基于機床改造項目的高職數控機床電氣控制課程改革

【摘要】通過真實的數控車床電氣系統升級改造項目對數控機床電氣控制課程進行改革，在教學過程中以學生為主體，用行動導向教學方法引導學生完成機床改造任務，有效地訓練學生數控機床電氣系統的設計、安裝和調試能力。

【關鍵詞】機床改造項目 數控機床電氣控制 課程改革

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）09C-0061-02

數控機床電氣控制是數控技術專業的核心課程之一。通過本課程的學習，使學生掌握數控機床電氣系統的基礎知識，并訓練數控機床電氣系統安裝調試的基本能力。以往的教學實踐證明，大部分高職學生不擅長抽象思維和演繹式為主的學習方式。知識傳授式的教學模式不僅難以激發學生的學習興趣，也不利于訓練學生的綜合職業能力，導致學生的總體學習效果不佳，因此我們必須進行教學模式改革。面對形象思維強于邏輯思維的高職學生，應以真實的“工作項目”為載體，采用“行動導向”方法引導學生完成實際的工作任務，通過完成任務的行動過程，實現專業能力、方法能力和社會能力的有效培養。

一、課程改革的背景

以廣西水利電力職業技術學院為例。該院實訓中心擁有20多臺數控機床，既有近年新購的設備，也有服役了10多年的老設備。其中3臺于1999年購進的數控車床經過多年使用，數控系統及電機驅動裝置出現故障，并且無法找到配件，導致機床已經不能工作。為了保證數控機床實訓教學的正常進行，并節約設備經費，學校決定對這3臺數控車床的電氣系統進行升級改造。該院數控技術專業的教師曾多次參與企業的數控機床改造與維修項目，在工作中積累了豐富的實踐經驗，因此有能力完成此次數控車床的升級改造任務。本次機床改造項目也為推進數控機床電氣控制課程改革提供了一條道路，即以機床改造項目為載體，通過引導學生進行數控車床電氣系統的升級改造，訓練數控機床電氣系統的設計、安裝和調試能力。下面對該課程的教學改革做一些總結和探討。

二、課程教學設計

（一）確定課程教學內容

本次改造選用廣州數控設備有限公司生產的GSK980TB系統替換原有KENT-10T數控系統，并更換新的交流伺服驅動裝置，僅保留原機床的主軸電機和電動刀架。因此數控車床的電氣系統要根據GSK980TB的要求進行重新設計和安裝，要通過教學過程由學生來完成機床的改造任務，達到預定的功能要求。

學習的內容是工作，因此根據數控機床電氣系統改造的工作過程，將課程的教學過程劃分為三個階段：電氣系統功能設計、電氣系統安裝和機床功能調試。每個階段又可以劃分若干個工作步驟（見表1），每個工作步驟作為一個工作任務由教師指導學生來完成。

在電氣系統功能設計階段，依據設計任務書的要求指導學生分步完成數控車床各項功能的設計，在設計過程中逐步展開相關知識點的教學。例如在主軸功能設計中引入變頻器的應用知識，在坐標軸功能設計中引入伺服電機的驅動技術。讓每個知識點都有一個任務作為載體，學生通過完成工作任務的過程，既能明確學習的目的，又能訓練數控機床電氣系統的設計能力，并掌握相關的應用知識。在電氣系統安裝階段，訓練學生繪制電氣系統安裝接線圖的能力，掌握電器設備安裝、接線的工藝知識。在機床功能調試階段，使學生掌握數控機床通電調試的步驟和系統參數的功能，訓練根據機床性能要求正確設置系統參數的能力。

（二）教學過程的組織方式

教學過程的組織要以學生為主體，必須讓學生在課堂上充分行動起來，不是被動接受知識，也不是看老師表演。在知識傳授式教學過程中，教師的角色好比是“演員”，學生的角色就像是“觀眾”；而行動導向式教學要求將兩者的地位進行提升，學生升格為“演員”，教師升格為“導演”。教師應引導學生參與整個教學過程，學生通過主動和全面的學習，達到腦力勞動和體力勞動的統一。應按照“完整行動模式”組織教學，盡可能要求學生獨立獲取信息，獨立制訂計劃，獨立決策，獨立實施，獨立檢查和評估，經歷完整的工作過程。

