行動導向教學法在數控機床維修教學中的實施策略

【摘要】為了訓練數控技術專業學生的數控機床維護與維修能力，用“行動導向”教學法引導學生完成真實的數控機床維修項目，使學生經歷一個完整的數控機床故障診斷與排除過程，實現數控機床維修的專業能力、方法能力和社會能力的有效培養。

【關鍵詞】行動導向 數控機床維修 學生主體

隨著我國裝備制造業的不斷發展，數控機床已經成為企業提高生產效率和經濟效益的關鍵設備，同時數控機床的運行狀態也成為影響企業生產的一個關鍵因素，這就是近年來社會對數控機床維護維修人員需求量增加的原因。在當前的就業市場中數控機床維護維修人才供不應求，因此職業院校應加大此類人才的培養力度。

為了有效培養數控技術專業學生的數控機床維護維修能力，以基于工作過程的故障維修任務為載體對數控機床維修課程進行項目化改造。教學活動采用“行動導向”模式引導學生經歷故障分析、制定維修計劃、合理運用維修手段檢測并排除故障、總結維修經驗，這一完整的故障診斷與排除過程。教學過程始終堅持以學生為主體，學生在“做學教”過程中完成數控機床故障維修任務，使教學過程與職業崗位零距離對接。下面以“數控車床刀架故障診斷與排除”項目為例，說明行動導向教學法的實施策略。

一、教學項目分析

（一）教學內容

數控車床的電動刀架既包含機械部件，又具電氣控制系統，因此為刀架維修項目制訂了以下教學內容：

1.刀架機械部件的結構與拆裝；

2.刀架電氣控制線路工作原理分析與電器元件識別；

3.刀架PMC控制程序的分析與參數設置；

4.刀架常見故障的診斷與排除訓練。

通過刀架機械部件的拆裝，使學生掌握刀架旋轉選刀和定位鎖緊的原理，理解刀架電動機的作用及其控制刀架換刀動作的方式。通過對刀架電氣原理圖的分析，使學生掌握刀架控制電路的工作原理。通過分析PMC程序，使學生掌握刀架換刀動作的控制過程。學生掌握刀架結構及工作原理后，已具備獨立分析刀架故障的基礎，然后通過設置若干刀架故障排查任務來訓練學生分析刀架故障、制定故障排查計劃以及合理運用故障排查手段查找并排除刀架故障的能力。

（二）重點和難點

1. 重點：刀架機械部件結構與拆裝順序、刀架電氣線路故障診斷與排除；

2. 難點：刀位信號檢測原理、刀架PMC控制程序功能分析；

3. 關鍵點：制定合理的故障排查計劃，恰當運用各種故障檢測手段對刀架故障進行檢測與排除。

二、教學目標

在教學過程中要實現學生綜合職業能力的有效培養，因此為本項目制定了專業能力、方法能力和社會能力的培養目標。

（一）專業能力目標

1. 能根據圖紙識別刀架機械零件的名稱并完成刀架機械部件的拆裝；

2. 能讀懂刀架機械裝配圖并描述刀架機械部件的工作原理；

3. 能讀懂刀架電氣控制原理圖并描述刀架控制電路的工作原理；

4. 能依據電氣原理圖識別實訓設備電氣線路上的電器元件；

5. 能依據刀架控制流程圖為刀架PMC控制程序編寫功能注釋；

6. 能合理設置刀架PMC參數；

7. 能根據刀架故障現象正確分析故障原因；

8. 能根據故障原因制定合理的故障排查計劃；

9. 能恰當運用各種故障檢測手段對刀架故障進行檢測與排除。

（二）方法能力目標

1. 能在排查刀架故障的實踐中總結自己的經驗；

2. 能在故障點評與交流過程中吸取他人的經驗；

3. 進一步熟悉故障排除的方法與思路，提高分析問題、解決問題的能力。

（三）社會能力目標

1. 能與小組成員進行良好的溝通，正確表達自己的意見；

2. 能與小組成員進行良好的合作，并認真完成自己承擔的任務；

3. 進一步培養認真、嚴謹、細致的工作作風和吃苦耐勞的精神。

三、教學過程設計

（一）項目導入

首先讓各小組描述曾經遇到過的刀架故障，然后教師利用數控車床實訓設備現場演示幾種典型刀架故障，使學生明白刀架故障在數控車床運行過程中較為常見，從而激發他們學習刀架故障診斷與排除方法的興趣。

