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仿真加工软件在教学中的应用

摘要：计算机技术的不断发展，仿真加工系统越来越完善，在教学中也起到了非常大的作用。
仿真系统安全、经济实用，减轻设备、场地和耗材等。教师也在繁重的教学活动中得到释放，
能够集中精力帮助学生分析、解决实际问题，保证了教学质量使教学效果得到显著提高。
关键词：仿真加工系统；  数控； 评价
仿真加工模拟系统是结合机床厂家实际加工制造经验与教学训练一体所开发的一种机床控制虚拟仿真模拟软件，可以满足大批量学生教学需求。它可以对数控装置进行仿真操作，对编制程序的验证。学生可利用此软件进行仿真操作，同样会起到了真实设备的教学效果。仿真模拟系统具有FANUC、SIEMENS、华中世纪星、广州数控及加工中心、故障诊断模拟等众多数控系统功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内就能操作FANUC、SIEMNS、华中世纪星、广州数控系统数控车、数控铣削及加工。可手动或CAD/CAM编程和加工，教师通过网络教学，监看窗口滚动控制，可随时获得学生信息。在教学中还具有多媒体教学的特点。仿真加工模拟系统功能较为完善、适于教学的使用。其中语法诊断和模拟示教功能可以使学生进行人机交互式学习。即由学生输入NC程序，在模拟运行过程中，系统能及时提供错误信息以及刀具相对移动轨迹的显示以及最终加工的立体效果，再由学生经过简单判断就能很容易的发现和修改NC程序的错误。
而数控编程是一门对学生科学思维要求很强的专业技术基础课，单纯的理论教学，易使初学者感到抽象、难学，加上目前职业中学学生知识结构、学习习惯等诸多不利因素，使职业中学的数控编程教学陷入异常困难的境地。由于数控车床成本高、操作危险性大，如何增加实习工位，降低学习的门槛，激发学习兴趣，使学生化“难学”为“易学”，化“苦学”为“乐学”呢？ 计算机技术的不断发展，数控加工仿真系统也越来越完善，在教学中也起到了非常大的作用。作为数控加工仿真系统，它安全、经济实用，减轻设备、场地和耗材等。基于这一点，我校从05年安装数控加工模拟实作室，配备了宇航数控车床铣床仿真模拟教学系统。解决了数控编程教学中许多问题，使教师在繁重的教学活动中得到释放，能够集中精力帮助学生分析、解决实际问题，保证了教学质量使教学效果得到显著提高。
一、利用仿真软件将“学以致用”的教学方针贯穿于教学始终，让“用”字落到实处，真正提高学生的实际操作能力。
针对中学生形象思维强的特点，在课堂教学上，我进行了大胆的尝试，变传统的课堂教学为互动式教学。所谓互动式教学是将相关知识与能力，按照其相互之间的关系以及内在的逻辑联系，编成便于学生进行技能操作的相对独立的单元，在计算机上仿真出来。在数控仿真教学中，如何激发学生技能操作的积极性呢？首先结合学科特点，介绍数控编程知识的实用价值，有意识地让学生了解数控编程与今后工作的密切关系，了解我们所学的专业都和数控编程及操作有着紧密的联系。从学生中挖掘具有实用价值的，能激发学习动机、学习热情和学生兴趣的问题和典型事例，充分展现数控编程及操作的价值，使更多的学生对数控编程产生浓厚的兴趣,与教师的教学形成共鸣。其次，降低入门的门槛，避开空洞的理论教学，在教学过程中一开始设计较简单的零件图样。教师先进行示范性操作，同时提醒学生认真观察，掌握操作要领。当机床的模拟切削声响起来，切屑飞溅，毛坯随着刀具的加工变成图样要求的工件后，学生的好奇心和求知欲极度膨胀，此时也恰是让学生动手操作，进行模仿的最佳时机。当学生独立完成，激动时，及时表扬学生所取得的成绩，发现他们的闪光点，鼓励他们勇于战胜自己，激发每位学生的学习自信心，挖掘他们的内在潜能。当学生激动的情绪趋于平静时，及时引导学生积极地思考，工件为什么会变成与图样尺寸一样？机床为什么会自己加工？这样也就顺理成章导出了机床由计算机控制，计算机由程序控制，程序是由人编写的。这样就让学生在一种积极的情感体验中，既学到了知识，又培养了能力。既发挥了学生的主体作用，又提高了课堂教学效果，从而让学生真正体会到学习知识的目的是为了应用，在应用中找出自己现有知识结构的欠缺，促使自己进一步学习相关的理论知识，即“学以致用，以用促学”。
