《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中的任務(wù)設(shè)計(jì)*

劉加勇

（北京市工貿(mào)技師學(xué)院 北京 100097)

《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中的任務(wù)設(shè)計(jì)*

劉加勇

（北京市工貿(mào)技師學(xué)院 北京 100097)

從任務(wù)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)涵入手，探討了任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程中的應(yīng)用，并對(duì)典型工作任務(wù)、任務(wù)實(shí)施流程及教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)；典型工作任務(wù)

《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程是職業(yè)學(xué)校數(shù)控維修類專業(yè)最核心的專業(yè)技能課，具有內(nèi)容跨度大、覆蓋面廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，要求學(xué)生既要掌握機(jī)械、電氣和液壓等原理知識(shí)，又要具備在實(shí)踐中進(jìn)行綜合診斷與維修的實(shí)踐能力。在傳統(tǒng)教學(xué)中，重視以“知識(shí)點(diǎn)”構(gòu)筑知識(shí)體系，重視循序漸進(jìn)地實(shí)施教學(xué)，教學(xué)方法以教師為中心，主要采用講授的教學(xué)方式，忽視學(xué)生的認(rèn)知主體作用，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)、學(xué)習(xí)效率低下。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以面向任務(wù)的模式教學(xué)，將教學(xué)、求知、做事與技能結(jié)合在一起，在做中學(xué)、做中教，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)涵

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是讓學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)與工作任務(wù)相結(jié)合，模擬職業(yè)環(huán)境，讓學(xué)生帶著真實(shí)的任務(wù)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的新知識(shí)隱含在一個(gè)或多個(gè)任務(wù)之中，學(xué)生對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析、討論，找出解決問(wèn)題的方法，明確要涉及哪些知識(shí)，并找出哪些是舊知識(shí)，哪些是新知識(shí)，以問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，使學(xué)生擁有學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)。教師則緊緊圍繞著任務(wù)活動(dòng)中心，不斷地引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生前進(jìn)，使學(xué)生由淺入深地完成難度有一定梯度的各個(gè)任務(wù)，進(jìn)而建構(gòu)一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法一般有六個(gè)基本環(huán)節(jié)：（1）任務(wù)引入。提出一個(gè)具體任務(wù)；（2）任務(wù)分析。教師分析完成任務(wù)所需的知識(shí)和技能；（3）相關(guān)知識(shí)講解。教師講解完成任務(wù)所需的知識(shí)；（4）任務(wù)實(shí)施。完成任務(wù)的方法和步驟，重在交待知識(shí)的應(yīng)用方法及技能和經(jīng)驗(yàn)；（5）任務(wù)評(píng)價(jià)。制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行量化考核；（6）任務(wù)拓展。以同等難度的任務(wù)練習(xí)鞏固所學(xué)的知識(shí)和技能。

實(shí)踐證明，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的學(xué)習(xí)效果明顯，不同學(xué)習(xí)方法學(xué)生掌握知識(shí)程度比較如表1所示。

表1 不同學(xué)習(xí)方法學(xué)生學(xué)習(xí)效果比較一覽表

典型任務(wù)設(shè)計(jì)

在《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中，任務(wù)是“載體”，“典型任務(wù)”是關(guān)鍵，所以，任務(wù)設(shè)計(jì)是教師備課的重點(diǎn)。任務(wù)應(yīng)該覆蓋學(xué)生應(yīng)掌握的所有技能點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)要有系統(tǒng)性和層次性、趣味性和創(chuàng)造性，要考慮學(xué)生的個(gè)體差異性，任務(wù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接關(guān)系到教學(xué)效果。

