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(shí)結(jié)合的項(xiàng)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(xiàng)目化課程改革，以促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力成長(zhǎng)為目標(biāo)，以實(shí)際工作過(guò)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(shí)結(jié)合的項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施載體，創(chuàng)建了工學(xué)結(jié)合教學(xué)新模式，實(shí)現(xiàn)了信息化環(huán)境下的教學(xué)過(guò)程與實(shí)際工作工程的對(duì)接，取得了良好的課程改革效果。

項(xiàng)目化教學(xué)；數(shù)字化教學(xué)資源；虛擬仿真；工作過(guò)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(shí)，結(jié)構(gòu)和原理與常規(guī)設(shè)備相比更為復(fù)雜。中國(guó)制造加工業(yè)的企業(yè)對(duì)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(chǔ)備并不足。高職數(shù)控維修專(zhuān)業(yè)正是針對(duì)市場(chǎng)這一需求而設(shè)?？墒?，培養(yǎng)此類(lèi)人才非常不易，他們需要掌握機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)等綜合知識(shí)并有大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累[1-2]。作為該專(zhuān)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(guò)多年的教學(xué)改革和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累，也取得了可喜的教學(xué)業(yè)績(jī)。但由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、價(jià)格昂貴、體積大等特點(diǎn)，以及技術(shù)升級(jí)帶來(lái)設(shè)備更新的風(fēng)險(xiǎn)等因素，學(xué)校一般不太可能大批量購(gòu)入作為實(shí)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(jì)的項(xiàng)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(xiàng)目化改革時(shí)，建立了以虛擬仿真實(shí)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(jì)，使基于工作過(guò)程、集“教學(xué)做”為一體的項(xiàng)目化教學(xué)改革真正得到實(shí)施。

1 虛擬仿真職業(yè)活動(dòng)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(duì)不確定的故障現(xiàn)象，要能判斷并排除，只有在認(rèn)識(shí)和了解數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，輔以一定的檢測(cè)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(zhǎng)三角地區(qū)制造類(lèi)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(kāi)發(fā)課程標(biāo)準(zhǔn)[3]。通過(guò)基于企業(yè)真實(shí)工作過(guò)程的課程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，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(chē)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(zhuān)任教師共同設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)思路如圖1所示。為了使項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容能夠得到真正實(shí)施，在已有數(shù)控實(shí)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(chǎng)活動(dòng)搬到屏幕，以此搭建支持項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施的實(shí)踐平臺(tái)。

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(guò)程，通過(guò)對(duì)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(guò)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(jì)的課程項(xiàng)目?jī)?nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)并完成項(xiàng)目任務(wù)的同時(shí)，可以體驗(yàn)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(cè)的完整生產(chǎn)過(guò)程，在“體驗(yàn)”中，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，完成知識(shí)、技能的“同化”和“順應(yīng)”，從而實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程在數(shù)字化資源環(huán)境下的對(duì)接。

圖1 課程設(shè)計(jì)思路

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

虛擬仿真教學(xué)資源只是為實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)提供了支持，合理設(shè)計(jì)的項(xiàng)目任務(wù)才是項(xiàng)目化教學(xué)成功的基礎(chǔ)[4]。本課程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)按照數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試、維修實(shí)際工作過(guò)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(xiàng)目?jī)?nèi)容的載體，將課程內(nèi)容設(shè)計(jì)為5大項(xiàng)目，詳見(jiàn)表1。每個(gè)項(xiàng)目均由基礎(chǔ)層、強(qiáng)化層和拓展層3個(gè)層次的任務(wù)組成。

