数控机床维修课程虚实结合的项目化改革

曹健

(南通职业大学，南通 226007)

数控机床维修课程虚实结合的项目化改革

曹健

(南通职业大学，南通 226007)

“数控故障诊断与维修”项目化课程改革，以促进学生职业能力成长为目标，以实际工作过程为主线，以典型工作任务为教学内容，依靠多元的、虚实结合的项目化教学实施载体，创建了工学结合教学新模式，实现了信息化环境下的教学过程与实际工作工程的对接，取得了良好的课程改革效果。

项目化教学；数字化教学资源；虚拟仿真；工作过程导向

数控机床是现代制造业的基础和关键设备，它融合了多学科知识，结构和原理与常规设备相比更为复杂。中国制造加工业的企业对数控机床维修人才需求很大，但维修数控机床的人才储备并不足。高职数控维修专业正是针对市场这一需求而设。可是，培养此类人才非常不易，他们需要掌握机、电、液、计算机等综合知识并有大量实际经验的积累[1-2]。作为该专业的核心课程，多数学校在“数控故障诊断与维修课程”教学方面积极倡导工学结合，经过多年的教学改革和教学经验积累，也取得了可喜的教学业绩。但由于数控机床结构的复杂性、价格昂贵、体积大等特点，以及技术升级带来设备更新的风险等因素，学校一般不太可能大批量购入作为实践教学设备。受此因素制约，在目前大班教学环境下，再精心设计的项目也只能是纸上谈兵，严重影响了教学效果，制约了人才培养质量的提高。得益于信息技术的快速发展，一些高职院校数控维修课程在进行项目化改革时，建立了以虚拟仿真实训为主体的教学资源，并以此为载体进行了涵盖培养目标的课程内容设计，使基于工作过程、集“教学做”为一体的项目化教学改革真正得到实施。

1 虚拟仿真职业活动为主线的教学模式

数控机床维修好比医生治病，病症表象具有复杂性和不确定性，课堂教学不可能穷尽所有故障现象。面对不确定的故障现象，要能判断并排除，只有在认识和了解数控机床的组成结构、工作原理和工作过程的基础上，辅以一定的检测手段进行检查，才可能分析判断出引起故障的原因。因此，本课程以服务江苏及长三角地区制造类企业的数控机床装配调试、维护维修相关岗位能力需求为目标，按照数控机床产品生产制造和数控机床维护维修等相关岗位能力要求，与企业共同开发课程标准[3]。通过基于企业真实工作过程的课程开发设计，如与南通科技投资公司机床公司的总装分公司和售后维修部合作，确定以数控车床和立式加工中心装配调试任务为切入点，由企业兼职教师和课程组专任教师共同设计教学内容与环节。课程设计思路如图1所示。为了使项目化教学内容能够得到真正实施，在已有数控实训设备基础上，课程组引入南京斯沃公司的数控机床加工和数控机床维修仿真软件，将企业操作、装配和调试的现场活动搬到屏幕，以此搭建支持项目化教学实施的实践平台。

在斯沃虚拟加工仿真软件环境下，学生可模拟数控机床的操作过程，通过对仿真机床的操作，熟悉机床操作面板上各按键的功能；虚拟维修仿真软件则提供了机床机械结构模块、电气布局模块、电气装配模块、参数设置模块和故障诊断模块，学生通过这些模块提供的逼真的环境，学习数控机床拆装、数控机床装配、数控机床系统调试及故障诊断的方法。结合选自典型工作任务、精心设计的课程项目内容，学生在学习并完成项目任务的同时，可以体验从机械零部件装配、电气控制系统装配、机电联调到最终产品质量检测的完整生产过程，在“体验”中，分析问题和解决问题，完成知识、技能的“同化”和“顺应”，从而实现专业教学过程与生产过程在数字化资源环境下的对接。

图1 课程设计思路

2 虚拟仿真教学资源为载体的项目化课程内容设计

虚拟仿真教学资源只是为实施项目化教学提供了支持，合理设计的项目任务才是项目化教学成功的基础[4]。本课程的项目设计按照数控机床装配、调试、维修实际工作过程，选取典型工作任务，结合学生的认知规律和职业能力形成规律，以虚拟仿真资源为项目内容的载体，将课程内容设计为5大项目，详见表1。每个项目均由基础层、强化层和拓展层3个层次的任务组成。

表1 课程内容设计

基础层部分主要是融合前导课程内容，强化后续学习所必需的基本知识、技能和操作规范，是形成职业能力、培养职业素质的基础。通过视频、动画和仿真环境中的操作，使学生对所学项目内容有感性认识和整体认识。如“认识数控机床”项目中设置的“圆形、棱形工件的加工”任务，复习和强化了前导课程“数控机床加工与编程”中学习的编程方法、加工工艺和数控机床操作方法，完成“认识数控机床部件组成”的任务，为后续“机床精度测量”项目的学习打下基础。“数控机床电气部分装调”项目中，设置数控机床控制中相对简单的“冷却水泵控制部分装调”任务，学生利用虚拟仿真软件的装配模块和调试模块，完成冷却水泵控制电路装配和调试任务，旨在通过识图、绘图以及元器件选型、布局和连线训练，与前导课程“机床电气控制与PLC”课程知识融合，进一步强化职业岗位要求的识图能力以及安全操作和技术规范意识等基本技能和素质。强化部分强调综合性，项目内容以职业核心技能为主线，根据初级、中级、高级职业资格要求进行设计。设置的任务由浅至深，由单项技能到复合技能。如整机调试部分，除了设置高级工职业资格要求的核心技能“定位精度检测、反向间隙补偿”外，还设置了螺距误差补偿、工作精度检测等综合性任务，引导学生在解决问题过程中，利用所学知识和技能，掌握探索解决复杂问题的方式和方法。拓展部分则强调学生的自主性和创造性，如“自动换刀装置”项目中，引入高性能复杂机床中的“机械臂自动换刀”装置；“整机调试”项目中引入高级检测诊断手段“进给驱动优化”等知识和技能，为学生今后职业能力的提升打下基础。

