淺議高職數控車床實訓教學中的問題及改進策略

黃志偉,沈艷河,谷禮新

(黃河水利職業技術學院機械工程學院,河南開封,475004)

在我國高職院校數控專業實訓教學過程中,數控車床實訓是學生必修的一門實踐課程。數控專業的學生通過數控車床實訓掌握數控車床編程、數控車床操作及數控車床的日常保養和維護,完成對軸類、盤類、套類回轉體零件的車削加工,提升學生的實踐操作能力,培養學生的職業素養,讓學生達到高級數控車工的水平和數控車加工的工作崗位要求。[1]但是,高職院校在數控車床實訓教學過程中缺少機械制造技術、信息化技術、可視化技術和虛擬仿真技術的融入,同時存在教學方法單一、實訓教師能力培養缺失等一系列問題,嚴重影響數控車床實訓的教學效率和教學質量。本文結合高職院校的實際教學情況,提出改進數控車床實訓教學的思路,旨在提升數控車床實訓教學的效果,為國家機械制造行業培養更多高技能型人才。

一、實訓教學現狀及現存問題

(一)實訓教學現狀

高職院校數控專業學生在學完數控車床編程與操作課程之后,將會開展數控車床實訓以鞏固和消化所學的理論知識。數控車床實訓是數控技術專業中一門實踐性很強的操作技能課。目前,黃河水利職業技術學院(以下簡稱我校)使用自編實訓任務指導書來指導教學。實訓任務指導書主要由數控車床日常維護及安全注意事項、數控車床基本操作、簡單軸類零件車削加工、螺紋車削加工、復雜軸類零件車削加工、配合件車削加工、零件加工質量檢測七部分構成,其實訓內容涵蓋了數控車床編程與操作課程的專業知識和專業技能。在時間安排上,數控車床實訓通常以整周集中授課的方式開展實踐教學。數控技術專業的實訓時長為2周,每天5個學時,共計50學時;機械設計與制造專業的實訓時長為2周,每天5個學時,共計50學時;機電一體化技術專業的實訓時長為1周,每天5個學時,共計25學時。數控車床實訓一般在數控實訓車間進行,數控實訓車間配備FANUC數控系統數控車床10臺、GSK數控系統數控車床6臺、SIEMENS數控系統數控車床4臺、用于數控車加工仿真臺式計算機40臺。實訓教師授課時一般先講解仿真軟件基本操作、機床控制面板按鍵操作、機床對刀操作、加工程序編制、程序輸入等實訓項目,隨后讓學生結合實訓任務書進行操作練習。學生實訓成績按五級等級制進行評定,學生的成績評定以考勤、安全規范操作、平時表現、任務完成質量為主要參考標準。

(二)實訓教學現存問題

數控車床編程與操作實訓教學多選取單個零件作為任務載體,任務形狀由簡單到復雜,任務難易程度符合學生的認知規律。但是,數控車床實訓教學未能突出課程特色,課程實訓教學難以適應職業教育新形勢和現代制造業對數控車床的崗位要求,從而影響課程教學質量和學生的學習效果,也會對學生就業率產生一定影響。目前,數控車床實訓教學存在以下幾個方面的問題。

1.教學資料與教學資源不足

目前,數控車床實訓的主要教學資料仍然是實訓任務指導書,缺少配套的課程標準、教學設計、考核標準及題庫等實訓教學資料。同時,實訓項目缺少配套的數字教學資源,不利于學生課后自學和教師對信息化教學資源的開發建設。在傳統數控車床實訓過程中,實訓教師通過現場演示教學完成仿真軟件操作、工件裝夾、對刀操作和工量具使用等教學內容,學生按照教師的操作示范進行練習。但不同的授課教師對學生的教學要求和考核標準不同,數控車床實訓教學存在一定的隨意性。

2.教學組織與考核不合理

高職院校數控車床實訓通常面向一個班或兩個班進行授課,每班有30—40名學生,并配置兩名實訓教師。實訓教師在操作演示時將學生分為兩組,每名實訓教師各帶一組學生進行講解和操作演示。不同于普通車床,數控車床安裝有防護罩,學生只能在教師一側聽課,往往只有前排的學生能夠看清和聽清實訓教師的演示和講解。實訓教師講解完編程和操作要點,每臺數控車床安排3—4名學生進行操作,一名學生操作數控車床車削工件,其余學生在電腦上進行仿真操作。此外,實訓教師的課堂考勤主要是課前點名,對學生在實訓過程中的表現缺乏管理和組織,極大地影響了實訓教學效率。同時,實訓教師對學生的成績評定僅關注日常考勤和學生提交的車削加工工件,并未對學生提交的工件精度和表面質量進行嚴格考核,導致部分學生在車削加工過程中缺少精度檢測和尺寸誤差補償。