有資料表明：由于操作、保養(yǎng)和調(diào)整不當(dāng)所產(chǎn)生的故障占數(shù)控機(jī)床整個(gè)故障的57%，伺服系統(tǒng)、電源及電氣控制部分的故障占數(shù)控機(jī)床整個(gè)故障的37.5%，而數(shù)控系統(tǒng)的故障只占整個(gè)故障總數(shù)的5.5%。而由于操作、保養(yǎng)和調(diào)整不當(dāng)所引起的機(jī)械、電氣和液壓故障中，典型性故障主要發(fā)生在主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和刀架、刀庫(kù)等輔助裝置中。通過(guò)召開(kāi)企業(yè)“實(shí)踐專家——技術(shù)工人訪談會(huì)”，可總結(jié)出：返回參考點(diǎn)故障、拉刀故障、主軸傳動(dòng)故障、主軸驅(qū)動(dòng)故障、進(jìn)給傳動(dòng)故障、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)故障、回轉(zhuǎn)刀架故障和刀庫(kù)換刀故障為典型性故障。于是，圍繞這8個(gè)典型故障，精選了20個(gè)企業(yè)典型維修案例作為教學(xué)任務(wù)，這些典型維修案例占了企業(yè)數(shù)控機(jī)床總故障的80%以上，具有較寬的覆蓋范圍。20個(gè)典型工作任務(wù)按照由易到難、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序來(lái)安排教學(xué)，便于學(xué)生學(xué)習(xí)，如表2所示。

表2 典型工作任務(wù)一覽表

代表數(shù)控機(jī)床維修的典型工作任務(wù)確定后，就要對(duì)典型工作任務(wù)進(jìn)行描述，尋找教學(xué)載體（設(shè)備、系統(tǒng)），創(chuàng)造教學(xué)情境（場(chǎng)地、故障設(shè)置），設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)。

任務(wù)實(shí)施流程設(shè)計(jì)

從任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的各個(gè)環(huán)節(jié)可以看出，任務(wù)實(shí)施是核心，也是難點(diǎn)，下面對(duì)任務(wù)實(shí)施流程進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修課程的任務(wù)實(shí)施一般包括以下三個(gè)步驟。

（一）故障勘探

故障勘探是指維修人員深入故障現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)詢問(wèn)、觀察、測(cè)試、查看故障記錄單、機(jī)床說(shuō)明書(shū)等，了解故障現(xiàn)象，曾采取過(guò)什么措施等，充分掌握維修所需的第一手材料。為此，從系統(tǒng)外觀到系統(tǒng)內(nèi)部，從機(jī)床主體到各印制電路板等均應(yīng)細(xì)心查看是否有異常之處。在確認(rèn)系統(tǒng)通電無(wú)危險(xiǎn)的情況下方可通電，觀察系統(tǒng)有何異常情況。

（二）故障診斷

故障診斷是指維修人員在故障勘探的基礎(chǔ)上，借助機(jī)床說(shuō)明書(shū)，從故障現(xiàn)象出發(fā)，根據(jù)故障機(jī)理，羅列出多種可能產(chǎn)生該故障的原因，然后通過(guò)交換、隔離等方法對(duì)這些原因逐點(diǎn)進(jìn)行分析，排除不正確的原因，逐步分離出故障的部件或模塊，最后確定故障點(diǎn)。一般情況下，數(shù)控機(jī)床故障部位判別如圖1所示。

圖1 數(shù)控機(jī)床故障部位判別框圖

羅列故障因素 故障發(fā)生后，通過(guò)故障勘探，將故障的表現(xiàn)特點(diǎn)、數(shù)控系統(tǒng)提示的報(bào)警信息、硬件模塊的指示燈狀態(tài)及報(bào)警代碼等各方面信息，以及從各種說(shuō)明書(shū)、參考資料和有關(guān)軟件查閱到的信息匯總起來(lái)，進(jìn)行綜合分析，羅列出各種可能引起故障的諸多因素。做到這一步就已經(jīng)基本掌握了故障的全面信息，接下來(lái)的整體方向是要確定故障出現(xiàn)在電氣、機(jī)械、液壓等系統(tǒng)的可能性，然后進(jìn)一步縮小故障范圍，最后確定故障點(diǎn)，并將這些故障點(diǎn)按照引起故障概率的大小順序依次排列。

