高職機械加工專業課堂教學策略及實踐訓練研究

賀義宗

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

隨著工業4.0時代來臨，我國傳統制造業已經無法滿足當前市場經濟發展的需求，信息化、數字化、智能化時代顛覆了傳統制造業，數控加工在領域內發揮了巨大作用，提高了制造企業的生產力，推動了各項技術水平的不斷提升。制造領域重復性、批量化的生產已經融合了機械加工，提高了單位產值，促進企業經濟效益的提升。本文針對高職院校機械加工專業人才的培養模式進行分析，闡述了運用先進的教學手段，促進機械加工業人才在校期間掌握更加先進的理論、技術和實踐經驗，為社會培養更多多元化、復合型的高素質技術技能人才。

1 高職機械加工專業課程分析

高職院校教師在日常教學中，側重對理論知識的講解，讓學生對機械加工有更加全面的概念認知，對數字化制造的全流程有更加深入的了解。這雖然符合高職院校機械加工專業教學標準的要求，但學生缺乏實踐操作，無法將所學的理論知識內化為數字化制造的實際應用能力，影響學生學習積極性和內在動力，長此以往，導致學生出現逆反情緒，影響專業技能的提升[1]。因此，為了有效提高高職機械加工專業教學效果，應根據當前教學實際情況，改進教學策略，迎合現代化、信息化、智能化技術要求。

2 高職機械加工專業課堂教學策略

2.1 信息化技術的應用

2.1.1 提高信息化教學資源使用效果

首先，加強教學過程中的信息技術利用率。教師在教學過程中，為了確保學生安全，在參觀數控設備運行過程中，一般通過窗口觀察，受到鈑金封閉外廂的限制，學生很難對深層次的技術細節掌握[2]。運用信息化數據加工技術教學，教師可以借助多媒體設備向學生展示動態的、連續的聚焦刀具切削過程，教師還可以把相關教學視頻發布到班級微信群，學生可以不受時間、地點限制，反復觀看技術要領。信息技術支持下，學生可以對仿真操作增強理解力。例如，教師在講解代碼的內涵時，應將對應的程序編制方式向學生展示，學生可以嘗試仿真操作處理，促進數據加工技術水平的提升，避免實踐過程中出現失誤性操作帶來安全隱患。學生在操作過程中，應根據教師的指點和幫助，及時發現自身操作不足，例如，在數控程序編譯或者輸入過程中出現的錯誤，會影響設備的安全性，為了避免因失誤導致機床受損，應提高各環節的精準性。其次，教師演示。機械數控加工專業在設備操作教學過程中，應全面分析機械結構并做對應演示。例如，車床手輪操作中，學生在觀察刀架移動過程中，無法同時關注到手輪操作，更不能轉換手輪方向和坐標，學生如果想掌握手輪操作技術，不支持同步觀察刀架移動軌跡，因此，即便教師做了對應演示，學生也很難理解數控加工的核心技術。如果學生做演示無法全面觀察，教師還應借助信息技術，呈現數控程序編譯、動態展示設備部件的運動軌跡，讓學生理解內部構件之間的對應關系，提高學生的理解能力。由于數控設備運行模式有所差異，因此，應讓學生對每個模式的操作都進行觀察，通過對比數控設備不同模式之間的關聯性，促進演示效果的提升。

2.1.2 拓展教學新空間

首先，可以拓展學習空間；教師可以從傳統教師教學環境下，延展到課外制造車間進行教學互動，還可以借助信息化、網絡化技術，讓學生與生產車間技術人員互動交流，幫助學生理論知識的內化。其次，拓展演示空間；教師在課堂教學過程中，為了讓學生深入了解技術內涵，應借助信息化設備擴大技術細節，如果需要演示的技術類型難度較大，例如，數據切削過程中，應對刀具的受力及表面質量對應關系進行演示，通過學生拓展演示的形式，充分了解到外圓車削的切削運動和加工表面之間關系，避免親臨加工現場增加安全隱患，還可以為后續生產實踐夯實技術基礎。最后，拓展交流空間；教師在課堂理論知識講解與演示過程中與制造車間操作現場存在一定的差異，不同學生對同一個技術性能理解能力也有所差異，傳統課堂中，教師面對學生的疑問都是在課堂上面對面解決，但由于課堂時間有限，不能兼顧到每個學生、所有技術知識點[3]。因此，教師可以借助信息網絡技術開辟新的交流渠道，為學生營造交流互動平臺，促進學生學習效果的提升。

