《數控機床故障診斷與維修》課程任務驅動教學中的任務設計*

劉加勇

（北京市工貿技師學院 北京 100097)

《數控機床故障診斷與維修》課程任務驅動教學中的任務設計*

劉加勇

（北京市工貿技師學院 北京 100097)

從任務驅動的內涵入手，探討了任務驅動教學法在《數控機床故障診斷與維修》課程中的應用，并對典型工作任務、任務實施流程及教學過程進行了設計。

數控機床故障診斷與維修；任務驅動；設計；典型工作任務

《數控機床故障診斷與維修》課程是職業學校數控維修類專業最核心的專業技能課，具有內容跨度大、覆蓋面廣、實踐性強等特點，要求學生既要掌握機械、電氣和液壓等原理知識，又要具備在實踐中進行綜合診斷與維修的實踐能力。在傳統教學中，重視以“知識點”構筑知識體系，重視循序漸進地實施教學，教學方法以教師為中心，主要采用講授的教學方式，忽視學生的認知主體作用，導致學生學習主動性不強、學習效率低下。任務驅動教學法以面向任務的模式教學，將教學、求知、做事與技能結合在一起，在做中學、做中教，能有效提高學生的學習興趣，并且提高學生的動手能力。

任務驅動的內涵

任務驅動教學法是讓學生的學習活動與工作任務相結合，模擬職業環境，讓學生帶著真實的任務學習。學習的新知識隱含在一個或多個任務之中，學生對任務進行分析、討論，找出解決問題的方法，明確要涉及哪些知識，并找出哪些是舊知識，哪些是新知識，以問題來引導和維持學生的學習興趣和動機，使學生擁有學習的主動權。教師則緊緊圍繞著任務活動中心，不斷地引導和激勵學生前進，使學生由淺入深地完成難度有一定梯度的各個任務，進而建構一種學習實踐活動。

任務驅動教學法一般有六個基本環節：（1）任務引入。提出一個具體任務；（2）任務分析。教師分析完成任務所需的知識和技能；（3）相關知識講解。教師講解完成任務所需的知識；（4）任務實施。完成任務的方法和步驟，重在交待知識的應用方法及技能和經驗；（5）任務評價。制定評分標準，進行量化考核；（6）任務拓展。以同等難度的任務練習鞏固所學的知識和技能。

實踐證明，任務驅動教學法的學習效果明顯，不同學習方法學生掌握知識程度比較如表1所示。

表1 不同學習方法學生學習效果比較一覽表

典型任務設計

在《數控機床故障診斷與維修》課程任務驅動教學中，任務是“載體”，“典型任務”是關鍵，所以，任務設計是教師備課的重點。任務應該覆蓋學生應掌握的所有技能點和知識點，同時要有系統性和層次性、趣味性和創造性，要考慮學生的個體差異性，任務設計的質量直接關系到教學效果。

有資料表明：由于操作、保養和調整不當所產生的故障占數控機床整個故障的57%，伺服系統、電源及電氣控制部分的故障占數控機床整個故障的37.5%，而數控系統的故障只占整個故障總數的5.5%。而由于操作、保養和調整不當所引起的機械、電氣和液壓故障中，典型性故障主要發生在主軸系統、進給系統和刀架、刀庫等輔助裝置中。通過召開企業“實踐專家——技術工人訪談會”，可總結出：返回參考點故障、拉刀故障、主軸傳動故障、主軸驅動故障、進給傳動故障、進給驅動故障、回轉刀架故障和刀庫換刀故障為典型性故障。于是，圍繞這8個典型故障，精選了20個企業典型維修案例作為教學任務，這些典型維修案例占了企業數控機床總故障的80%以上，具有較寬的覆蓋范圍。20個典型工作任務按照由易到難、由簡單到復雜的順序來安排教學，便于學生學習，如表2所示。

表2 典型工作任務一覽表

代表數控機床維修的典型工作任務確定后，就要對典型工作任務進行描述，尋找教學載體（設備、系統），創造教學情境（場地、故障設置），設計教學任務。

任務實施流程設計

從任務驅動教學法的各個環節可以看出，任務實施是核心，也是難點，下面對任務實施流程進行具體設計。數控機床故障診斷與維修課程的任務實施一般包括以下三個步驟。

（一）故障勘探

故障勘探是指維修人員深入故障現場，通過詢問、觀察、測試、查看故障記錄單、機床說明書等，了解故障現象，曾采取過什么措施等，充分掌握維修所需的第一手材料。為此，從系統外觀到系統內部，從機床主體到各印制電路板等均應細心查看是否有異常之處。在確認系統通電無危險的情況下方可通電，觀察系統有何異常情況。

（二）故障診斷

故障診斷是指維修人員在故障勘探的基礎上，借助機床說明書，從故障現象出發，根據故障機理，羅列出多種可能產生該故障的原因，然后通過交換、隔離等方法對這些原因逐點進行分析，排除不正確的原因，逐步分離出故障的部件或模塊，最后確定故障點。一般情況下，數控機床故障部位判別如圖1所示。

圖1 數控機床故障部位判別框圖

羅列故障因素 故障發生后，通過故障勘探，將故障的表現特點、數控系統提示的報警信息、硬件模塊的指示燈狀態及報警代碼等各方面信息，以及從各種說明書、參考資料和有關軟件查閱到的信息匯總起來，進行綜合分析，羅列出各種可能引起故障的諸多因素。做到這一步就已經基本掌握了故障的全面信息，接下來的整體方向是要確定故障出現在電氣、機械、液壓等系統的可能性，然后進一步縮小故障范圍，最后確定故障點，并將這些故障點按照引起故障概率的大小順序依次排列。

