《數(shù)控機床控制與調(diào)試》項目化課程整體設計

牛志斌

（山西機電職業(yè)技術(shù)學院，長治 046011）

1 課程基本信息

（1）在課程體系中的位置。本課程為數(shù)控設備應用與維護專業(yè)學生由初學者過渡為實踐能手的一門專業(yè)核心課程，是獲得本專業(yè)職業(yè)資格工種證書《數(shù)控機床裝調(diào)維修工》的對應課程之一，在本專業(yè)人才崗位能力培養(yǎng)中，起著主要的支撐作用。

（2）學生所在專業(yè)面向的崗位（群）。通過對調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計分析，數(shù)控設備應用與維護專業(yè)主要就業(yè)崗位：數(shù)控機床操作工、數(shù)控機床機械裝調(diào)工、數(shù)控機床電氣裝調(diào)工、數(shù)控機床綜合維修員；次要就業(yè)崗位：數(shù)控機床售后服務員、數(shù)控機床電氣維修工、數(shù)控機床機械維修工。本課程定位就業(yè)崗位：數(shù)控機床綜合維修員。

（3）初次就業(yè)崗、二次晉升崗和未來發(fā)展崗。

圖1

2 課程目標

總體目標是能夠根據(jù)數(shù)控機床安裝調(diào)試資料、國家、行業(yè)標準完成數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)安裝和調(diào)試，能夠排除數(shù)控機床電氣類（電氣控制和PLC）故障。

（1）能力目標。一是熟練識讀、繪制數(shù)控機床電氣原理圖、電器布置圖和安裝接線圖。二是能夠根據(jù)工作任務正確選擇和使用工具、儀器儀表。三是能夠根據(jù)數(shù)控機床電氣原理圖、安裝接線圖完成數(shù)控機床電氣控制柜、電機和行程開關(guān)的安裝、連接。四是能夠根據(jù)數(shù)控機床電氣說明書、參照數(shù)控機床實物，選擇及調(diào)換有故障的電器元件。五是熟練識讀數(shù)控機床梯形圖，能夠?qū)μ菪螆D進行編輯、修改。六是能夠依據(jù)數(shù)控機床故障報警，查閱數(shù)控機床安裝調(diào)試資料、國家、行業(yè)標準，定位數(shù)控機床啟動停止、主軸控制、進給軸控制、數(shù)控車床自動換刀和輔助功能控制故障原因。七是能夠閱讀數(shù)控機床英文資料。八是能夠?qū)?shù)控機床PLC 程序及參數(shù)進行備份、恢復。九是能夠排除數(shù)控加工中心自動換刀故障。十是能夠根據(jù)客戶需求增加數(shù)控機床控制功能。

（2）知識目標。一是理解數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)圖（電氣原理圖、電器布置圖和安裝接線圖（電氣互連圖））的作用。二是掌握數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)圖的繪圖規(guī)則。三是掌握低壓電器的結(jié)構(gòu)、控制原理和圖形文字符號。四是掌握數(shù)控機床電氣控制自鎖、互鎖控制原理。五是掌握數(shù)控機床三相交流異步電機正反轉(zhuǎn)、啟動和制動控制原理。六是理解可編程序控制器（PLC）的產(chǎn)生、組成及工作原理，理解“硬件功能軟件化”的控制思想。七是理解數(shù)控機床PLC 組成、內(nèi)部資源與通用型PLC 的區(qū)別與聯(lián)系。八是重點掌握數(shù)控機床PLC 編程指令（基本指令8條、功能指令34條）。（FANUC0I-D 數(shù)控系統(tǒng) PLC 具備編程指令：基本指令14條、功能指令92條）。九是理解數(shù)控機床PLC 對進給軸、主軸及輔助功能（三色燈、運行準備、冷卻潤滑、自動換刀和在線加工）的控制原理。十是理解數(shù)控機床整體控制原理，理解數(shù)控系統(tǒng)、可編程序控制器（PLC）和電氣控制系統(tǒng)之間的信息傳遞。十一是課程有關(guān)國家、行業(yè)標準。十二是課程理論支撐：自動控制原理、電磁學。

