高职机械加工专业课堂教学策略及实践训练研究

贺义宗

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

0 引言

随着工业4.0时代来临，我国传统制造业已经无法满足当前市场经济发展的需求，信息化、数字化、智能化时代颠覆了传统制造业，数控加工在领域内发挥了巨大作用，提高了制造企业的生产力，推动了各项技术水平的不断提升。制造领域重复性、批量化的生产已经融合了机械加工，提高了单位产值，促进企业经济效益的提升。本文针对高职院校机械加工专业人才的培养模式进行分析，阐述了运用先进的教学手段，促进机械加工业人才在校期间掌握更加先进的理论、技术和实践经验，为社会培养更多多元化、复合型的高素质技术技能人才。

1 高职机械加工专业课程分析

高职院校教师在日常教学中，侧重对理论知识的讲解，让学生对机械加工有更加全面的概念认知，对数字化制造的全流程有更加深入的了解。这虽然符合高职院校机械加工专业教学标准的要求，但学生缺乏实践操作，无法将所学的理论知识内化为数字化制造的实际应用能力，影响学生学习积极性和内在动力，长此以往，导致学生出现逆反情绪，影响专业技能的提升[1]。因此，为了有效提高高职机械加工专业教学效果，应根据当前教学实际情况，改进教学策略，迎合现代化、信息化、智能化技术要求。

2 高职机械加工专业课堂教学策略

2.1 信息化技术的应用

2.1.1 提高信息化教学资源使用效果

首先，加强教学过程中的信息技术利用率。教师在教学过程中，为了确保学生安全，在参观数控设备运行过程中，一般通过窗口观察，受到钣金封闭外厢的限制，学生很难对深层次的技术细节掌握[2]。运用信息化数据加工技术教学，教师可以借助多媒体设备向学生展示动态的、连续的聚焦刀具切削过程，教师还可以把相关教学视频发布到班级微信群，学生可以不受时间、地点限制，反复观看技术要领。信息技术支持下，学生可以对仿真操作增强理解力。例如，教师在讲解代码的内涵时，应将对应的程序编制方式向学生展示，学生可以尝试仿真操作处理，促进数据加工技术水平的提升，避免实践过程中出现失误性操作带来安全隐患。学生在操作过程中，应根据教师的指点和帮助，及时发现自身操作不足，例如，在数控程序编译或者输入过程中出现的错误，会影响设备的安全性，为了避免因失误导致机床受损，应提高各环节的精准性。其次，教师演示。机械数控加工专业在设备操作教学过程中，应全面分析机械结构并做对应演示。例如，车床手轮操作中，学生在观察刀架移动过程中，无法同时关注到手轮操作，更不能转换手轮方向和坐标，学生如果想掌握手轮操作技术，不支持同步观察刀架移动轨迹，因此，即便教师做了对应演示，学生也很难理解数控加工的核心技术。如果学生做演示无法全面观察，教师还应借助信息技术，呈现数控程序编译、动态展示设备部件的运动轨迹，让学生理解内部构件之间的对应关系，提高学生的理解能力。由于数控设备运行模式有所差异，因此，应让学生对每个模式的操作都进行观察，通过对比数控设备不同模式之间的关联性，促进演示效果的提升。

2.1.2 拓展教学新空间

首先，可以拓展学习空间；教师可以从传统教师教学环境下，延展到课外制造车间进行教学互动，还可以借助信息化、网络化技术，让学生与生产车间技术人员互动交流，帮助学生理论知识的内化。其次，拓展演示空间；教师在课堂教学过程中，为了让学生深入了解技术内涵，应借助信息化设备扩大技术细节，如果需要演示的技术类型难度较大，例如，数据切削过程中，应对刀具的受力及表面质量对应关系进行演示，通过学生拓展演示的形式，充分了解到外圆车削的切削运动和加工表面之间关系，避免亲临加工现场增加安全隐患，还可以为后续生产实践夯实技术基础。最后，拓展交流空间；教师在课堂理论知识讲解与演示过程中与制造车间操作现场存在一定的差异，不同学生对同一个技术性能理解能力也有所差异，传统课堂中，教师面对学生的疑问都是在课堂上面对面解决，但由于课堂时间有限，不能兼顾到每个学生、所有技术知识点[3]。因此，教师可以借助信息网络技术开辟新的交流渠道，为学生营造交流互动平台，促进学生学习效果的提升。

