論數(shù)控機床維修課程實踐教學的改革

張英華

隨著加工行業(yè)數(shù)控機床的大量應(yīng)用，企業(yè)對數(shù)控機床操作、安裝調(diào)試等人員的需求很大，特別是維修人員。為滿足企業(yè)需求，很多學校都開設(shè)了數(shù)據(jù)機床維修的相關(guān)課程。數(shù)控機床維修一方面內(nèi)容跨度大、綜合性高，另一方面具有非常強的實踐性要求，因此，該類人才的培養(yǎng)除傳統(tǒng)的理論教學外，需要大量高質(zhì)高效的實踐練習。筆者根據(jù)多年的維修經(jīng)驗和教學積累，在數(shù)控機床維修實踐教學改革方面進行了探索和實踐，收到了良好效果。

一、傳統(tǒng)實踐教學存在的典型問題

（一）實踐課占總課時比例偏小，內(nèi)容單調(diào)

數(shù)控機床是集機、電、液、氣、控制等一體化的設(shè)備，技術(shù)先進、原理和機械組成復(fù)雜，這要求維修人員理論扎實，而且還需要實踐操作能力強，工作經(jīng)驗豐富。但是大多數(shù)學校偏重于理論教學，實踐學時少，學生對教材上一些案例甚至連某些機床的外觀都不清楚，學習興趣下降，學習效果差。培養(yǎng)出來的學生，維修理論不熟悉，實際維修更是手足無措。而且通常是理論與實踐脫節(jié)，先講理論后進行實踐，實踐時，理論知識已經(jīng)忘得差不多了，實踐效果大打折扣。

（二）實驗實訓(xùn)設(shè)備缺乏

數(shù)控機床維修的實踐教學需要大量設(shè)備支持。然而，大多數(shù)學校更重視數(shù)控操作加工的實踐設(shè)備，很少給機床維修提供專用實踐平臺，現(xiàn)有的設(shè)備如果直接用于故障點的設(shè)置、排除，設(shè)備的維護和多次使用是個難題。

（三）教師缺乏實際維修經(jīng)驗

實踐課需要的是具有豐富實際工作經(jīng)驗、又有一定理論水平的“雙師型”專業(yè)教師。當前大多數(shù)教師理論上比較熟悉，但對企業(yè)生產(chǎn)實際缺乏經(jīng)驗，制約著數(shù)控維修人才培養(yǎng)水平的提高。

二、提高實踐教學水平和質(zhì)量的探索與實踐

（一）明確教改的原則

數(shù)控機床維修課程實踐教學改革的原則為經(jīng)過系統(tǒng)實踐練習，使學生由基本技能型向綜合型創(chuàng)新型發(fā)展，能綜合運用所學知識解決相關(guān)問題。實踐教學要秉承以學生為主體，教師為主導(dǎo)的原則，充分利用各種先進的教學設(shè)備和手段。特別要在傳統(tǒng)實驗基礎(chǔ)上，增加綜合性、拓展型實驗項目，培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。教師要加強理論知識學習，并深入一線參與生產(chǎn)實際，認真鉆研教學，達到教學方法科學、教學內(nèi)容貼合生產(chǎn)實際的要求。

（二）加大實驗設(shè)備投入

加大實驗設(shè)備投入，改善實驗環(huán)境，特別引入仿真教學軟件。實驗實訓(xùn)設(shè)備是提高實踐教學水平的保證。沒有硬件設(shè)備構(gòu)建實踐環(huán)境，數(shù)控機床維修的實踐教學也只能是“紙上談兵”。而設(shè)備的配置需要針對實驗實訓(xùn)的不同階段，引入不同的設(shè)備。機械部件類、電機類等單項實驗可以在相關(guān)專業(yè)實驗室內(nèi)完成，綜合類項目則必須購置成套設(shè)備，如數(shù)控綜合實驗臺。在綜合實驗臺上可以完成電氣控制類多項實驗任務(wù)，并最后進行數(shù)控機床電氣連線與調(diào)試實訓(xùn)，而上述實驗項目的順利開展，可以使學生掌握數(shù)控機床的原理和組成等維修的基本知識。針對更高層次的綜合性實驗實訓(xùn)，則應(yīng)購置更貼合生產(chǎn)實際的數(shù)控維修綜合實訓(xùn)臺，配置半實物機床或?qū)嵨餀C床。