3 虚拟仿真与实际操作有效融合的实训环境建设

利用虚拟仿真软件作为项目化教学实施的平台，学生可以执行数控机床装配、调试、维修中的各项工作任务，解决了实物实训易破坏、难恢复、不安全、设施设备不足、实训指导教师不足等众多难题。但虚拟环境中的体验，并不能替代实物操作的真实感受，与真实的职业工作过程体验仍有区别。为此，课程组以真实数控机床产品和以部件分散形式组成的数控机床作为综合训练的平台，让学生在虚拟环境下获得的经验通过真实情况下的体验得以进一步强化和验证。部件分散形式的数控机床，将机床关键部件如主轴部件、滚珠丝杠螺母副、导轨副、自动换刀装置和伺服系统等，从整机中分离出来，学生据此能更加清晰地掌握设备核心部件的细微结构以及相互运动；而完整的数控机床产品则可以让学生体验真实的工作环境和操作状态。通过这样虚实结合的实践训练，大大提高了学生的实际动手率和任务完成率，使课堂教学、虚拟仿真、实际操作三位一体，创建了学习的最佳环境和情境，实现了学习活动与生产实践有机融合、虚拟仿真与职业活动有效衔接。以项目三的教学内容为例，图2—图6呈现的是依照实际电气装调工作过程而设计的项目任务，学生在虚实结合的实践环境中，可以体验从元器件选择—电器元件排版布局—导线选择和连线—线路检测—系统上电调试—参数设置的全过程，通过边操作边学习，建构相关的职业知识和职业技能。

图2 元器件的选用、模型和规格

图3 元器件完成排版的装配效果

图4 进给伺服系统电气连接图

图5 FANUC 0i-MATE数控系统参数设置仿真

4 数字化网络课程为平台的学习指导

图6 从用“虚拟万用表”进行线路检测到实际电路检测

为了引导学生自主学习、预习、复习和拓展课堂学习内容，课程组建设了课程网站，提供了课程标准、教案、电子课件、教师授课视屏、动画视频、录制的操作视频等教学资源，并设置了学习导航、资料索引、知识地图等指导学生自主学习的栏目，给学生搭建了助学平台。学生可以根据自己的学习情况，按照教师下发的任务单，通过该平台进行课前预习和课后复习，既可以巩固课堂知识，及时检验学习效果，又可以拓展视野，随时了解最新技术动态，实现学习由课堂内向课堂外的延伸。课程网站还建立了学习论坛，对于在自主学习过程中遇到的问题，学生可以通过论坛寻求教师和其他同学的帮助，实现互助学习，教师也可以通过该论坛发现学生学习过程中遇到的问题，从而及时调整教学内容和进度，实现有效教学的目的。

5 虚拟实训软件为手段的考核评价

虚拟仿真实训平台所具有的教学管理功能为及时了解学生学习效果提供了方便，教师可以根据教学需要，在每项任务完成后，通过软件的自动设置故障和自动评判功能，设置与本任务内容相关的故障，对学生学习效果进行考核评判，通过现场测试、现场评分的考核办法，评判学生的学习效果。利用软件提供的综合分析功能，可以及时得到教学效果的反馈，便于对学生的学习行为进行指导和校正，以进一步提高学生的职业技能水平与知识综合应用能力，从而克服了传统大班教学中教师指导不足的弊端。

6 结论

“数控机床故障诊断与维修”课程教学，以培养学生数控机床装配、调试和维修岗位职业能力为目标，以工作过程为主线，以典型实际工作任务为依据，设计和序化课程教学内容。在此基础上，将多元化的、虚实结合教学资源作为教学载体，使学生在完成任务的同时，亲历“装配、调试、检测、故障诊断”的完整工作过程，从而使学生在为了取得工作成果的整个过程中获得处理复杂工作环境的职业能力，逐渐构建职业知识，训练职业技能，养成职业素质。

[1]左家奇.职业教育要为先进制造业培养技能型创新人才[J].教育探索，2010(7)：146-147.

[2]李志华.数控技术：培养的岂止是蓝领[J].高校招生：高考升学版，2007(7)：65-66.

[3]甄久军.基于项目化教学的“数控机床故障诊断与维修”课程改革与实践[J].职业技术教育，2010(8)：26-28.

[4]徐国庆.职业教育项目课程开发指南[M].上海：华东师范大学出版社，2009.

（责任编辑：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

曹健（1967-），女，江苏南通人，南通职业大学副教授，研究方向为运动控制集成、数控技术。

南通职业大学高等教育教改研究课题（编号2011-ZD-08）。