數(shù)控機(jī)床維修課程虛實結(jié)合的項目化改革

曹健

(南通職業(yè)大學(xué)，南通 226007)

數(shù)控機(jī)床維修課程虛實結(jié)合的項目化改革

曹健

(南通職業(yè)大學(xué)，南通 226007)

“數(shù)控故障診斷與維修”項目化課程改革，以促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力成長為目標(biāo)，以實際工作過程為主線，以典型工作任務(wù)為教學(xué)內(nèi)容，依靠多元的、虛實結(jié)合的項目化教學(xué)實施載體，創(chuàng)建了工學(xué)結(jié)合教學(xué)新模式，實現(xiàn)了信息化環(huán)境下的教學(xué)過程與實際工作工程的對接，取得了良好的課程改革效果。

項目化教學(xué)；數(shù)字化教學(xué)資源；虛擬仿真；工作過程導(dǎo)向

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵設(shè)備，它融合了多學(xué)科知識，結(jié)構(gòu)和原理與常規(guī)設(shè)備相比更為復(fù)雜。中國制造加工業(yè)的企業(yè)對數(shù)控機(jī)床維修人才需求很大，但維修數(shù)控機(jī)床的人才儲備并不足。高職數(shù)控維修專業(yè)正是針對市場這一需求而設(shè)?？墒牵囵B(yǎng)此類人才非常不易，他們需要掌握機(jī)、電、液、計算機(jī)等綜合知識并有大量實際經(jīng)驗的積累[1-2]。作為該專業(yè)的核心課程，多數(shù)學(xué)校在“數(shù)控故障診斷與維修課程”教學(xué)方面積極倡導(dǎo)工學(xué)結(jié)合，經(jīng)過多年的教學(xué)改革和教學(xué)經(jīng)驗積累，也取得了可喜的教學(xué)業(yè)績。但由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、價格昂貴、體積大等特點(diǎn)，以及技術(shù)升級帶來設(shè)備更新的風(fēng)險等因素，學(xué)校一般不太可能大批量購入作為實踐教學(xué)設(shè)備。受此因素制約，在目前大班教學(xué)環(huán)境下，再精心設(shè)計的項目也只能是紙上談兵，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果，制約了人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。得益于信息技術(shù)的快速發(fā)展，一些高職院校數(shù)控維修課程在進(jìn)行項目化改革時，建立了以虛擬仿真實訓(xùn)為主體的教學(xué)資源，并以此為載體進(jìn)行了涵蓋培養(yǎng)目標(biāo)的課程內(nèi)容設(shè)計，使基于工作過程、集“教學(xué)做”為一體的項目化教學(xué)改革真正得到實施。

1 虛擬仿真職業(yè)活動為主線的教學(xué)模式

數(shù)控機(jī)床維修好比醫(yī)生治病，病癥表象具有復(fù)雜性和不確定性，課堂教學(xué)不可能窮盡所有故障現(xiàn)象。面對不確定的故障現(xiàn)象，要能判斷并排除，只有在認(rèn)識和了解數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程的基礎(chǔ)上，輔以一定的檢測手段進(jìn)行檢查，才可能分析判斷出引起故障的原因。因此，本課程以服務(wù)江蘇及長三角地區(qū)制造類企業(yè)的數(shù)控機(jī)床裝配調(diào)試、維護(hù)維修相關(guān)崗位能力需求為目標(biāo)，按照數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品生產(chǎn)制造和數(shù)控機(jī)床維護(hù)維修等相關(guān)崗位能力要求，與企業(yè)共同開發(fā)課程標(biāo)準(zhǔn)[3]。通過基于企業(yè)真實工作過程的課程開發(fā)設(shè)計，如與南通科技投資公司機(jī)床公司的總裝分公司和售后維修部合作，確定以數(shù)控車床和立式加工中心裝配調(diào)試任務(wù)為切入點(diǎn)，由企業(yè)兼職教師和課程組專任教師共同設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與環(huán)節(jié)。課程設(shè)計思路如圖1所示。為了使項目化教學(xué)內(nèi)容能夠得到真正實施，在已有數(shù)控實訓(xùn)設(shè)備基礎(chǔ)上，課程組引入南京斯沃公司的數(shù)控機(jī)床加工和數(shù)控機(jī)床維修仿真軟件，將企業(yè)操作、裝配和調(diào)試的現(xiàn)場活動搬到屏幕，以此搭建支持項目化教學(xué)實施的實踐平臺。