3.實訓指導書與教學載體缺乏新意

高職院校數控車床實訓指導書大多內容陳舊,內容更新不及時。近年來,高職院校采購了大量數控實訓設備用于實踐教學。我校數控車床實訓車間增添了GSK數控系統數控車床和SIEMENS數控系統數控車床,數控車操作系統、操作界面與之前的FANUC數控系統機床有很大不同,但實訓指導書并未增加相應的操作系統編程知識和操作界面按鍵功能介紹。同時,實訓指導書僅涵蓋了學生需掌握的理論知識和實踐技能,并未融入企業生產元素,導致教學內容與企業生產脫節。此外,實訓教學對教學載體的選擇與創新不夠重視,現有教學載體不能有效激發學生的學習興趣,難以取得較好的教學效果,從而影響人才培養質量。

4.師資能力與數控設備不足

高職院校的教師大多為高校的碩士或博士研究生,教師的學術能力較強,但實踐動手能力較弱,難以承擔理實一體化教學的重任。部分教師在授課時照本宣科,不利于培養學生的操作技能和技術應用能力,更難以開展創新教育。因此,提升青年教師的實踐能力是教師團隊能力培養的首要工作。受到多種因素的制約,雖然高職院校已經投入了大量的人力和財力,鼓勵青年教師下企業進行實踐鍛煉,但實際效果并不理想。此外,高職院校用于數控車床實訓教學的設備數量不足,且設備缺乏保養導致設備老舊,多名學生共用一臺數控車床或使用有精度問題的數控車床,極大地影響了學生實踐能力的提升。

5.課程與技能證書缺乏融合

高職院校數控技術專業的學生畢業時要考取數控車工高級證書或數控銑工高級證書。數控車床實訓教學內容與職業資格標準缺乏融合,實訓課程教學標準、考核評價等教學資料不夠完善,教師未能將數控車高級工需要掌握的知識和技能融入實訓教學,從而影響學生技能證書的通過率。

6.教學內容與技能競賽脫節

全國職業院校技能大賽是高職院校提高人才培養質量的一個重要平臺,是職業教育高質量發展的重要舉措,也是企事業單位招聘人才的一個風向標。[2]數控車床不僅是國家職業技能大賽的賽項,也是世界技能大賽的賽項。在競賽過程中,選手普遍采用CAXA數控車軟件畫出工件圖形進行自動編程。但目前數控車床的實訓教學內容仍舊以教授學生手工編程為主,學生遇到工件上橢圓加工或拋物線加工情況時就會束手無策,因為多數學生不會使用宏程序編寫橢圓或拋物線加工程序。此外,各類數控車床技能大賽的考核內容主要包括工件加工工藝的合理制訂、配合件和各類螺紋的數控車削加工。然而,目前高職院校的數控車床實訓教學仍主要講解單件零件加工的知識,缺少螺紋加工知識的教學。

二、數控車床實訓教學改革思路

(一)豐富教學資源和教學資料

1.巧妙設計微課

目前,高職院校學生普遍擁有智能手機、臺式電腦、筆記本電腦等電子產品,實訓教師可以把教學內容分成多個課堂教學視頻項目,將數控車床編程與操作實訓的知識點(講解視頻)、技能點(操作演示視頻)與典型任務對應起來,在實訓教學過程中突出可視化教學。[3]教師可借助儀器設備將學生的實訓過程錄制下來,剪輯和制作一些典型案例視頻,讓學生通過觀看實訓視頻加強對安全操作等事項的認識。例如,教師可通過微課視頻展示數控車床編程指令、數控車床仿真、數控車床控制面板操作、工件裝夾、對刀操作、誤差補償等操作技巧。教師可根據不同的教學內容適當改變視頻制作模式,激發學生的學習興趣。

2.開發特色實訓指導書

實訓指導書的編寫應體現工學結合的特點,實訓教師應根據企業崗位技能要求和數控專業實踐技能現狀,以貼近真實產品生產要求和激發學生學習興趣為出發點,以提高實訓教學質量為前提,開發特色實訓指導書。特色實訓指導書的編寫應采用模塊化的形式,根據數控車床編程與操作的難易程度分別融入各個實訓模塊,結合數控車床相關的專業知識與拓展技能。特色實訓指導書的內容可分為初級、中級、高級三個階段,實行實訓教學與產品生產相結合的教學模式,以滿足不同水平學生的學習需求。

