浅议高职数控车床实训教学中的问题及改进策略

黄志伟,沈艳河,谷礼新

(黄河水利职业技术学院机械工程学院,河南开封,475004)

在我国高职院校数控专业实训教学过程中,数控车床实训是学生必修的一门实践课程。数控专业的学生通过数控车床实训掌握数控车床编程、数控车床操作及数控车床的日常保养和维护,完成对轴类、盘类、套类回转体零件的车削加工,提升学生的实践操作能力,培养学生的职业素养,让学生达到高级数控车工的水平和数控车加工的工作岗位要求。[1]但是,高职院校在数控车床实训教学过程中缺少机械制造技术、信息化技术、可视化技术和虚拟仿真技术的融入,同时存在教学方法单一、实训教师能力培养缺失等一系列问题,严重影响数控车床实训的教学效率和教学质量。本文结合高职院校的实际教学情况,提出改进数控车床实训教学的思路,旨在提升数控车床实训教学的效果,为国家机械制造行业培养更多高技能型人才。

一、实训教学现状及现存问题

(一)实训教学现状

高职院校数控专业学生在学完数控车床编程与操作课程之后,将会开展数控车床实训以巩固和消化所学的理论知识。数控车床实训是数控技术专业中一门实践性很强的操作技能课。目前,黄河水利职业技术学院(以下简称我校)使用自编实训任务指导书来指导教学。实训任务指导书主要由数控车床日常维护及安全注意事项、数控车床基本操作、简单轴类零件车削加工、螺纹车削加工、复杂轴类零件车削加工、配合件车削加工、零件加工质量检测七部分构成,其实训内容涵盖了数控车床编程与操作课程的专业知识和专业技能。在时间安排上,数控车床实训通常以整周集中授课的方式开展实践教学。数控技术专业的实训时长为2周,每天5个学时,共计50学时;机械设计与制造专业的实训时长为2周,每天5个学时,共计50学时;机电一体化技术专业的实训时长为1周,每天5个学时,共计25学时。数控车床实训一般在数控实训车间进行,数控实训车间配备FANUC数控系统数控车床10台、GSK数控系统数控车床6台、SIEMENS数控系统数控车床4台、用于数控车加工仿真台式计算机40台。实训教师授课时一般先讲解仿真软件基本操作、机床控制面板按键操作、机床对刀操作、加工程序编制、程序输入等实训项目,随后让学生结合实训任务书进行操作练习。学生实训成绩按五级等级制进行评定,学生的成绩评定以考勤、安全规范操作、平时表现、任务完成质量为主要参考标准。

(二)实训教学现存问题

数控车床编程与操作实训教学多选取单个零件作为任务载体,任务形状由简单到复杂,任务难易程度符合学生的认知规律。但是,数控车床实训教学未能突出课程特色,课程实训教学难以适应职业教育新形势和现代制造业对数控车床的岗位要求,从而影响课程教学质量和学生的学习效果,也会对学生就业率产生一定影响。目前,数控车床实训教学存在以下几个方面的问题。

1.教学资料与教学资源不足

目前,数控车床实训的主要教学资料仍然是实训任务指导书,缺少配套的课程标准、教学设计、考核标准及题库等实训教学资料。同时,实训项目缺少配套的数字教学资源,不利于学生课后自学和教师对信息化教学资源的开发建设。在传统数控车床实训过程中,实训教师通过现场演示教学完成仿真软件操作、工件装夹、对刀操作和工量具使用等教学内容,学生按照教师的操作示范进行练习。但不同的授课教师对学生的教学要求和考核标准不同,数控车床实训教学存在一定的随意性。

2.教学组织与考核不合理

高职院校数控车床实训通常面向一个班或两个班进行授课,每班有30—40名学生,并配置两名实训教师。实训教师在操作演示时将学生分为两组,每名实训教师各带一组学生进行讲解和操作演示。不同于普通车床,数控车床安装有防护罩,学生只能在教师一侧听课,往往只有前排的学生能够看清和听清实训教师的演示和讲解。实训教师讲解完编程和操作要点,每台数控车床安排3—4名学生进行操作,一名学生操作数控车床车削工件,其余学生在电脑上进行仿真操作。此外,实训教师的课堂考勤主要是课前点名,对学生在实训过程中的表现缺乏管理和组织,极大地影响了实训教学效率。同时,实训教师对学生的成绩评定仅关注日常考勤和学生提交的车削加工工件,并未对学生提交的工件精度和表面质量进行严格考核,导致部分学生在车削加工过程中缺少精度检测和尺寸误差补偿。