2.2 虛擬加工技術的應用

高職院校教師在對機械加工專業學生教學過程中，應迎合當前社會發展需要，融合虛擬加工技術的學習與應用。例如，首先應以VERICUT建立模擬機床，根據技術要求設置對應的參數，讓學生學習數控代碼的編譯，并參與到具體實踐操作中。教師應參照《數控加工與編程》課程對學生做虛擬加工技術指導，具體流程如下：第一，在實施編程與數控加工之前，應充分了解虛擬加工技術要領，結合現代化加工機床的動畫效果圖，提高學生深入探究興趣，學生可以在了解技術應用的前提下，對未來職業生涯做好規劃，并落實到具體學習中。第二，教師在教學過程中，如果一味地講解數控代碼等相關理論知識，學生大腦中沒有形成數控加工概念，過于抽象的知識學生很難理解，教師借助虛擬加工軟件教學，學生可以輕松了解數控代碼與技術功能之間的關聯性，提高對理論知識的內化，促進理論與實踐的結合[4]。第三，教師在理論課程講解完畢后，為了鞏固學生理論知識，還應為學生布置虛擬加工軟件相關模擬操作，讓學生獨立完成數控代碼的編制和實操。學生通過獨立完成所有操作步驟，才能增強對課堂教學內容的分析和理解。第四，數控加工實踐課程中，由于數控機床有限，課堂實踐時間有限，學生練習操作機會并不多，為了增強學生實踐能力，教師將虛擬加工技術引入到數控實踐環節，便于學生在實踐過程中借助虛擬加工程序現行操作，分析程序中是否存在問題，節約耗材的同時，提前讓學生在數控實踐環節做好問題的規避措施[5]。

2.3 虛擬+現實的完整生產過程實踐訓練

虛擬現實主要是計算機技術將結構與非結構數據轉化為電子信號，通過三維模型表現出來，這些并不是真實存在的物體，可以模擬現實中的技術效果，稱之為虛擬現實。教學思路主要是教師借助平臺進行交互性教學，促進現實教學目標和教學效果的實現。其中虛擬現實技術包括圖像處理、人工智能、傳感器等信息技術的分支，給人以多重感官效果，教師可以借助這種技術，為學生營造真實的體驗及交互[6]。傳統虛擬數控仿真軟件是一種靜態展示，模擬出的數控機床存在一定技術缺陷，但避免了真實操作耗費各類資源和風險性，但這種依賴教師線下教學，無法借助互聯網互動，給學生營造擬真的場景，隨著近年來各種客觀因素限制，線上教學作為必然趨勢，為了還原虛擬仿真技術身臨其境感覺，還應不斷創新教學理念。虛擬實訓是營造真實的崗位環境，讓學生在擬真的機床設備及擬真操作環境中實踐，使用者在移動位置時，相應的數據計算機可以同步運算，操作參數及時傳輸給終端，給人以真實的模擬操作場景，促進學生各項技術水平的提升。學生還可以不受時間、空間限制，隨時隨地展開學習，教師可以對實訓資源開放，實現教學資源共享機制，學生只要在互聯網覆蓋區域都可以進行虛擬實訓。

虛擬+現實技術是借助信息化系統將日常數據生成電子信號，傳輸至系統轉化為人們感受到的物質，通過三維模型直接模擬出的技術，融合了數字圖像處理，多媒體、網絡等前沿信息技術。教師可以借助VR技術引入教學中，為學生遠程數控實訓提供技術支撐，避免傳統虛擬仿真練習及實訓操作不相容問題。虛擬現實可以借助遠程數控實訓，在互聯網+模式下，實現虛擬仿真練習，實現數控加工實訓操作，給人擬真感受。提高高職學生、教師以及虛擬試訓之間的互動，促進學生學習效果。虛擬實訓教學系統應選擇Web3D系統模式，提高虛擬實訓教學的有效性，如圖1所示，虛擬實訓項目內容。目前實訓環境建議用SCADA監控模塊，遠程操作、加工程序管理等，采用工學結合的教學模式，模擬生產加工場景，數控實訓基地建立虛擬工廠，促進教學目標的實現。如圖2所示，學生可以在數字化工廠完成實訓，并與制造企業生產流程實現無縫對接，學生可以借助車間電腦直接傳輸到加工機床，使學生對車間布局，加工環境深入掌握，提高設計與生產環節的有效銜接。學生通過虛擬工廠實現不同崗位和職業的訓練，增加學生對機械數控加工全過程認知，不斷積累生產經驗運用到工作崗位中。

圖1 數控虛擬實訓平臺功能模塊內容

圖2 面向機械加工的數控實訓中心

3 結語

隨著城市化步伐的加快，人們生產、生活發生了顛覆性的轉變。機械加工領域推動了社會各領域發展，數控加工技術作為機械加工業的主要技術支持，展現出強大的創造力和生產力。高職機械加工專業教學過程中，教師應充分運用現代化教學手段，提高學生理論聯系實踐的能力，為推動機械加工的深入研發，為社會培養復合型技術人才而不懈努力。