在斯沃虛擬加工仿真軟件環(huán)境下，學(xué)生可模擬數(shù)控機(jī)床的操作過程，通過對仿真機(jī)床的操作，熟悉機(jī)床操作面板上各按鍵的功能；虛擬維修仿真軟件則提供了機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊、電氣布局模塊、電氣裝配模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和故障診斷模塊，學(xué)生通過這些模塊提供的逼真的環(huán)境，學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床拆裝、數(shù)控機(jī)床裝配、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)調(diào)試及故障診斷的方法。結(jié)合選自典型工作任務(wù)、精心設(shè)計的課程項目內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)并完成項目任務(wù)的同時，可以體驗從機(jī)械零部件裝配、電氣控制系統(tǒng)裝配、機(jī)電聯(lián)調(diào)到最終產(chǎn)品質(zhì)量檢測的完整生產(chǎn)過程，在“體驗”中，分析問題和解決問題，完成知識、技能的“同化”和“順應(yīng)”，從而實現(xiàn)專業(yè)教學(xué)過程與生產(chǎn)過程在數(shù)字化資源環(huán)境下的對接。

圖1 課程設(shè)計思路

2 虛擬仿真教學(xué)資源為載體的項目化課程內(nèi)容設(shè)計

虛擬仿真教學(xué)資源只是為實施項目化教學(xué)提供了支持，合理設(shè)計的項目任務(wù)才是項目化教學(xué)成功的基礎(chǔ)[4]。本課程的項目設(shè)計按照數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試、維修實際工作過程，選取典型工作任務(wù)，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和職業(yè)能力形成規(guī)律，以虛擬仿真資源為項目內(nèi)容的載體，將課程內(nèi)容設(shè)計為5大項目，詳見表1。每個項目均由基礎(chǔ)層、強(qiáng)化層和拓展層3個層次的任務(wù)組成。

表1 課程內(nèi)容設(shè)計

基礎(chǔ)層部分主要是融合前導(dǎo)課程內(nèi)容，強(qiáng)化后續(xù)學(xué)習(xí)所必需的基本知識、技能和操作規(guī)范，是形成職業(yè)能力、培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)的基礎(chǔ)。通過視頻、動畫和仿真環(huán)境中的操作，使學(xué)生對所學(xué)項目內(nèi)容有感性認(rèn)識和整體認(rèn)識。如“認(rèn)識數(shù)控機(jī)床”項目中設(shè)置的“圓形、棱形工件的加工”任務(wù)，復(fù)習(xí)和強(qiáng)化了前導(dǎo)課程“數(shù)控機(jī)床加工與編程”中學(xué)習(xí)的編程方法、加工工藝和數(shù)控機(jī)床操作方法，完成“認(rèn)識數(shù)控機(jī)床部件組成”的任務(wù)，為后續(xù)“機(jī)床精度測量”項目的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。“數(shù)控機(jī)床電氣部分裝調(diào)”項目中，設(shè)置數(shù)控機(jī)床控制中相對簡單的“冷卻水泵控制部分裝調(diào)”任務(wù)，學(xué)生利用虛擬仿真軟件的裝配模塊和調(diào)試模塊，完成冷卻水泵控制電路裝配和調(diào)試任務(wù)，旨在通過識圖、繪圖以及元器件選型、布局和連線訓(xùn)練，與前導(dǎo)課程“機(jī)床電氣控制與PLC”課程知識融合，進(jìn)一步強(qiáng)化職業(yè)崗位要求的識圖能力以及安全操作和技術(shù)規(guī)范意識等基本技能和素質(zhì)。強(qiáng)化部分強(qiáng)調(diào)綜合性，項目內(nèi)容以職業(yè)核心技能為主線，根據(jù)初級、中級、高級職業(yè)資格要求進(jìn)行設(shè)計。設(shè)置的任務(wù)由淺至深，由單項技能到復(fù)合技能。如整機(jī)調(diào)試部分，除了設(shè)置高級工職業(yè)資格要求的核心技能“定位精度檢測、反向間隙補(bǔ)償”外，還設(shè)置了螺距誤差補(bǔ)償、工作精度檢測等綜合性任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題過程中，利用所學(xué)知識和技能，掌握探索解決復(fù)雜問題的方式和方法。拓展部分則強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性和創(chuàng)造性，如“自動換刀裝置”項目中，引入高性能復(fù)雜機(jī)床中的“機(jī)械臂自動換刀”裝置；“整機(jī)調(diào)試”項目中引入高級檢測診斷手段“進(jìn)給驅(qū)動優(yōu)化”等知識和技能，為學(xué)生今后職業(yè)能力的提升打下基礎(chǔ)。