3.实训指导书与教学载体缺乏新意

高职院校数控车床实训指导书大多内容陈旧,内容更新不及时。近年来,高职院校采购了大量数控实训设备用于实践教学。我校数控车床实训车间增添了GSK数控系统数控车床和SIEMENS数控系统数控车床,数控车操作系统、操作界面与之前的FANUC数控系统机床有很大不同,但实训指导书并未增加相应的操作系统编程知识和操作界面按键功能介绍。同时,实训指导书仅涵盖了学生需掌握的理论知识和实践技能,并未融入企业生产元素,导致教学内容与企业生产脱节。此外,实训教学对教学载体的选择与创新不够重视,现有教学载体不能有效激发学生的学习兴趣,难以取得较好的教学效果,从而影响人才培养质量。

4.师资能力与数控设备不足

高职院校的教师大多为高校的硕士或博士研究生,教师的学术能力较强,但实践动手能力较弱,难以承担理实一体化教学的重任。部分教师在授课时照本宣科,不利于培养学生的操作技能和技术应用能力,更难以开展创新教育。因此,提升青年教师的实践能力是教师团队能力培养的首要工作。受到多种因素的制约,虽然高职院校已经投入了大量的人力和财力,鼓励青年教师下企业进行实践锻炼,但实际效果并不理想。此外,高职院校用于数控车床实训教学的设备数量不足,且设备缺乏保养导致设备老旧,多名学生共用一台数控车床或使用有精度问题的数控车床,极大地影响了学生实践能力的提升。

5.课程与技能证书缺乏融合

高职院校数控技术专业的学生毕业时要考取数控车工高级证书或数控铣工高级证书。数控车床实训教学内容与职业资格标准缺乏融合,实训课程教学标准、考核评价等教学资料不够完善,教师未能将数控车高级工需要掌握的知识和技能融入实训教学,从而影响学生技能证书的通过率。

6.教学内容与技能竞赛脱节

全国职业院校技能大赛是高职院校提高人才培养质量的一个重要平台,是职业教育高质量发展的重要举措,也是企事业单位招聘人才的一个风向标。[2]数控车床不仅是国家职业技能大赛的赛项,也是世界技能大赛的赛项。在竞赛过程中,选手普遍采用CAXA数控车软件画出工件图形进行自动编程。但目前数控车床的实训教学内容仍旧以教授学生手工编程为主,学生遇到工件上椭圆加工或抛物线加工情况时就会束手无策,因为多数学生不会使用宏程序编写椭圆或抛物线加工程序。此外,各类数控车床技能大赛的考核内容主要包括工件加工工艺的合理制订、配合件和各类螺纹的数控车削加工。然而,目前高职院校的数控车床实训教学仍主要讲解单件零件加工的知识,缺少螺纹加工知识的教学。

二、数控车床实训教学改革思路

(一)丰富教学资源和教学资料

1.巧妙设计微课

目前,高职院校学生普遍拥有智能手机、台式电脑、笔记本电脑等电子产品,实训教师可以把教学内容分成多个课堂教学视频项目,将数控车床编程与操作实训的知识点(讲解视频)、技能点(操作演示视频)与典型任务对应起来,在实训教学过程中突出可视化教学。[3]教师可借助仪器设备将学生的实训过程录制下来,剪辑和制作一些典型案例视频,让学生通过观看实训视频加强对安全操作等事项的认识。例如,教师可通过微课视频展示数控车床编程指令、数控车床仿真、数控车床控制面板操作、工件装夹、对刀操作、误差补偿等操作技巧。教师可根据不同的教学内容适当改变视频制作模式,激发学生的学习兴趣。

2.开发特色实训指导书

实训指导书的编写应体现工学结合的特点,实训教师应根据企业岗位技能要求和数控专业实践技能现状,以贴近真实产品生产要求和激发学生学习兴趣为出发点,以提高实训教学质量为前提,开发特色实训指导书。特色实训指导书的编写应采用模块化的形式,根据数控车床编程与操作的难易程度分别融入各个实训模块,结合数控车床相关的专业知识与拓展技能。特色实训指导书的内容可分为初级、中级、高级三个阶段,实行实训教学与产品生产相结合的教学模式,以满足不同水平学生的学习需求。