設(shè)計(jì)診斷流程圖 數(shù)控機(jī)床的故障診斷過(guò)程需要抓住一個(gè)主線，通過(guò)主干、支干、分支逐級(jí)分析來(lái)尋找故障產(chǎn)生的原因，提出解決問(wèn)題的辦法，一般故障診斷維修流程圖如圖2所示。

圖2 數(shù)控機(jī)床故障診斷維修流程圖

故障維修 故障維修就是按照故障診斷維修流程圖，將故障定位到產(chǎn)生故障的模塊或元器件，及時(shí)排除故障或更換元件，直至故障消失。設(shè)備維修完畢之后，教師應(yīng)向?qū)W生詳細(xì)說(shuō)明故障產(chǎn)生的原因及其危害，并就產(chǎn)生的故障講述在使用過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

總之，要做好故障的診斷與維修，需要抓住以下幾個(gè)要點(diǎn)：一是要善于觀察，詳細(xì)調(diào)查；二是要理清機(jī)床的控制原理，正確設(shè)計(jì)診斷流程圖；三是要不斷積累現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

一堂課是否成功是有很多因素決定的，其中關(guān)鍵的就是課堂教學(xué)過(guò)程的組織?！稊?shù)控機(jī)床故障診斷與維修》是一門專業(yè)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，不易學(xué)也難教，為達(dá)到教學(xué)目的，培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)能力，在教學(xué)過(guò)程中推薦采用“五步教學(xué)法”，在學(xué)習(xí)過(guò)程中推薦采用8人小組協(xié)作學(xué)習(xí)法，在組織過(guò)程中可以采用小組輪換法和比賽法。

（一）五步教學(xué)法

在深入了解數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用基于工作過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)與資訊、分析與計(jì)劃、診斷與決策、實(shí)施與檢查、總結(jié)與評(píng)價(jià)、課后練習(xí)與反饋的五步教學(xué)法，結(jié)合任務(wù)驅(qū)動(dòng)的六個(gè)基本環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)如下：

第一步，教師進(jìn)行安全規(guī)范教育，下達(dá)教學(xué)任務(wù)，提供相關(guān)技術(shù)資料，講解相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生充分了解故障現(xiàn)象，并到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘探，從而全面獲得故障的相關(guān)信息。

第二步，學(xué)生根據(jù)獲得的故障信息，利用“頭腦風(fēng)暴法”從數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等方面進(jìn)行全面深入分析，并制定該故障診斷與維修的實(shí)施計(jì)劃。

第三步，學(xué)生根據(jù)分析的原因，排定主次，制定故障診斷維修流程方案，反復(fù)討論可行性，在教師的指導(dǎo)下，最終形成合理的故障診斷維修流程。

第四步，學(xué)生根據(jù)制定好的診斷維修流程圖，按照分工，實(shí)施操作，邊診斷、邊維修、邊調(diào)試，直至數(shù)控機(jī)床恢復(fù)正常。

第五步，教師組織學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)、組間的交流和匯報(bào)，最后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。教師點(diǎn)評(píng)是以各組故障診斷與維修的完成質(zhì)量及效率標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合各組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、安全操作規(guī)范、維修記錄等情況，評(píng)定學(xué)習(xí)成績(jī)。

五步教學(xué)法對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的工作過(guò)程創(chuàng)造了很好的工作環(huán)境。課后還可組織學(xué)有余力的學(xué)生針對(duì)拓展任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練，以鞏固學(xué)習(xí)成果。