（二）刀架機械部件結構與拆裝

第一步首先通過播放刀架拆解錄像，指導學生拆解刀架，然后讓學生根據刀架裝配圖識別每個刀架零件，并將零件分類擺放。第二步用刀架三維動畫指導學生理解刀架機械部件工作原理。最后讓學生根據刀架裝配圖重新組裝刀架。

設計意圖：使用錄像能同時指導一個班學生進行刀架拆解，對關鍵步驟還能反復播放。三維動畫能形象地演示刀架機構動作過程，有助于學生快速掌握刀架工作原理。學生通過動手拆裝刀架，不僅能深刻理解刀架零部件的功能，還訓練刀架拆裝技能。

（三）刀架電氣控制線路工作原理分析與電器元件識別

第一步讓學生分組討論刀架電氣系統原理圖，敘述PMC對刀架電機進行正反轉控制的原理。第二步首先由教師幫助學生復習電氣原理圖中關于線路編號、接線端子排和電纜表示方法的知識，然后讓學生根據電氣原理圖在實訓設備中找出與刀架控制相關的電器元件，并用標簽貼紙對電器元件進行標注。第三步由教師演示刀架換刀動作，指導學生觀察換刀過程中磁鋼與各刀位霍爾傳感器之間的關系，然后用實驗電路演示單個霍爾傳感器在受到磁場作用時輸出信號狀態的變化，并講解霍爾傳感器的基本工作原理和使用方法。第四步讓學生分組討論刀位信號檢測原理圖，敘述PMC檢測刀位信號的原理。最后在實訓設備中找出各刀位的霍爾傳感器和上拉電阻，說明霍爾傳感器的輸出信號要經過哪幾個端子排的轉接才最終接入PMC，并用萬用表測量刀架處于不同刀位時PMC信號輸入端子的電壓值。

設計意圖：電氣線路故障是引發刀架故障最主要的原因，排查電氣線路故障，首先應讀懂設備的電氣原理圖，然后依據電路工作原理分析可能存在問題的線路，最后在設備上找出該線路并進行檢測。因此本教學環節不僅要訓練學生閱讀設備標準電氣原理圖的能力，還要訓練依據原理圖在設備中查找相應的電器元件和線路的能力。刀位信號的檢測是一個難點內容，因此專門設計一個霍爾傳感器的實驗電路，讓學生直觀地認識霍爾傳感器的工作原理及特性。刀位信號從霍爾傳感器發送到PMC需要經過若干個端子排轉接，因此讓學生查找端子排并掌握在接線端子上進行信號測量的方法，才能對線路故障進行分段查找。

（四）刀架PMC控制程序的分析與參數設置

第一步首先由教師提供刀架控制PMC程序和刀架控制流程圖，PMC程序中用到的各類邏輯繼電器已標注詳細的符號和中文注釋，然后讓學生分組討論PMC程序中各級網格的功能，并寫出網格功能注釋。第二步首先由教師檢查各小組編寫的功能注釋，選出有代表性的小組進行公開講解，然后通過小組之間相互點評以及教師講評，使學生掌握刀架PMC程序功能。第三步讓學生修改定時器參數，將刀架鎖緊時間設定為0.5秒，說明刀架鎖緊時間過短或過長對換刀過程的影響。