以主軸設計任務為例，本次改造的數控車床主軸采用變頻器進行調速控制，因此主軸功能設計要解決CNC、變頻器和主軸電機之間的電路連接以及變頻器參數設置的問題。“主軸功能設計”工作任務的教學組織過程如下：第一，教師用實訓設備演示數控系統對主軸電機的控制過程，學生總結主軸電機運轉的特點，通過銘牌了解主軸電機的類型。第二，學生在教材中找出異步電機轉速公式，討論異步電機調速方法，得出異步電機可以通過改變電源頻率的方式進行調速的結論。第三，教師指導學生操作變頻器調節異步電機轉速，使學生了解變頻器的功能。第四，教師介紹變頻器外部接口的功能，講解變頻器基本工作原理。第五，教師指導學生操作CNC控制變頻器工作，同時測量模擬量輸入端子的電壓值，通過電壓值與頻率值的比較理解CNC與變頻器信號接口的功能。第六，學生設計CNC、變頻器和主軸電機之間的電氣連接圖，教師進行講評。第七，教師介紹變頻器常用參數設置方法，指導學生設置參數并觀察變頻器運行狀態的變化。學生在教師的引導下完成上述幾個步驟的工作后，不僅訓練了變頻主軸電氣線路的設計能力，還掌握了變頻器的應用知識。

分組教學是行動導向教學順利實施的一個重要手段。如果不進行分組教學，一個教師在面對幾十個學生時，必然造成監管不到位的情況，同時也不能有效的培養學生的溝通、交流與協作的能力。可將一個40人的班級劃分成8個小組，以小組作為直接的教學對象。每個教學任務的完成都需要學生進行小組討論、實施，并以小組為單位提交成果。分組教學有如下優點：第一，能有效提高教學效率，分組后教師的指導對象由40個減少為8個，教師能更有效的指導每個小組的學習過程。第二，能鍛煉學生的合作能力、溝通交流與協商能力。第三，能有效提高學生的學習效率，形成集思廣益，相互學習，取長補短的學習氛圍。在分組的時候要注意均衡每個小組成員能力，要讓先進學生與后進學生搭配，男生與女生搭配，充分調動學生參與教學行動的積極性。

（三）課程考核方式

考核的目的是檢查學生的學習狀況，調動學生學習的積極性、主動性和創造性，好的考核方式對提高學生的職業技能和綜合素質發揮著重要的導向和激勵作用。本門課程采用以能力本位為目標的課程考核體系（見表2），考核方式的特點如下：一是將能力測評與知識考試相結合，在課程總成績中，項目完成質量占70％，理論筆試占30％。二是項目考核以小組為單位分階段進行，在完成一個階段的某一項工作任務后，教師根據任務的完成質量進行評分，然后以該階段所有工作任務分數的平均值作為該小組在這一階段的成績。三是對個人在小組中的表現進行評價，在完成一個階段的工作任務后，采取個人自評、小組評價和教師評價相結合的方式對每個學生在工作過程中的表現進行測評。四是激勵學生構建榮辱與共、相互幫助、共同進步的學習氛圍，在小組項目考核成績中，任務完成質量分占70％，答辯分占30％。答辯由教師對小組中隨機抽取的成員進行提問，根據其對相關知識的掌握情況進行評分。這樣的做法促使學生不僅要主動完成任務，而且還要積極幫助其他組員學習。

經過實踐證明，通過考核方式的改革，提高了學生的學習主動性，促進了操作技能的形成，增強了學生的實際操作能力，使課程考核更切合實際，更具有實用性和可操作性。在教學過程中，教師只有熟悉每個學生的表現才能對其作出合理的評價。為了盡快認識每位學生，可以建立一份以小組為單位并貼有學生相片的花名冊，教師通過這份花名冊記錄學生在教學過程中的表現，使學生時刻感受到老師對他的關注，促使其更加認真地參與到教學活動當中。

綜上，用機床改造項目引導整個教學過程，可以使學校的教學過程直接轉化為與生產工藝流程一致的、符合企業生產標準要求的工作過程。學生的學習過程和工作過程結合起來，不但可以提高職業能力，而且對關鍵能力的發展也有很好的促進作用。在新的教學模式下，學生的學習積極性提高了，學習興趣也被激發出來，原來普遍存在的上課遲到、曠課、打瞌睡等現象沒有了，學生的技能得到了培養，交流協作能力得到了提高。實踐證明，“工學結合課程+行動導向教學”是一種能夠有效培養學生綜合職業能力的教學模式。