設計診斷流程圖 數控機床的故障診斷過程需要抓住一個主線，通過主干、支干、分支逐級分析來尋找故障產生的原因，提出解決問題的辦法，一般故障診斷維修流程圖如圖2所示。

圖2 數控機床故障診斷維修流程圖

故障維修 故障維修就是按照故障診斷維修流程圖，將故障定位到產生故障的模塊或元器件，及時排除故障或更換元件，直至故障消失。設備維修完畢之后，教師應向學生詳細說明故障產生的原因及其危害，并就產生的故障講述在使用過程中應注意的事項。

總之，要做好故障的診斷與維修，需要抓住以下幾個要點：一是要善于觀察，詳細調查；二是要理清機床的控制原理，正確設計診斷流程圖；三是要不斷積累現場經驗。

任務驅動教學過程設計

一堂課是否成功是有很多因素決定的，其中關鍵的就是課堂教學過程的組織。《數控機床故障診斷與維修》是一門專業性、實踐性很強的課程，不易學也難教，為達到教學目的，培養學生綜合職業能力，在教學過程中推薦采用“五步教學法”，在學習過程中推薦采用8人小組協作學習法，在組織過程中可以采用小組輪換法和比賽法。

（一）五步教學法

在深入了解數控機床故障診斷與維修工作過程的基礎上，運用基于工作過程的現場與資訊、分析與計劃、診斷與決策、實施與檢查、總結與評價、課后練習與反饋的五步教學法，結合任務驅動的六個基本環節，對整個教學過程設計如下：

第一步，教師進行安全規范教育，下達教學任務，提供相關技術資料，講解相關知識，讓學生充分了解故障現象，并到現場進行實地勘探，從而全面獲得故障的相關信息。

第二步，學生根據獲得的故障信息，利用“頭腦風暴法”從數控機床的機械系統、數控系統、電氣系統等方面進行全面深入分析，并制定該故障診斷與維修的實施計劃。

第三步，學生根據分析的原因，排定主次，制定故障診斷維修流程方案，反復討論可行性，在教師的指導下，最終形成合理的故障診斷維修流程。

第四步，學生根據制定好的診斷維修流程圖，按照分工，實施操作，邊診斷、邊維修、邊調試，直至數控機床恢復正常。

第五步，教師組織學生進行組內、組間的交流和匯報，最后進行點評。教師點評是以各組故障診斷與維修的完成質量及效率標準，并結合各組的團隊協作、安全操作規范、維修記錄等情況，評定學習成績。

五步教學法對于培養學生掌握數控機床故障診斷與維修的工作過程創造了很好的工作環境。課后還可組織學有余力的學生針對拓展任務進行訓練，以鞏固學習成果。

（二）8人小組協作學習法

根據班級建制以及數控維修設備相對稀缺的現狀，數控機床故障診斷與維修課程可以從精細化教學組織入手，運用小組協作學習法。每個班以32個人為例，分4個小組，每組8人。8人小組分工如下（在隨后的學習情境中，各人分工應不斷調整、交換）：（1）組長：1人，負責整體協調、制定計劃、任務檢查和總結；（2）安全員：1人，負責電源總開關看護和“5S”管理標準的貫徹；（3）資料員：2人，負責資料查詢和數據記錄；（4）電氣系統排查員：2人，負責電氣系統故障的診斷與維修；（5）機械、液壓系統排查員：2人，負責機械、液壓系統故障的診斷與維修。8人小組協作學習中，學生學習過程如下：

第一步，以小組為單位，采用抽號的方式領取故障任務；第二步，組長統籌，分工負責，做好工具準備工作，要體現出團隊合作精神；第三步，利用基于工作過程的五步學習法，完成故障診斷維修任務；第四步，小組成員完成《維修記錄單》的填寫，做好組內交流與總結；第五步，小組成員選派代表，進行任務的成果展示和講解。；第六步，課代表填寫《任務評價匯總表》，形成個人最終成績。8人小組協作學習法不僅創造了人人動手實踐的機會，以使有限的數控維修設備發揮了最大效率，在保證教學質量的前提下有效地降低了教學成本，而且在診斷維修過程中，可以激發學習興趣，培養團結協作精神。

（三）小組輪換法

如果每個小組設置了不同的故障，通過小組輪換就可使每個學習小組獲得4次實際操作機會，大大增強了學習效果。

（四）小組比賽法

如果每個小組或兩組以上設置了相同的故障，可以組織兩個或多個小組進行比賽，看哪個小組既迅速又準確地排除故障。這種方式可以激發學生的學習主動性，在掌握故障診斷維修技能的同時，有效地培養學生的團隊協作精神和競爭意識。

總之，在任務驅動教學法下，提出明確具體的典型任務是前提，對典型任務進行設計是關鍵，在自主學習與協作學習中完成任務是重點，最后進行效果評價、形成反饋信息是總結提高階段，每一個環節都必須統籌安排、合理兼顧。學生在完成任務過程中逐步掌握知識、技能和方法，訓練創造性思維，全面提高綜合素質。

目前，任務驅動教學法已被廣泛應用。然而，教無定法，采用任務驅動教學的課程還有許多問題要解決，我們只有深入實踐，才能教有所成。

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G712

：A

：1672-5727（2012）02-0128-03

劉加勇（1979—)，男，湖北襄陽人，工程碩士在讀，北京市工貿技師學院講師，機械系主任，研究方向為數控機床故障診斷與維修。

（本欄責任編輯：張維佳）

北京市工貿技師學院教學研究基金資助項目《數控機床典型故障診斷與維修的研究》（項目編號：GMKY201006)