特別注意的是，硬件的不足可以通過數(shù)控機床維修仿真軟件來彌補。借助仿真軟件，學生可以反復(fù)在計算機上對數(shù)控機床的裝配、調(diào)試、測量、排除故障等過程進行模擬練習，是一種經(jīng)濟可靠的培訓(xùn)工具。無論是機械零部件的結(jié)構(gòu)、裝配與調(diào)整，還是電氣原理、數(shù)控系統(tǒng)操作以及數(shù)控機床故障檢測及排除，都可以在仿真軟件中進行模擬訓(xùn)練。仿真軟件不僅能使教學直觀、形象、有趣，也是對目前實訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足的有效補充，使每位學生都能得到訓(xùn)練機會。原先利用傳統(tǒng)的實驗手段在短時間內(nèi)無法實現(xiàn)的一些實踐內(nèi)容，利用仿真軟件能比較方便地實現(xiàn)。利用仿真軟件進行練習，突出了實驗教學環(huán)節(jié)以學生為中心的原則，這種“以虛代實”“以軟代硬”的教學方法也是發(fā)展趨勢，在降低教學投入、提高實驗效率的同時，更好地培養(yǎng)學生的綜合分析能力和開發(fā)創(chuàng)新能力。

（三）增加實踐課時

增加實踐教學時間，嘗試采用“教—學—做”一體化的實驗實訓(xùn)室內(nèi)教學方式。前文已多次強調(diào)實踐教學在數(shù)控維修人才培養(yǎng)中的重要作用，因此，增加實踐教學時間，已經(jīng)成為提高數(shù)控機床維修課程教學效果必需的途徑。在實踐設(shè)備條件允許的情況下，采用“教—學—做”一體化的實驗實訓(xùn)室內(nèi)教學方式，將課堂搬進實驗室，甚至是車間。教學方法上，則可以采用“仿真教學——綜合實驗臺安裝連線調(diào)試——綜合實訓(xùn)臺故障診斷與維修”三步曲方式。

1.仿真教學。主要開設(shè)數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)和電氣連線仿真實驗，使學生掌握數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)主要接口的硬件接線。借助仿真軟件，學生掌握實際動手需要的理論基礎(chǔ)，并激發(fā)出學習的興趣。

2.綜合實驗臺安裝連線調(diào)試。經(jīng)過仿真實驗后，學生對數(shù)控機床的原理與組成已經(jīng)有了充分的認識。本步驟中，借助于數(shù)控綜合實驗臺，完成數(shù)控機床（特別是電控部分）的連接調(diào)試。教師則針對學生調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進行現(xiàn)場指導(dǎo)。只有了解了數(shù)控機床的組成和原理，才能真正進行機床的維修。因此，仿真和連接調(diào)試的實踐教學非常重要，是數(shù)控維修的基礎(chǔ)，必須進行系統(tǒng)的訓(xùn)練。

3.實訓(xùn)臺故障診斷與維修。教師結(jié)合工廠維修實例，按照任務(wù)驅(qū)動式項目教學法，在數(shù)控維修綜合實訓(xùn)臺甚至是真正的機床上設(shè)置典型故障，再由學生綜合運用所學知識進行故障原因分析，利用相關(guān)儀器診斷，最后把故障排除。有條件的甚至可以將本部分改至車間內(nèi)的真實機床上進行。

（四）改進教學方法

改進教學方法，增加綜合性、拓展型實驗，并采用任務(wù)驅(qū)動式項目教學法。目前，本課程實踐教學項目大多比較陳舊，多為基礎(chǔ)驗證型實驗，限制了學生實際動手能力、綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為提高教學質(zhì)量，在基礎(chǔ)類實驗項目的基礎(chǔ)上，應(yīng)該開設(shè)綜合性、拓展型項目。