（3）素質(zhì)目標。一是基本素養(yǎng)：①維修工具、儀表使用前、后按要求分類擺放（嚴謹）。②接受工友提出的工作協(xié)助要求（合作）。二是職業(yè)素養(yǎng)：①故障大小要據(jù)實通知客戶，不擴大故障、不隨便更換完好器件、不亂收費（誠信）。②電氣柜布線分組、分色、綁扎牢固、橫平豎直。（精益求精——大國工匠精神）。

3 課程項目設計

3.1 項目整體設計

課程學習、考核總體思路為“3循環(huán)3考核”模式。詳見表1所示。

（1）1次考核：項目1-5為必選項目，每個同學必須完成，總成績占比90分；項目6為拓展項目，供成績優(yōu)秀同學（10-15%）選擇完成，成績占比10分。

（2）2次考核：項目7、8為課外項目，供5個必選項目成績低于54分同學或?qū)W生自主選擇，學生課外自主練習，教師考核；可以選擇考核2次，1次通過就可以獲得5個必選項目對應成績，以最高成績計。

（3）3次考核：項目9、10為綜合項目，為整周（2周）綜合訓練大型考核項目，考察學生對本課程的綜合應用能力，供所有同學選擇（2選1）；仍然考察5個必選項目，每實現(xiàn)1項，對應項目成績滿分記；如累計實現(xiàn)4項，給予“數(shù)控工程系PLC 編程實踐能手”證書獎勵，如全部實現(xiàn)給予《數(shù)控機床裝調(diào)維修工》職業(yè)資格技能鑒定加分30分獎勵。

表1 項目進度表

3.2 教學組織運行

調(diào)整教學學時單元為4學時，實施“1361”的教學組織形式。主講教師帶領(lǐng)3名師傅（頂崗實習學生），指導6個學習小組，每小組遴選1名學生擔任小組長，配合教師及師傅領(lǐng)導本組成員，從而帶動1個班級的工作和學習。該方法已經(jīng)經(jīng)過1個學期的成功實踐檢驗，效果良好，彌補了當前職業(yè)院校項目化課程實施中普遍存在的師質(zhì)力量短缺難題。詳見圖2所示。

圖2 “1361”教學組織法

3.3 能力訓練方式

示范、學練、競賽考核、總結(jié)、故障情景、“點、線、面”能力訓練多重循環(huán)。詳見圖3所示。

圖3 能力訓練方式

4 第一單元及最后單元設計

4.1 第一單元設計

4.1.1 單元主題

我開始了！具體分為今天、明天和后天三個場景。詳見圖4所示。學生親身體驗疑問、探秘、好奇和激發(fā)興趣四個階段，開始工作和學習的快樂旅途。

4.1.2 單元教學思路設計

場景一：今天（蹣跚學步——開啟快樂學習旅途）。①疑問：學生6個小組分別測試貫穿全課的數(shù)控機床6個典型動作（急停、回零、冷卻、換刀、主軸旋轉(zhuǎn)和自動加工——教師提前設置簡單故障），學生發(fā)現(xiàn)動作均不正常。學生：“數(shù)控加工實訓時這些功能均正常，現(xiàn)在是為什么呢？”②探秘：教師導引學生6個小組，體驗排除對應數(shù)控機床故障，再次測試數(shù)控機床對應功能，均恢復正常。學生：“數(shù)控機床調(diào)試、維修好奇妙？”③好奇：原來數(shù)控機床加工過程會產(chǎn)生很多故障，只要學會故障排除方法，就可以恢復數(shù)控機床功能。學生：“我很期待掌握這些“獨門絕技！””

場景二：明天（小試牛刀——參加技能大賽）。激發(fā)興趣：①教師引導、啟發(fā)學生只要學會數(shù)控機床調(diào)試、維修技能，大家人人都會成為“武林高手”。②介紹技能大賽基本情況、展示本專業(yè)學生參加技能大賽取得的成果。③介紹本專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生典型事跡及升入本科或研究生情況。④啟發(fā)學生培養(yǎng)學習興趣，成為“武林高手”就可以參加大賽取得優(yōu)異成績。