3.編制數控技能大賽試題集

全國舉辦的各類職業院校數控技能大賽是對數控專業教育質量的有效檢驗,數控技能大賽試題反映了數控專業學生的發展水平。我校的數控專業帶頭人組織教學骨干梳理往屆各類數控技能大賽試題的知識點,仔細研究試題中的重難點知識,針對大賽試題編制出幾種不同的機械加工工藝,讓學生找出不同機械加工工藝的優缺點。比起編程與操作,數控技能大賽更重視工藝的比拼。學生通過學習往屆數控技能大賽的試題,能夠了解和掌握更多的新工藝、新方法,為今后參加技能競賽打好基礎。

4.制作“實體教材”展示窗

數控車床“實體教材”展示窗通過選擇往屆數控技能大賽的零件和典型零件,按照生產工藝流程,將其以實物的形式展示出來,并輔以數控車床操作步驟和操作要領的真實車削加工場景的圖片、工藝參數、技術要領,制成一個展示窗。[4]將數控車床加工的典型零件(軸類零件、盤類零件、套類零件)的每道工序以實體的形式進行展示,突出實體教學方式的直觀性,便于數控專業的學生理解和掌握各類零件的加工工藝。實訓教學形式為講看結合,利用數控車床實體教材多方位展現零件加工步驟,教學形式靈活多樣,增加學生自主學習和思考的機會,有利于培養學生的獨立工作能力和創新思維。

5.創新教學載體

選取由3—4個零件組成的配合件,此配合件應是學生可以日常使用的物品,教學載體應具有新穎性、實用性、經濟性、可操作性及與專業人才培養相銜接的特點。實訓教師在分組教學時,可將6—8名學生分為一組,每兩名學生協作加工一個零件。實訓教師可根據零件加工的難易程度為各小組成員分配任務,小組成員每加工完一個零件,應相互交叉,重新組合。實訓結束后,每名學生應有自己的作品。教學創新載體要突出創新引領、興趣激發、教學相長等特點,幫助學生熟練掌握數控車床編程與操作技能。此外,學生可將自己的學習成果展示給家人和應聘單位,提高學校的知名度和就業率。

(二)教學內容與“技證”接軌

1.技能競賽

目前,世界技能大賽、全國職業院校技能大賽、金磚國家職業技能大賽等賽事列有數控車床加工技術賽項,數控車床實訓教學內容和教學方法應與技能大賽接軌。通過實施項目化教學、一體化教學,幫助學生掌握數控車床編程、操作、工藝、數控加工刀具及夾具等內容,使學生牢固掌握數控車床加工相關知識和技能。同時,學校應仔細分析數控技能競賽項目并將其引入實訓教學,讓學生在實訓過程中運用創新性思維去發現、分析和解決問題,確保工件符合精度要求。

2.職業資格證書

2019年,國務院印發《國家職業教育改革實施方案》,教育部立即開展“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度試點工作,推動高職學歷教育與獲得職業資格證書相互融合。[5]高職院校的數控車床實訓教學應根據職業資格證書制度,積極革新實訓授課內容,對接職業標準,將職業標準作為實訓考核標準。實訓教師可將考取職業資格證書所需理論與職業技能鑒定的內容融入教學過程,提升學生職業資格證書的通過率。

(三)加強實訓軟硬件建設

1.提升實訓教師實踐能力

首先,學校可聘請企業數控技術能手、省級數控技術能手和國家級數控技術能手對數控車床實訓教師進行系統的技能培訓,學校組建考核組對培訓教師進行考核,考核合格者將獲得數控車床實訓教學資格。其次,學校可定期選派實訓教師到企業進行實踐鍛煉,參與企業生產工作,了解企業崗位能力需求,提升自身的實踐能力。同時,學校可定期選派實訓教師去獲得全國職業院校技能大賽一等獎的高職院校進行交流學習。最后,實訓教師應積極指導學生參加各類數控車床技能競賽,以提升學生的競賽水平。

2.加強實訓硬件設施建設

數控車床實訓室建設應結合人才培養方案和培養目標,幫助學生學會數控車床編程和數控車床操作,以培養學生利用數控車床完成零部件加工的能力為重點。數控系統應注重多樣化,如FANUC系統、SIEMENS系統、華中數控系統、廣數數控系統等,多樣化的數控系統既符合各類數控技能大賽的賽事要求,又能幫助學生更快適應不同的崗位需求。數控實訓室應保障2—3人使用1臺數控車床,CAD/CAM實訓室應確保1—2人使用1臺計算機,數控車床應配置有數據線接口或者無線網絡傳輸設備,方便學生利用CAXA軟件自動編程進行在線傳輸,節省利用操作面板輸入程序的時間。

3.建立校外實訓基地

學校可通過開展校企合作,在企業里建立校外實訓基地,讓學生在真實的工作環境中學習和鍛煉,進一步增強學生的實踐能力。學校應根據企業實際情況合理選擇合作單位,校外實訓基地應為學生提供動手操作數控車床的實踐環境,真正提升學生的實踐能力和專業素質。建立校外實訓基地能夠讓學生體驗真實的工作環境,培養學生的團隊協作意識、溝通能力和組織管理能力。