3 虛擬仿真與實際操作有效融合的實訓(xùn)環(huán)境建設(shè)

利用虛擬仿真軟件作為項目化教學(xué)實施的平臺，學(xué)生可以執(zhí)行數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試、維修中的各項工作任務(wù)，解決了實物實訓(xùn)易破壞、難恢復(fù)、不安全、設(shè)施設(shè)備不足、實訓(xùn)指導(dǎo)教師不足等眾多難題。但虛擬環(huán)境中的體驗，并不能替代實物操作的真實感受，與真實的職業(yè)工作過程體驗仍有區(qū)別。為此，課程組以真實數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品和以部件分散形式組成的數(shù)控機(jī)床作為綜合訓(xùn)練的平臺，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下獲得的經(jīng)驗通過真實情況下的體驗得以進(jìn)一步強(qiáng)化和驗證。部件分散形式的數(shù)控機(jī)床，將機(jī)床關(guān)鍵部件如主軸部件、滾珠絲杠螺母副、導(dǎo)軌副、自動換刀裝置和伺服系統(tǒng)等，從整機(jī)中分離出來，學(xué)生據(jù)此能更加清晰地掌握設(shè)備核心部件的細(xì)微結(jié)構(gòu)以及相互運(yùn)動；而完整的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品則可以讓學(xué)生體驗真實的工作環(huán)境和操作狀態(tài)。通過這樣虛實結(jié)合的實踐訓(xùn)練，大大提高了學(xué)生的實際動手率和任務(wù)完成率，使課堂教學(xué)、虛擬仿真、實際操作三位一體，創(chuàng)建了學(xué)習(xí)的最佳環(huán)境和情境，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)活動與生產(chǎn)實踐有機(jī)融合、虛擬仿真與職業(yè)活動有效銜接。以項目三的教學(xué)內(nèi)容為例，圖2—圖6呈現(xiàn)的是依照實際電氣裝調(diào)工作過程而設(shè)計的項目任務(wù)，學(xué)生在虛實結(jié)合的實踐環(huán)境中，可以體驗從元器件選擇—電器元件排版布局—導(dǎo)線選擇和連線—線路檢測—系統(tǒng)上電調(diào)試—參數(shù)設(shè)置的全過程，通過邊操作邊學(xué)習(xí)，建構(gòu)相關(guān)的職業(yè)知識和職業(yè)技能。

圖2 元器件的選用、模型和規(guī)格

圖3 元器件完成排版的裝配效果

圖4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)電氣連接圖

圖5 FANUC 0i-MATE數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置仿真

4 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)課程為平臺的學(xué)習(xí)指導(dǎo)