另外，由于仿真加工模拟系统采用了与数控机床操作系统相同的面板和按键功能，并且使用仿真加工模拟系统在操作中即使出现人为的编程或操作失误也不会危及机床和人身安全，可以使学生在操作中吸取大量的经验和教训。同时在仿真加工过程中不断提醒学生注意观察刀具运动轨迹和加工坐标值变化情况,从中总结出程序是如何控制计算机、计算机是如何控制机床刀具加工工件的，这种方法对于学生理解编程理论很有帮助。在每一个仿真结束后，我都及时地引导他们思索，对于我们已经做好的零件，你认为还有哪些缺点或者还做哪些改进。当同学们把问题提出来后，再让他们通过讨论，看看自己提出来的问题是不是别人也存在，如果是别人没有研究过的，再进一步制定实施方案，并通过小组讨论确定其可行性，然后在老师的辅导下，把创新后的零件做出来。对于一些有价值的零件，建议他们保留程序，在今后的实体操作中加工出来。这样既实现了“用中求创”的教学目标，也为学生将来走上工作岗位从事产品开发、创新打下良好的基础。
二、利用仿真软件把“以练代学”的教学方法贯穿于实习教学中。
职业教育是一种以就业为导向的教育，其职业方向性的特点决定了它必须适应社会的就业需求，服务于特定职业岗位或技术领域。职业中学培养的是能在生产现场解决实际问题的技能应用性人才，需要具备综合知识的运用能力及较强的综合职业技能。在数控编程仿真教学中，应以技术应用能力的培养为核心，以目标培养的实际需要作为课本内容取舍和仿真组合的标准。对课本内容进行多元整合，强调内容的综合性。多元整合的目的是精简课本内容，打破教材章、节体系的完整性，强调课程内容的实用性和必需的基础性。在对课本内容进行多元整合时，应注意：第一，理论知识应以必需够用为度，突出应用与实践，少讲多做；第二，仿真内容应及时反映专业领域的最新发展；第三，课本内容的多元整合绝不是几个仿真的简单叠加或随意拼凑，而是根据知识、能力的内在联系和相互间的逻辑关系进行有机整合。第四，教学与生产相结合，条件允许时尽量让学生多从事现场生产加工，亲身体验技能转化为生产力而产生的价值。这种遵循学生认知规律的多元整合，有利于学生知识、技能、态度的合理形成与协调发展，为将来走上工作岗位打下坚实的基础。
三、在仿真教学中，重视学生经受挫折、克服困难的教育。
21世纪的竞争是人才素质的竞争，它需要青少年具有坚忍不拔的精神和顽强的斗志。职业高中的学生年龄大都在15-18周岁之间，大多数意志品质还不够坚强，承受挫折的能力也较弱，所以在项目教学中，应创设让学生尝试“挫折”考验的情境，以此来磨练学生坚强的意志品质，使学生体验到只有经过艰苦努力，获得的成功才更有价值，从而产生足够的自信和克服挫折的勇气。因此，在教学过程中，我经常有意识地设置“陷阱”，如故意少编一个程序段、输入错误参数等，模拟加工时将会发生工件与刀具出现碰刀，致使工件加工不出来，让学生自己找出失败的原因。当学生真正排除了故障后，就会在“心若在，梦就在！”的情感体验中既获取了知识，又培养了意志的坚韧性。因此，经受挫折、克服挫折的教育也是帮助学生增强信心的重要一环。
四、仿真教学中，构建全面的成绩评价体系，公平、公正、公开地对学生的学习成果给与评价。
教学评价直接影响学生学习的主动性和积极性，所以评价要做到：第一，合理且有一定的弹性，答案不能限制太死，只要合理就行，如一些仿真操作中学生实施方案的可行性讨论，实操过程中的加工线路的确定等。第二，既要评价技能操作结果，又要评价技能操作的过程。对在技能操作中学生的积极参与表现出来的良好个性品质要给予充分的鼓励、肯定、嘉奖。第三，转换评价的主客体关系。对学生在课堂上的技能操作情况及结果不仅仅由教师来评，还可以让学生自评或互评。如轴类、盘类、圆弧面和精加工线路的选择及优化；某些图样的理解、坐标点的计算，可采用学生讨论评价的方式，在研讨中发现问题，通过模拟软件进行语法诊断和示教功能得出正确结果，使学生的学习主动性、积极性调动起来。
总之，使用仿真加工模拟系统能将理论与实践有机的结合在一起边讲授边练习，使讲过的知识及时应用于实践中，不但加深了学生对理论知识的理解而且在模拟操作的同时对数控机床的操作方法上也具备了相当水平的实践基础，使理论知识与实践操作完好的结合。在教学中边教边学、边学边做、在学中做、在做中学，学生的积极性被调动起来，老师从繁锁的教学活动中得到解放和学生一样都感到非常轻松，大大提高了教学效果。学生的编程与操作能力也有了非常明显的效果。
参考文献：
① 宇航数控车床铣床仿真模拟教学系统简明操作手册
② 数控车床加工工艺与编程操作---任国兴 主编.-北京：机械工业出版社，2006.4
③ Mastercam 9.0数控加工基础教程---戴向国等编.-北京：人民邮电出版社，2004.4
本文作者：肖远冲 中学一级教师 大学本科 从事数控教学多年
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