場景三：后天（“武林高手”——生產(chǎn)崗位初體驗）。①教師對就業(yè)工作崗位、基本技能要求進行介紹。②本課程整體介紹：主要知識、實訓設備、學習方法和考核要求。③教師向?qū)W生推薦自己及取得成績：個人簡歷、聯(lián)系方式、取得成績及企業(yè)服務情況。

圖4 第一次課設計

4.2 最后單元設計

4.2.1 單元主題

我會修機床了！具體分為今天、明天和后天三個場景。詳見圖4所示。學生親身體驗疑、問、不服氣、成就感和我會修機床了四個階段，初步嘗試成功的喜悅。

4.2.2 單元教學思路設計：

場景一：今天（今天工廠——數(shù)控機床）。①疑問：學生6個小組分別測試數(shù)控機床與第一次課相同的6個典型動作（急停、回零、冷卻、換刀、主軸旋轉(zhuǎn)和自動加工——教師提前設置與第一次課不同的故障），學生發(fā)現(xiàn)動作仍然不正常。學生：“第一次課這些功能就不正常，現(xiàn)在怎么又不正常了呢？”②不服氣：學生6個小組獨立排除對應數(shù)控機床故障，再次測試數(shù)控機床對應功能，恢復正常。③成就感：經(jīng)過一個學期的學習、工作，已經(jīng)能夠排除數(shù)控機床很多的故障，學會故障排除方法太重要了。學生：“我初步學會了維修數(shù)控機床的“獨門絕技”，太有成就感了”。

場景二：明天（2025年工廠——機器人自動生產(chǎn)線）。我會修機床了：①啟發(fā)學生思考，面對同樣的數(shù)控機床、同樣類型的故障，為什么第一次課手足無措、最后一次課能夠掌握“獨門絕技”，初步成為數(shù)控機床維修小達人？②介紹明天的工廠是什么樣。

場景三：后天（未來工廠——智能工廠、智能制造）。①本課程總結(jié)：知識、理論、計算及其應用。②本課程未來發(fā)展趨勢及未來工廠、未來工作崗位展望。③送給學生的禮物——國內(nèi)外最新高檔數(shù)控機床及機器人自動生產(chǎn)線視頻。

圖5 最后一次課設計

5 考核方案

考核分為日常行為規(guī)范考核、過程考核及結(jié)果（期末）考核三部分，成績占比分別為日常行為規(guī)范考核10%、過程考核50%、結(jié)果（期末）考核40%，詳見圖6所示。

圖6 考核成績占比

（1）日常行為規(guī)范考核（10%）。根據(jù)學院《學生行為規(guī)范》要求，考核學生日?？记冢ㄉ险n遲到、早退和曠課），成績占比10%，由數(shù)控工程系統(tǒng)一考核評定。

（2）過程考核（50%）?？己巳粘＝虒W過程中，各項目學習情況；各項目總成績?yōu)?00分+X，詳見表4、5、6所示。本部分成績占比為50%，計算方法為：（總成績100分+X）×50%。

（3）結(jié)果（期末）考核（40%）。期末考試：參加學院、數(shù)控工程系統(tǒng)一組織的期末考試，采用閉卷形式（A、B 卷），成績占比為40%。

6 課程實施效果及心得體會

《數(shù)控機床PLC 控制與調(diào)試》課程，在數(shù)控設備應用與維護專業(yè)進行改革試點，學生學習興趣明顯提高，動手能力逐步增強，學生普遍反映初步破解了原先對數(shù)控機床維修操作動手的“心里畏懼感”，感覺敢于動手操作了，出現(xiàn)了多年了少有的下課后學生不愿意離開實訓室，選擇繼續(xù)自主學習的好現(xiàn)象。

項目化課程改革的心得體會：更新理念，從今天開始、從我做起；邊改邊做、邊做邊改；（如果條件不完善，選擇1個或部分項目開始）；學生真的很喜歡。