2.2 虚拟加工技术的应用

高职院校教师在对机械加工专业学生教学过程中，应迎合当前社会发展需要，融合虚拟加工技术的学习与应用。例如，首先应以VERICUT建立模拟机床，根据技术要求设置对应的参数，让学生学习数控代码的编译，并参与到具体实践操作中。教师应参照《数控加工与编程》课程对学生做虚拟加工技术指导，具体流程如下：第一，在实施编程与数控加工之前，应充分了解虚拟加工技术要领，结合现代化加工机床的动画效果图，提高学生深入探究兴趣，学生可以在了解技术应用的前提下，对未来职业生涯做好规划，并落实到具体学习中。第二，教师在教学过程中，如果一味地讲解数控代码等相关理论知识，学生大脑中没有形成数控加工概念，过于抽象的知识学生很难理解，教师借助虚拟加工软件教学，学生可以轻松了解数控代码与技术功能之间的关联性，提高对理论知识的内化，促进理论与实践的结合[4]。第三，教师在理论课程讲解完毕后，为了巩固学生理论知识，还应为学生布置虚拟加工软件相关模拟操作，让学生独立完成数控代码的编制和实操。学生通过独立完成所有操作步骤，才能增强对课堂教学内容的分析和理解。第四，数控加工实践课程中，由于数控机床有限，课堂实践时间有限，学生练习操作机会并不多，为了增强学生实践能力，教师将虚拟加工技术引入到数控实践环节，便于学生在实践过程中借助虚拟加工程序现行操作，分析程序中是否存在问题，节约耗材的同时，提前让学生在数控实践环节做好问题的规避措施[5]。

2.3 虚拟+现实的完整生产过程实践训练

虚拟现实主要是计算机技术将结构与非结构数据转化为电子信号，通过三维模型表现出来，这些并不是真实存在的物体，可以模拟现实中的技术效果，称之为虚拟现实。教学思路主要是教师借助平台进行交互性教学，促进现实教学目标和教学效果的实现。其中虚拟现实技术包括图像处理、人工智能、传感器等信息技术的分支，给人以多重感官效果，教师可以借助这种技术，为学生营造真实的体验及交互[6]。传统虚拟数控仿真软件是一种静态展示，模拟出的数控机床存在一定技术缺陷，但避免了真实操作耗费各类资源和风险性，但这种依赖教师线下教学，无法借助互联网互动，给学生营造拟真的场景，随着近年来各种客观因素限制，线上教学作为必然趋势，为了还原虚拟仿真技术身临其境感觉，还应不断创新教学理念。虚拟实训是营造真实的岗位环境，让学生在拟真的机床设备及拟真操作环境中实践，使用者在移动位置时，相应的数据计算机可以同步运算，操作参数及时传输给终端，给人以真实的模拟操作场景，促进学生各项技术水平的提升。学生还可以不受时间、空间限制，随时随地展开学习，教师可以对实训资源开放，实现教学资源共享机制，学生只要在互联网覆盖区域都可以进行虚拟实训。

虚拟+现实技术是借助信息化系统将日常数据生成电子信号，传输至系统转化为人们感受到的物质，通过三维模型直接模拟出的技术，融合了数字图像处理，多媒体、网络等前沿信息技术。教师可以借助VR技术引入教学中，为学生远程数控实训提供技术支撑，避免传统虚拟仿真练习及实训操作不相容问题。虚拟现实可以借助远程数控实训，在互联网+模式下，实现虚拟仿真练习，实现数控加工实训操作，给人拟真感受。提高高职学生、教师以及虚拟试训之间的互动，促进学生学习效果。虚拟实训教学系统应选择Web3D系统模式，提高虚拟实训教学的有效性，如图1所示，虚拟实训项目内容。目前实训环境建议用SCADA监控模块，远程操作、加工程序管理等，采用工学结合的教学模式，模拟生产加工场景，数控实训基地建立虚拟工厂，促进教学目标的实现。如图2所示，学生可以在数字化工厂完成实训，并与制造企业生产流程实现无缝对接，学生可以借助车间电脑直接传输到加工机床，使学生对车间布局，加工环境深入掌握，提高设计与生产环节的有效衔接。学生通过虚拟工厂实现不同岗位和职业的训练，增加学生对机械数控加工全过程认知，不断积累生产经验运用到工作岗位中。

图1 数控虚拟实训平台功能模块内容

图2 面向机械加工的数控实训中心

3 结语

随着城市化步伐的加快，人们生产、生活发生了颠覆性的转变。机械加工领域推动了社会各领域发展，数控加工技术作为机械加工业的主要技术支持，展现出强大的创造力和生产力。高职机械加工专业教学过程中，教师应充分运用现代化教学手段，提高学生理论联系实践的能力，为推动机械加工的深入研发，为社会培养复合型技术人才而不懈努力。