綜合性項目強調(diào)技能訓(xùn)練的綜合性。項目內(nèi)容要以技能培養(yǎng)為主線，由淺至深、由單項技能到復(fù)合技能設(shè)置。如除設(shè)置變頻主軸、PLC編程等單項技能訓(xùn)練外，還應(yīng)設(shè)置整機機電聯(lián)調(diào)等綜合性強的課題，引導(dǎo)學生在解決問題過程中應(yīng)用所學知識和技能掌握解決復(fù)雜問題的方式和方法。

拓展類項目則培養(yǎng)學生的自主性、創(chuàng)新性，使實驗實訓(xùn)內(nèi)容貼合生產(chǎn)實際，彌補學生實際經(jīng)驗的欠缺。拓展類項目可以以自選訓(xùn)練模塊、參與教師科研項目、實驗室設(shè)備自制、學生自擬課題、參與企業(yè)技改等形式進行，注重學生獨立能力的培養(yǎng)。并特別鼓勵和培育學科交叉、專業(yè)融合的項目。同時，結(jié)合校企合作，采用邀請企業(yè)一線技術(shù)人員專題講座、技術(shù)技能實際案例教學、參與企業(yè)技術(shù)改造等多種形式，使實訓(xùn)教學貼合生產(chǎn)實際，全面提高學生的綜合素質(zhì)。

綜合性、拓展型實踐教學中，要以學生為主體，培養(yǎng)學生主動學習、獨立思考、獨立解決問題的能力，可以采用任務(wù)驅(qū)動式項目教學法。具體實施可劃分為六個步驟，見右圖。

根據(jù)右圖所示內(nèi)容，以“機床電源故障維修”為例，具體說明任務(wù)驅(qū)動式項目教學法的實施過程：第一步，教師布置任務(wù)和學生收集信息。由教師布置項目任務(wù)并以項目任務(wù)書的形式發(fā)給學生。提出問題，然后小組進行討論和收集信息。最后由教師總結(jié)補充電源及其檢測的相關(guān)背景知識。第二步，小組制訂維修方案。每個小組擬訂自己的工作方案，包括工作規(guī)范、工具清單、實施步驟等。第三步，維修方案論證分析。對各小組制訂的檢測與維修計劃進行可行性分析，找出最佳方案。第四步，維修任務(wù)的實施。學生根據(jù)工作方案實施檢測維修。實施過程中，教師要注意觀察學生表現(xiàn)。第五步，最終檢查與總結(jié)評價。項目實施完后，每個小組派代表進行總結(jié)發(fā)言。由教師進行點評。所有小組講解完后，由教師進行總結(jié)，并對學生項目的實施效果進行評價。第六步，任務(wù)拓展。教師應(yīng)根據(jù)任務(wù)完成情況，適當拓展至實際生產(chǎn)中常遇到的同類型的問題。如本任務(wù)中，可以拓展問題：工作過程中，機床突然出現(xiàn)系統(tǒng)掉電故障，分析并確定機床的維修方案。

任務(wù)驅(qū)動式項目教學法的實施過程圖

需要注意的是：任務(wù)驅(qū)動式項目教學，要任務(wù)明確，理論與實踐結(jié)合，且具有一定難度；應(yīng)注重培養(yǎng)學生的自主性，自行分析和解決問題，教師主要起引導(dǎo)和監(jiān)督作用；項目的選取要緊密聯(lián)系企業(yè)生產(chǎn)實際。同時，要注意過程性考核。

（五）加強師資隊伍建設(shè)

作為數(shù)控機床維修的實踐課教師，必須具備豐富的實踐知識，并且要不斷加強自身學習，積極參與實驗室建設(shè)和實驗設(shè)備自制；要定期到一線企業(yè)或科研單位培訓(xùn)，參與企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、調(diào)試或生產(chǎn)線改造，提高自身水平。只有這樣，才能跟上數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，另一方面在教學和指導(dǎo)學生方面才能得心應(yīng)手。另外，定期聘請生產(chǎn)一線有實踐經(jīng)驗的高級工程技術(shù)人員和教師學生座談或指導(dǎo)實踐教學，了解企業(yè)的需求和維修技術(shù)發(fā)展方向，也是非常必要的。