圖6 從用“虛擬萬用表”進(jìn)行線路檢測到實際電路檢測

為了引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和拓展課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，課程組建設(shè)了課程網(wǎng)站，提供了課程標(biāo)準(zhǔn)、教案、電子課件、教師授課視屏、動畫視頻、錄制的操作視頻等教學(xué)資源，并設(shè)置了學(xué)習(xí)導(dǎo)航、資料索引、知識地圖等指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的欄目，給學(xué)生搭建了助學(xué)平臺。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，按照教師下發(fā)的任務(wù)單，通過該平臺進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，既可以鞏固課堂知識，及時檢驗學(xué)習(xí)效果，又可以拓展視野，隨時了解最新技術(shù)動態(tài)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)由課堂內(nèi)向課堂外的延伸。課程網(wǎng)站還建立了學(xué)習(xí)論壇，對于在自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，學(xué)生可以通過論壇尋求教師和其他同學(xué)的幫助，實現(xiàn)互助學(xué)習(xí)，教師也可以通過該論壇發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，從而及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，實現(xiàn)有效教學(xué)的目的。

5 虛擬實訓(xùn)軟件為手段的考核評價

虛擬仿真實訓(xùn)平臺所具有的教學(xué)管理功能為及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供了方便，教師可以根據(jù)教學(xué)需要，在每項任務(wù)完成后，通過軟件的自動設(shè)置故障和自動評判功能，設(shè)置與本任務(wù)內(nèi)容相關(guān)的故障，對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核評判，通過現(xiàn)場測試、現(xiàn)場評分的考核辦法，評判學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。利用軟件提供的綜合分析功能，可以及時得到教學(xué)效果的反饋，便于對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行指導(dǎo)和校正，以進(jìn)一步提高學(xué)生的職業(yè)技能水平與知識綜合應(yīng)用能力，從而克服了傳統(tǒng)大班教學(xué)中教師指導(dǎo)不足的弊端。

6 結(jié)論

“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修”課程教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試和維修崗位職業(yè)能力為目標(biāo)，以工作過程為主線，以典型實際工作任務(wù)為依據(jù)，設(shè)計和序化課程教學(xué)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，將多元化的、虛實結(jié)合教學(xué)資源作為教學(xué)載體，使學(xué)生在完成任務(wù)的同時，親歷“裝配、調(diào)試、檢測、故障診斷”的完整工作過程，從而使學(xué)生在為了取得工作成果的整個過程中獲得處理復(fù)雜工作環(huán)境的職業(yè)能力，逐漸構(gòu)建職業(yè)知識，訓(xùn)練職業(yè)技能，養(yǎng)成職業(yè)素質(zhì)。

[1]左家奇.職業(yè)教育要為先進(jìn)制造業(yè)培養(yǎng)技能型創(chuàng)新人才[J].教育探索，2010(7)：146-147.

[2]李志華.數(shù)控技術(shù)：培養(yǎng)的豈止是藍(lán)領(lǐng)[J].高校招生：高考升學(xué)版，2007(7)：65-66.

[3]甄久軍.基于項目化教學(xué)的“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修”課程改革與實踐[J].職業(yè)技術(shù)教育，2010(8)：26-28.

[4]徐國慶.職業(yè)教育項目課程開發(fā)指南[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.

（責(zé)任編輯：胡梅）

Project Teaching Reform for The Course of CNC Equipment Diagnosis and Maintenance Based on an Integration of Virtual and Real Platforms

CAO Jian
(Nantong Vocational University，Nantong 226007，China)

Project teaching reform for the course of CNC Equipment Diagnosis and Maintenance creates a new teaching mode based on working-learning integration.For the purpose of promoting students’professional abilities,the reform is carried out based on the work-process-oriented teaching mode.The course content is selected from the typical tasks,and organized according to workflow.By virtual and real practice support resources,we make a new way of work-learning combination,so the teaching process can be completed like the actual work process，and good teaching effects can be achieved.

project teaching；digital teaching resource；virtual；work-process-oriented

G642.0

B

1671-6191（2014）02-0088-04

2014-04-28

曹?。?967-），女，江蘇南通人，南通職業(yè)大學(xué)副教授，研究方向為運(yùn)動控制集成、數(shù)控技術(shù)。

南通職業(yè)大學(xué)高等教育教改研究課題（編號2011-ZD-08）。