論數控機床維修課程實踐教學的改革

張英華

隨著加工行業數控機床的大量應用，企業對數控機床操作、安裝調試等人員的需求很大，特別是維修人員。為滿足企業需求，很多學校都開設了數據機床維修的相關課程。數控機床維修一方面內容跨度大、綜合性高，另一方面具有非常強的實踐性要求，因此，該類人才的培養除傳統的理論教學外，需要大量高質高效的實踐練習。筆者根據多年的維修經驗和教學積累，在數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、傳統實踐教學存在的典型問題

（一）實踐課占總課時比例偏小，內容單調

數控機床是集機、電、液、氣、控制等一體化的設備，技術先進、原理和機械組成復雜，這要求維修人員理論扎實，而且還需要實踐操作能力強，工作經驗豐富。但是大多數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，先講理論后進行實踐，實踐時，理論知識已經忘得差不多了，實踐效果大打折扣。

（二）實驗實訓設備缺乏

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

（三）教師缺乏實際維修經驗

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

二、提高實踐教學水平和質量的探索與實踐

（一）明確教改的原則

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

（二）加大實驗設備投入

加大實驗設備投入，改善實驗環境，特別引入仿真教學軟件。實驗實訓設備是提高實踐教學水平的保證。沒有硬件設備構建實踐環境，數控機床維修的實踐教學也只能是“紙上談兵”。而設備的配置需要針對實驗實訓的不同階段，引入不同的設備。機械部件類、電機類等單項實驗可以在相關專業實驗室內完成，綜合類項目則必須購置成套設備，如數控綜合實驗臺。在綜合實驗臺上可以完成電氣控制類多項實驗任務，并最后進行數控機床電氣連線與調試實訓，而上述實驗項目的順利開展，可以使學生掌握數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，則應購置更貼合生產實際的數控維修綜合實訓臺，配置半實物機床或實物機床。

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

（三）增加實踐課時

增加實踐教學時間，嘗試采用“教—學—做”一體化的實驗實訓室內教學方式。前文已多次強調實踐教學在數控維修人才培養中的重要作用，因此，增加實踐教學時間，已經成為提高數控機床維修課程教學效果必需的途徑。在實踐設備條件允許的情況下，采用“教—學—做”一體化的實驗實訓室內教學方式，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試——綜合實訓臺故障診斷與維修”三步曲方式。

1.仿真教學。主要開設數控機床機械結構和電氣連線仿真實驗，使學生掌握數控機床機械結構及數控系統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，并激發出學習的興趣。

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

3.實訓臺故障診斷與維修。教師結合工廠維修實例，按照任務驅動式項目教學法，在數控維修綜合實訓臺甚至是真正的機床上設置典型故障，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，并采用任務驅動式項目教學法。目前，本課程實踐教學項目大多比較陳舊，多為基礎驗證型實驗，限制了學生實際動手能力、綜合能力和創新能力的培養。為提高教學質量，在基礎類實驗項目的基礎上，應該開設綜合性、拓展型項目。

綜合性項目強調技能訓練的綜合性。項目內容要以技能培養為主線，由淺至深、由單項技能到復合技能設置。如除設置變頻主軸、PLC編程等單項技能訓練外，還應設置整機機電聯調等綜合性強的課題，引導學生在解決問題過程中應用所學知識和技能掌握解決復雜問題的方式和方法。

拓展類項目則培養學生的自主性、創新性，使實驗實訓內容貼合生產實際，彌補學生實際經驗的欠缺。拓展類項目可以以自選訓練模塊、參與教師科研項目、實驗室設備自制、學生自擬課題、參與企業技改等形式進行，注重學生獨立能力的培養。并特別鼓勵和培育學科交叉、專業融合的項目。同時，結合校企合作，采用邀請企業一線技術人員專題講座、技術技能實際案例教學、參與企業技術改造等多種形式，使實訓教學貼合生產實際，全面提高學生的綜合素質。

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

根據右圖所示內容，以“機床電源故障維修”為例，具體說明任務驅動式項目教學法的實施過程：第一步，教師布置任務和學生收集信息。由教師布置項目任務并以項目任務書的形式發給學生。提出問題，然后小組進行討論和收集信息。最后由教師總結補充電源及其檢測的相關背景知識。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，維修任務的實施。學生根據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。第五步，最終檢查與總結評價。項目實施完后，每個小組派代表進行總結發言。由教師進行點評。所有小組講解完后，由教師進行總結，并對學生項目的實施效果進行評價。第六步，任務拓展。教師應根據任務完成情況，適當拓展至實際生產中常遇到的同類型的問題。如本任務中，可以拓展問題：工作過程中，機床突然出現系統掉電故障，分析并確定機床的維修方案。

任務驅動式項目教學法的實施過程圖

需要注意的是：任務驅動式項目教學，要任務明確，理論與實踐結合，且具有一定難度；應注重培養學生的自主性，自行分析和解決問題，教師主要起引導和監督作用；項目的選取要緊密聯系企業生產實際。同時，要注意過程性考核。

（五）加強師資隊伍建設

作為數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和實驗設備自制；要定期到一線企業或科研單位培訓，參與企業產品設計、調試或生產線改造，提高自身水平。只有這樣，才能跟上數控技術的發展，另一方面在教學和指導學生方面才能得心應手。另外，定期聘請生產一線有實踐經驗的高級工程技術人員和教師學生座談或指導實踐教學，了解企業的需求和維修技術發展方向，也是非常必要的。