(四)改革教學模式和考核方法

1.構建“五步法”教學模式

“五步法”教學模式是以創新載體(便攜式鉆孔點定位儀)為驅動的教學模式,通過真實產品激發學生的學習興趣。第一步,在實訓教師的引導下,學生通過觀看視頻、錄像、課件了解項目背景、市場痛點和產品信息。第二步,實訓教師布置學習任務,學生根據學習任務分析創新載體裝配圖和零件圖。第三步,在實訓教師的指導下,學生制作自主學習提綱,通過查閱專業書籍、工具書、網絡資源制訂工作計劃。第四步,實訓教師根據學生的實際情況進行分組和任務分工,學生互相交流展示自學成果。實訓教師指導學生完成創新載體零件圖的分析過程、加工工藝步驟,編寫加工工藝卡,確定學習任務計劃。第五步,實訓教師根據學生的操作技能掌握情況,對學生存在的螺紋車削、細長軸車削難點進行講解。在加工過程中,各小組成員先從簡單零件做起,由易到難,循序漸進。實訓教師巡回指導,注重培養學生加工時的規范操作意識和安全意識,引導學生按照規定的加工工藝獨立完成數控車削任務。在學生完成各個零件加工任務后,實訓教師應根據每名學生的實際情況進行質量控制,突出教學的層次性,充分培養學生的動手操作能力和創新意識。

2.開展“傳幫帶”組織教學

為進一步提升教學效率和教學效果,學校可建立“傳幫帶”長效機制,利用傳、幫、帶促進學生實踐能力的提升。實訓教師可根據本學期班級數控車床實訓情況,組織班長根據班級學生的實際學習情況對學生進行合理分組,挑選成績好、動手能力強、有責任心的學生擔任小組組長。在數控車床實訓過程中,各組組長能夠充當教師助手,為小組成員提供幫助和指導。實訓教師可提前教授各組組長數控車床實訓的相關知識,各組組長可利用課余時間學習數控車床的基本操作、數控車床仿真軟件的使用。

3.合理安排實訓時間

數控車床編程與操作理論授課與數控車床實訓在時間銜接上應科學合理。高職院校通常在第三學期開設“數控車床編程與操作”課程,部分學校將數控車床實訓安排在第三學期末,也有學校將數控車床實訓安排在第四學期,導致理論課與實踐課之間的時間間隔太長,對實訓教學質量影響較大。因此,數控車床實訓時間的安排應避免與理論課間隔過長,應盡可能地把理論教學和實踐教學安排在同一個學期。針對理論課與實踐課間隔較長的情況,實訓教師可提前為學生提供一些學習資料,布置具有針對性的學習任務,為今后的數控車床實訓做好準備,提高實訓教學效果。

4.采用“四位一體”考核評價模式

“四位一體”考核評價模式是在傳統考核評價基礎上,建立一種全新的考核評價模式,增加對學生學習過程的評價。通過實訓過程評價、專業操作能力評價、專業知識能力評價和非專業知識能力評價,實現終結性評價與過程性評價的有機結合。[6]實訓教師通過觀察學生在實訓中的表現,將學生自評與教師評價結合起來,讓學生認識到自己的不足之處及改進方法。專業知識能力評價采用開卷考試的形式,學生可通過查閱資料、手冊完成考核。專業操作能力評價主要考核學生在實訓操作中的表現和零件制作完成情況,非專業知識能力評價主要考核學生的溝通能力、責任心、團隊協作能力、獨立完成任務的能力。學校針對“四位一體”考核評價模式制定可量化的測評指標,實現對學生實訓效果的全面考核,增強學生自我完善和自覺探索的意識。

三、結語

本文圍繞高職院校數控技術專業中數控車床實訓教學存在的教學資源匱乏、教學效率低下、師資隊伍建設滯后等問題,結合學生認知規律和生產崗位實際需求,分別從“豐富教學資源”“深化課證融合”“創新教學模式”“改革教學評價”“加強師資建設”等方面出發,探索提升數控車床實訓教學效果的具體路徑,旨在激發學生的學習興趣和自主學習能力。教師在實訓過程中運用“五步法”“傳幫帶”組織實施教學,充分調動學生的學習積極性。采用“四位一體”考核評價模式,使考核評價貫穿整個實訓教學,使終結性評價與過程性評價有機結合起來。我校通過一系列改革舉措有效解決了數控車床實訓教學的現存問題,提升了實訓教學效果,增強了學生的創新意識和實踐能力,學生的就業質量也得到了相應提高。