表1 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

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(shí)、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(guò)視頻、動(dòng)畫(huà)和仿真環(huán)境中的操作，使學(xué)生對(duì)所學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容有感性認(rèn)識(shí)和整體認(rèn)識(shí)。如“認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床”項(xiàng)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(shí)數(shù)控機(jī)床部件組成”的任務(wù)，為后續(xù)“機(jī)床精度測(cè)量”項(xiàng)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(xiàng)目中，設(shè)置數(shù)控機(jī)床控制中相對(duì)簡(jiǎn)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(guò)識(shí)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(shí)融合，進(jìn)一步強(qiáng)化職業(yè)崗位要求的識(shí)圖能力以及安全操作和技術(shù)規(guī)范意識(shí)等基本技能和素質(zhì)。強(qiáng)化部分強(qiáng)調(diào)綜合性，項(xiàng)目?jī)?nèi)容以職業(yè)核心技能為主線，根據(jù)初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)職業(yè)資格要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)置的任務(wù)由淺至深，由單項(xiàng)技能到復(fù)合技能。如整機(jī)調(diào)試部分，除了設(shè)置高級(jí)工職業(yè)資格要求的核心技能“定位精度檢測(cè)、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(cè)等綜合性任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中，利用所學(xué)知識(shí)和技能，掌握探索解決復(fù)雜問(wèn)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(dòng)換刀裝置”項(xiàng)目中，引入高性能復(fù)雜機(jī)床中的“機(jī)械臂自動(dòng)換刀”裝置；“整機(jī)調(diào)試”項(xiàng)目中引入高級(jí)檢測(cè)診斷手段“進(jìn)給驅(qū)動(dòng)優(yōu)化”等知識(shí)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(shí)際操作有效融合的實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)

利用虛擬仿真軟件作為項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施的平臺(tái)，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(xiàng)工作任務(wù)，解決了實(shí)物實(shí)訓(xùn)易破壞、難恢復(fù)、不安全、設(shè)施設(shè)備不足、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師不足等眾多難題。但虛擬環(huán)境中的體驗(yàn)，并不能替代實(shí)物操作的真實(shí)感受，與真實(shí)的職業(yè)工作過(guò)程體驗(yàn)仍有區(qū)別。為此，課程組以真實(shí)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(tái)，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下獲得的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)真實(shí)情況下的體驗(yàn)得以進(jìn)一步強(qiáng)化和驗(yàn)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(dòng)換刀裝置和伺服系統(tǒng)等，從整機(jī)中分離出來(lái)，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(dòng)；而完整的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品則可以讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的工作環(huán)境和操作狀態(tài)。通過(guò)這樣虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐訓(xùn)練，大大提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手率和任務(wù)完成率，使課堂教學(xué)、虛擬仿真、實(shí)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(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)活動(dòng)與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)融合、虛擬仿真與職業(yè)活動(dòng)有效銜接。以項(xiàng)目三的教學(xué)內(nèi)容為例，圖2—圖6呈現(xiàn)的是依照實(shí)際電氣裝調(diào)工作過(guò)程而設(shè)計(jì)的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生在虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境中，可以體驗(yàn)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(cè)—系統(tǒng)上電調(diào)試—參數(shù)設(shè)置的全過(guò)程，通過(guò)邊操作邊學(xué)習(xí)，建構(gòu)相關(guān)的職業(yè)知識(shí)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(tái)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)

圖6 從用“虛擬萬(wàn)用表”進(jìn)行線路檢測(cè)到實(shí)際電路檢測(cè)

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(dòng)畫(huà)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(shí)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(tái)。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(guò)該平臺(tái)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(shí)，及時(shí)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，又可以拓展視野，隨時(shí)了解最新技術(shù)動(dòng)態(tài)，實(shí)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(duì)于在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，學(xué)生可以通過(guò)論壇尋求教師和其他同學(xué)的幫助，實(shí)現(xiàn)互助學(xué)習(xí)，教師也可以通過(guò)該論壇發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，從而及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的目的。

5 虛擬實(shí)訓(xùn)軟件為手段的考核評(píng)價(jià)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)所具有的教學(xué)管理功能為及時(shí)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(xiàng)任務(wù)完成后，通過(guò)軟件的自動(dòng)設(shè)置故障和自動(dòng)評(píng)判功能，設(shè)置與本任務(wù)內(nèi)容相關(guān)的故障，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核評(píng)判，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分的考核辦法，評(píng)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(shí)得到教學(xué)效果的反饋，便于對(duì)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(shí)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(guò)程為主線，以典型實(shí)際工作任務(wù)為依據(jù)，設(shè)計(jì)和序化課程教學(xué)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，將多元化的、虛實(shí)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(shí)，親歷“裝配、調(diào)試、檢測(cè)、故障診斷”的完整工作過(guò)程，從而使學(xué)生在為了取得工作成果的整個(gè)過(guò)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(shí)，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(xiàng)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(shí)踐[J].職業(yè)技術(shù)教育，2010(8)：26-28.

[4]徐國(guó)慶.職業(yè)教育項(xiàng)目課程開(kāi)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?yàn)檫\(yùn)動(dòng)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(hào)2011-ZD-08）。