点，但它可以提供系统参数发生变化时的闭环系统的根的分布情况，从而可以分析系统的时域指标；而频域分析由于方法的特点，可以分析系统的稳定性和稳定裕度，但不能提供直观的时域指标。
1.4线性叠加的思想
自动控制理论讲授的主要是经典控制理论，研究对象是线性定常系统，其主要特性是叠加性和均匀性。在系统分析过程中，经常采用的策略是叠加。从一般的多输入产生的输出是采用叠加原理，到开环对数幅相特性曲线的绘制也是将幅频特性相乘变成对数幅频特性的相加从而简化运算。对系统进行校正的时候，串联校正采用的是线性叠加，而反馈校正不具有叠加性，但通过进行一定的简化，最后进行反馈校正进行设计时，也是通过近似的线性叠加的办法。因此，叠加的思想在课程中运用得相当普遍。
2教学实践体会与教学效果
2.1多从工程的角度进行教学
自动控制的基础是微分方程的求解，但精确求解微分方程却不是本门课程的重点。自动控制理论是从工程实践中发展并提炼出来的。因此，虽然求解微分方程具有逻辑严密性和精确性，但数学特性却不是该课程的主要特性，在教学过程中应该强调的是其工程性。它的工程性主要体现在几个方面。一是近似、简化的方法，例如对非线性系统的小偏差线性化法近似成线性系统，这种近似在工程上是应用得非常多的，也是非常有效的，在一定程度上能够满足工程的需要；再例如在一定条件下将高阶系统简化为一阶或二阶系统。二是大量公式的推导过程应该注重工程背景，而不能从纯数学的角度出发进行推导教学，严密的数学推导并不是本课程的主要目的，即不能将本课程讲成一门纯数学的课程，而应该从工程的角度出发，充分利用简化、近似、适用范围等工程使用条件，对相关知识点进行讲授。
2.2适当强调控制系统的设计
自动控制理论课程的目标有两个：一是控制系统的分析；二是控制系统的设计。我校所选用的教材是以控制系统的分析方法为主线，在控制系统的分析方面内容比较详尽，各种分析方法都有介绍，知识点成体系，但对控制系统的设计则讲得较少，也就是注重基础知识的讲授，而忽略如何利用分析方法进行控制系统设计。学员学完该课程之后，掌握了许多控制系统分析的方法，但对实际控制系统的设计基本没有思路，总感觉无从下手。
为此，在教学过程中，笔者强调基础分析方法的同时，引入另外一条控制系统设计的主线，以一个导弹控制系统仪器为例，从其控制原理、数学模型、时域响应分析、根轨迹分析、频域分析以及频率域校正方法出发，对该仪器系统进行分析与设计，既增加了学员学习相关知识的积极性，又提高了教学效果和学习效果。
此外，原教材的知识内容在控制系统的设计方面虽然篇幅较少，但是涉及相关设计的内容都已经融合在相关知识点中。比如对一阶、二阶系统的参数分析与调节，对系统开环增益的调节作用等，实际上对被控对象或系统增益的调节已经是系统设计的内容了。事实上，自动控制理论的发展在相当长的一段时间内都是对系统的参数进行调节。如果参数调节不起作用，则需要采用校正方法来改善系统的性能。
值得注意的是，过多地强调系统设计的内容会牺牲对基本理论与方法的教学。引入以实际控制系统的设计这条主线，应当处理好基本理论方法与应用之间的关系，注意把握基本理论方法与应用之间的“度”，这个“度”就是在不牺牲课程内容体系、知识体系完整性的前提下，适当增加设计方面的内容。
除此之外，对教学内容进行整合和精选，引入Matlab编制的辅助教学软件等措施，也在教学过程中得到了有益的尝试。
3结束语
近三年来，在自动控制理论课程的教学过程中，采用基于方法论和认识论的有效教学方法的探索和实践，与以往的教学情况相比取得了明显的教学效果。有学员说，通过这样的教学方法，我们很容易理解课程的内容体系，知道该掌握哪些知识，哪些是重点，哪些是难点，能够从总体上把握经典控制理论的全貌。对于青年教员来说，通过这样的实践，能够让他们尽快地理解掌握课程体系和内容，尽快帮助他们成长为一名合格的自动控制理论课程教员。当然，随着自动化技术的飞速发展，为了能够适应新时期对人才培养的需要，必须加强自动控制理论课程的教学改革和探索，不断地更新和完善教学内容，改进教学方法，将自动控制理论课程的教学推向一个新的高度。
参考文献