（二）8人小組協(xié)作學(xué)習(xí)法

根據(jù)班級(jí)建制以及數(shù)控維修設(shè)備相對(duì)稀缺的現(xiàn)狀，數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修課程可以從精細(xì)化教學(xué)組織入手，運(yùn)用小組協(xié)作學(xué)習(xí)法。每個(gè)班以32個(gè)人為例，分4個(gè)小組，每組8人。8人小組分工如下（在隨后的學(xué)習(xí)情境中，各人分工應(yīng)不斷調(diào)整、交換）：（1）組長(zhǎng)：1人，負(fù)責(zé)整體協(xié)調(diào)、制定計(jì)劃、任務(wù)檢查和總結(jié)；（2）安全員：1人，負(fù)責(zé)電源總開(kāi)關(guān)看護(hù)和“5S”管理標(biāo)準(zhǔn)的貫徹；（3）資料員：2人，負(fù)責(zé)資料查詢和數(shù)據(jù)記錄；（4）電氣系統(tǒng)排查員：2人，負(fù)責(zé)電氣系統(tǒng)故障的診斷與維修；（5）機(jī)械、液壓系統(tǒng)排查員：2人，負(fù)責(zé)機(jī)械、液壓系統(tǒng)故障的診斷與維修。8人小組協(xié)作學(xué)習(xí)中，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程如下：

第一步，以小組為單位，采用抽號(hào)的方式領(lǐng)取故障任務(wù)；第二步，組長(zhǎng)統(tǒng)籌，分工負(fù)責(zé)，做好工具準(zhǔn)備工作，要體現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)合作精神；第三步，利用基于工作過(guò)程的五步學(xué)習(xí)法，完成故障診斷維修任務(wù)；第四步，小組成員完成《維修記錄單》的填寫(xiě)，做好組內(nèi)交流與總結(jié)；第五步，小組成員選派代表，進(jìn)行任務(wù)的成果展示和講解。；第六步，課代表填寫(xiě)《任務(wù)評(píng)價(jià)匯總表》，形成個(gè)人最終成績(jī)。8人小組協(xié)作學(xué)習(xí)法不僅創(chuàng)造了人人動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，以使有限的數(shù)控維修設(shè)備發(fā)揮了最大效率，在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下有效地降低了教學(xué)成本，而且在診斷維修過(guò)程中，可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

（三）小組輪換法

如果每個(gè)小組設(shè)置了不同的故障，通過(guò)小組輪換就可使每個(gè)學(xué)習(xí)小組獲得4次實(shí)際操作機(jī)會(huì)，大大增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。

（四）小組比賽法

如果每個(gè)小組或兩組以上設(shè)置了相同的故障，可以組織兩個(gè)或多個(gè)小組進(jìn)行比賽，看哪個(gè)小組既迅速又準(zhǔn)確地排除故障。這種方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，在掌握故障診斷維修技能的同時(shí)，有效地培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

總之，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法下，提出明確具體的典型任務(wù)是前提，對(duì)典型任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，在自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)中完成任務(wù)是重點(diǎn)，最后進(jìn)行效果評(píng)價(jià)、形成反饋信息是總結(jié)提高階段，每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須統(tǒng)籌安排、合理兼顧。學(xué)生在完成任務(wù)過(guò)程中逐步掌握知識(shí)、技能和方法，訓(xùn)練創(chuàng)造性思維，全面提高綜合素質(zhì)。

目前，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法已被廣泛應(yīng)用。然而，教無(wú)定法，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的課程還有許多問(wèn)題要解決，我們只有深入實(shí)踐，才能教有所成。

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G712

：A

：1672-5727（2012）02-0128-03

劉加勇（1979—)，男，湖北襄陽(yáng)人，工程碩士在讀，北京市工貿(mào)技師學(xué)院講師，機(jī)械系主任，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床故障診斷與維修。

（本欄責(zé)任編輯：張維佳）

北京市工貿(mào)技師學(xué)院教學(xué)研究基金資助項(xiàng)目《數(shù)控機(jī)床典型故障診斷與維修的研究》（項(xiàng)目編號(hào)：GMKY201006)