3.编制数控技能大赛试题集

全国举办的各类职业院校数控技能大赛是对数控专业教育质量的有效检验,数控技能大赛试题反映了数控专业学生的发展水平。我校的数控专业带头人组织教学骨干梳理往届各类数控技能大赛试题的知识点,仔细研究试题中的重难点知识,针对大赛试题编制出几种不同的机械加工工艺,让学生找出不同机械加工工艺的优缺点。比起编程与操作,数控技能大赛更重视工艺的比拼。学生通过学习往届数控技能大赛的试题,能够了解和掌握更多的新工艺、新方法,为今后参加技能竞赛打好基础。

4.制作“实体教材”展示窗

数控车床“实体教材”展示窗通过选择往届数控技能大赛的零件和典型零件,按照生产工艺流程,将其以实物的形式展示出来,并辅以数控车床操作步骤和操作要领的真实车削加工场景的图片、工艺参数、技术要领,制成一个展示窗。[4]将数控车床加工的典型零件(轴类零件、盘类零件、套类零件)的每道工序以实体的形式进行展示,突出实体教学方式的直观性,便于数控专业的学生理解和掌握各类零件的加工工艺。实训教学形式为讲看结合,利用数控车床实体教材多方位展现零件加工步骤,教学形式灵活多样,增加学生自主学习和思考的机会,有利于培养学生的独立工作能力和创新思维。

5.创新教学载体

选取由3—4个零件组成的配合件,此配合件应是学生可以日常使用的物品,教学载体应具有新颖性、实用性、经济性、可操作性及与专业人才培养相衔接的特点。实训教师在分组教学时,可将6—8名学生分为一组,每两名学生协作加工一个零件。实训教师可根据零件加工的难易程度为各小组成员分配任务,小组成员每加工完一个零件,应相互交叉,重新组合。实训结束后,每名学生应有自己的作品。教学创新载体要突出创新引领、兴趣激发、教学相长等特点,帮助学生熟练掌握数控车床编程与操作技能。此外,学生可将自己的学习成果展示给家人和应聘单位,提高学校的知名度和就业率。

(二)教学内容与“技证”接轨

1.技能竞赛

目前,世界技能大赛、全国职业院校技能大赛、金砖国家职业技能大赛等赛事列有数控车床加工技术赛项,数控车床实训教学内容和教学方法应与技能大赛接轨。通过实施项目化教学、一体化教学,帮助学生掌握数控车床编程、操作、工艺、数控加工刀具及夹具等内容,使学生牢固掌握数控车床加工相关知识和技能。同时,学校应仔细分析数控技能竞赛项目并将其引入实训教学,让学生在实训过程中运用创新性思维去发现、分析和解决问题,确保工件符合精度要求。

2.职业资格证书

2019年,国务院印发《国家职业教育改革实施方案》,教育部立即开展“学历证书+若干职业技能等级证书”制度试点工作,推动高职学历教育与获得职业资格证书相互融合。[5]高职院校的数控车床实训教学应根据职业资格证书制度,积极革新实训授课内容,对接职业标准,将职业标准作为实训考核标准。实训教师可将考取职业资格证书所需理论与职业技能鉴定的内容融入教学过程,提升学生职业资格证书的通过率。

(三)加强实训软硬件建设

1.提升实训教师实践能力

首先,学校可聘请企业数控技术能手、省级数控技术能手和国家级数控技术能手对数控车床实训教师进行系统的技能培训,学校组建考核组对培训教师进行考核,考核合格者将获得数控车床实训教学资格。其次,学校可定期选派实训教师到企业进行实践锻炼,参与企业生产工作,了解企业岗位能力需求,提升自身的实践能力。同时,学校可定期选派实训教师去获得全国职业院校技能大赛一等奖的高职院校进行交流学习。最后,实训教师应积极指导学生参加各类数控车床技能竞赛,以提升学生的竞赛水平。

2.加强实训硬件设施建设

数控车床实训室建设应结合人才培养方案和培养目标,帮助学生学会数控车床编程和数控车床操作,以培养学生利用数控车床完成零部件加工的能力为重点。数控系统应注重多样化,如FANUC系统、SIEMENS系统、华中数控系统、广数数控系统等,多样化的数控系统既符合各类数控技能大赛的赛事要求,又能帮助学生更快适应不同的岗位需求。数控实训室应保障2—3人使用1台数控车床,CAD/CAM实训室应确保1—2人使用1台计算机,数控车床应配置有数据线接口或者无线网络传输设备,方便学生利用CAXA软件自动编程进行在线传输,节省利用操作面板输入程序的时间。

3.建立校外实训基地

学校可通过开展校企合作,在企业里建立校外实训基地,让学生在真实的工作环境中学习和锻炼,进一步增强学生的实践能力。学校应根据企业实际情况合理选择合作单位,校外实训基地应为学生提供动手操作数控车床的实践环境,真正提升学生的实践能力和专业素质。建立校外实训基地能够让学生体验真实的工作环境,培养学生的团队协作意识、沟通能力和组织管理能力。