設計意圖：刀架PMC控制程序中使用了大量的邏輯繼電器，如果沒有標注符號及注釋，則很難讀懂它們的功能。刀架PMC程序是根據刀架控制流程圖進行設計的，因此流程圖能幫助學生理解PMC程序的邏輯功能。學生對PMC程序的理解反映在他們標注的網絡功能注釋當中，通過點評與講解能幫助學生正確掌握PMC程序的功能。刀架PMC參數對換刀過程有直接影響，因此通過設置PMC參數并觀察執行效果，使學生理解各參數的功能，掌握合理設置參數的方法。

（五）刀架常見故障的診斷與排除訓練

第一步由教師利用數控車床實訓設備的故障考核系統為每個小組設置1個刀架故障，然后讓各小組獨立進行故障現象分析、制定故障排查計劃、設計故障排查手段，并將上述內容填入“數控機床故障分析與排查表”。第二步由學生動手檢測并排除刀架故障，教師根據故障檢測的過程與結果進行評分。第三步首先讓各小組對故障排查過程進行總結，對原計劃中的不足之處進行改進，然后各小組之間對故障排查過程進行相互點評，最后由教師進行講評并介紹故障排查技巧。在完成1個刀架故障的診斷與排除任務后，教師為每個小組同時設置2個刀架故障，重復以上三個步驟的過程。

設計意圖：填寫“數控機床故障分析與排查表”，訓練學生在動手排查故障前進行故障現象分析、制定排查計劃、設計排查手段的能力。因為是首次進行刀架故障排查訓練，所以在實際故障排查過程中會發現原來制定計劃的缺陷，通過自我改進和相互點評能幫助學生積累維修經驗和技巧。加大故障排查訓練的難度，使學生在反復多次的練習、點評和總結過程中鞏固已有經驗，不斷提高刀架故障分析與排除的技能。

四、教學評價設計

刀架故障維修項目的測評分由“任務完成質量分”（表1）和“個人貢獻分”（表2）組成，兩者分別占70%和30%。任務完成質量分設置5個考核點，每個考核點的分數由“完成質量分”和“答辯分”組成，兩者分別占70%和30%，其中“答辯分”由教師在小組中隨機抽取一名成員進行提問，根據他對相關知識的掌握程度進行評價。個人貢獻分設置5個考核點，每個考核點又分為“自我評價”、“小組評價”和“教師評價”三個部分，各占30%、40%和30%。

設計意圖：設置“個人貢獻分”的目的是區分每個組員的努力程度，評價其在小組活動中的交流與協助能力。設置“自我評分”“小組評分”和“教師評分”能更客觀地評價每個學生的表現。在任務完成質量評分表中增加“答辯分”的目的是避免在小組活動中出現“濫竽充數”現象，激勵小組成員間相互幫助、相互監督，實現共同進步。因為進行答辯的成員是由教師隨機抽取的，要取得好的成績就要求每個成員都要積極進行學習并主動幫助他人。

五、教學反思

教師在教學過程中要扮演“導演”的角色，通過提出問題和布置任務引導學生主動參與教學活動，當學生完成一個任務后，教師需要對任務的完成質量進行點評，幫助學生糾正錯誤和總結經驗。針對新知識和難點內容可以適當進行講解。對于一些接受能力較差的學生，要通過考評方式激勵小組成員進行相互幫助，實現共同進步。學習結束后，可以布置更高難度的故障排查任務，利用課外時間開放實訓室讓學生自己進行故障診斷與排除訓練，進一步提高數控機床故障。

項目完成質量檢查單項目名稱小組編號

數控車床刀架故障診斷與排除成績

檢查內容質量70%答辯30%總和

1. 刀架機械零部件裝配質量

2. 對1個故障點進行故障分析、制定排查計劃和手段

3. 對故障設備進行檢測并排除故障

4. 對2個故障點進行故障分析、制定排查計劃和手段

5. 對故障設備進行檢測并排除故障

【參考文獻】

[1]趙志群.關于行動導向的教學[J].職教論壇，2008（30）：1.

[2]戴士弘. 論課程項目[J]. 清遠職業技術學院學報，2010（4）：1-10.

[3]陳木榮. 數控機床電氣故障分析與排除的教學法探析[J]. 裝備制造技術，2008（7）：161.

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