(四)改革教学模式和考核方法

1.构建“五步法”教学模式

“五步法”教学模式是以创新载体(便携式钻孔点定位仪)为驱动的教学模式,通过真实产品激发学生的学习兴趣。第一步,在实训教师的引导下,学生通过观看视频、录像、课件了解项目背景、市场痛点和产品信息。第二步,实训教师布置学习任务,学生根据学习任务分析创新载体装配图和零件图。第三步,在实训教师的指导下,学生制作自主学习提纲,通过查阅专业书籍、工具书、网络资源制订工作计划。第四步,实训教师根据学生的实际情况进行分组和任务分工,学生互相交流展示自学成果。实训教师指导学生完成创新载体零件图的分析过程、加工工艺步骤,编写加工工艺卡,确定学习任务计划。第五步,实训教师根据学生的操作技能掌握情况,对学生存在的螺纹车削、细长轴车削难点进行讲解。在加工过程中,各小组成员先从简单零件做起,由易到难,循序渐进。实训教师巡回指导,注重培养学生加工时的规范操作意识和安全意识,引导学生按照规定的加工工艺独立完成数控车削任务。在学生完成各个零件加工任务后,实训教师应根据每名学生的实际情况进行质量控制,突出教学的层次性,充分培养学生的动手操作能力和创新意识。

2.开展“传帮带”组织教学

为进一步提升教学效率和教学效果,学校可建立“传帮带”长效机制,利用传、帮、带促进学生实践能力的提升。实训教师可根据本学期班级数控车床实训情况,组织班长根据班级学生的实际学习情况对学生进行合理分组,挑选成绩好、动手能力强、有责任心的学生担任小组组长。在数控车床实训过程中,各组组长能够充当教师助手,为小组成员提供帮助和指导。实训教师可提前教授各组组长数控车床实训的相关知识,各组组长可利用课余时间学习数控车床的基本操作、数控车床仿真软件的使用。

3.合理安排实训时间

数控车床编程与操作理论授课与数控车床实训在时间衔接上应科学合理。高职院校通常在第三学期开设“数控车床编程与操作”课程,部分学校将数控车床实训安排在第三学期末,也有学校将数控车床实训安排在第四学期,导致理论课与实践课之间的时间间隔太长,对实训教学质量影响较大。因此,数控车床实训时间的安排应避免与理论课间隔过长,应尽可能地把理论教学和实践教学安排在同一个学期。针对理论课与实践课间隔较长的情况,实训教师可提前为学生提供一些学习资料,布置具有针对性的学习任务,为今后的数控车床实训做好准备,提高实训教学效果。

4.采用“四位一体”考核评价模式

“四位一体”考核评价模式是在传统考核评价基础上,建立一种全新的考核评价模式,增加对学生学习过程的评价。通过实训过程评价、专业操作能力评价、专业知识能力评价和非专业知识能力评价,实现终结性评价与过程性评价的有机结合。[6]实训教师通过观察学生在实训中的表现,将学生自评与教师评价结合起来,让学生认识到自己的不足之处及改进方法。专业知识能力评价采用开卷考试的形式,学生可通过查阅资料、手册完成考核。专业操作能力评价主要考核学生在实训操作中的表现和零件制作完成情况,非专业知识能力评价主要考核学生的沟通能力、责任心、团队协作能力、独立完成任务的能力。学校针对“四位一体”考核评价模式制定可量化的测评指标,实现对学生实训效果的全面考核,增强学生自我完善和自觉探索的意识。

三、结语

本文围绕高职院校数控技术专业中数控车床实训教学存在的教学资源匮乏、教学效率低下、师资队伍建设滞后等问题,结合学生认知规律和生产岗位实际需求,分别从“丰富教学资源”“深化课证融合”“创新教学模式”“改革教学评价”“加强师资建设”等方面出发,探索提升数控车床实训教学效果的具体路径,旨在激发学生的学习兴趣和自主学习能力。教师在实训过程中运用“五步法”“传帮带”组织实施教学,充分调动学生的学习积极性。采用“四位一体”考核评价模式,使考核评价贯穿整个实训教学,使终结性评价与过程性评价有机结合起来。我校通过一系列改革举措有效解决了数控车床实训教学的现存问题,提升了实训教学效果,增强了学生的创新意识和实践能力,学生的就业质量也得到了相应提高。