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摘要:针对应用型本科机械设计制造及其自动化专业中数控加工与维修专业方向的培养目标和能力要求,总结了项目教学理念和主干专业课程数控机床故障诊断与维修的主要特点,阐述了该课程在专业人才培养体系中的地位及与其他课程之间的相互关系。在此基础上,采用项目教学的先进理念,构建了该课程的教学体系,拟定了该课程教学内容的组成模块及具体知识要点。最后,对实施效果和存在问题进行了探讨,并指出了下一步的工作思路。
关键词:项目教学;数控机床;故障诊断;维修;教学体系
机械设计制造及其自动化专业(数控加工与维修专业方向)主要培养在制造自动化领域从事数控机床的设计、调试、检测、维护、维修以及计算机辅助设计与制造等工作的高级技术人才。在教学过程中充分利用我校在数控技术领域的雄厚基础和取得的教学科研成果,注重培养学生的实践技能和创新意识。
数控机床故障诊断与维修是数控加工与维修专业方向的一门主干专业课程,通过该课程的学习,使学生掌握数控机床电气控制系统设计及调试的一般方法和具体技术,掌握机电一体化产品维护的基本原则及数控机床的维修技术,培养学生分析问题与解决问题的能力,为学生毕业后从事相关工作打下必要的基础。
一、项目教学理念与课程特点
1.项目教学理念
基于建构主义的项目教学理念起源于美国哈佛大学,盛行于德国,并且取得了很好的成效。与传统的教学理念相比较,项目教学法具有3个主要特点:以教师为中心转变为以学生为中心,以课本为中心转变为以项目为中心,以课堂为中心转变为以实践经验为中心。所以,学生是认知的主体,是知识的主动建构者。
项目教学法是行为导向教学中的一个重要方法,它集中关注于某个学科的中心概念和原则,旨在把学生融入有意义的任务完成过程中,让学生积极学习,自主进行知识的建构。其关键在于变知识传授理念为技能素质培养理念,重视学生的行为能力教育,调动发挥学生学习的积极性和自主性。学生在项目实践过程中,理解和把握课程要求的知识和技能,培养分析问题和解决问题的能力,以现实的学生生成的知识和培养起来的能力为最高成就目标,使学生在掌握知识的同时,既提高了对工程技术问题的判断、分析、解决和创新能力,也培养了团队精神和合作能力。
2.课程特点
(1)复合性
数控机床是一种典型的机电一体化设备,数控机床的维修涉及机械、电气、液压、气动、计算机、自动控制、伺服驱动等多个领域的相关知识和技能。因此,该课程涉及的知识面很广,要求学生对先修课程具有较好的掌握,并且能够把各方面的知识融会贯通。
(2)实践性
由于数控维修技术的复杂性和多变性,使得维修人员的缺乏成为制约数控机床利用率提高的主要因素之一。因此,培养具有良好基础知识、能够胜任数控机床维护和维修工作的高级技术人才,是该课程教学的基本目标。基于这个任务,该课程应当充分重视工程实践,使学生在实践过程中掌握数控维修的基本知识,领会维修的基本原则和基本方法,在具体维修项目中逐步培养学生深入分析和解决问题的综合能力,从而掌握各项过硬的基本技能,积累丰富的数控机床维修经验。
(3)针对性
数控维修的对象是数控机床,不同种类的数控机床虽然在一定层次上具有共性,但从机械结构到控制原理以及操作方法等方面又各不相同。因此,数控维修技能的培养具有较强的针对性,如果在共性的层次上笼统地传授知识,很难达到预期的效果。从尊重认知规律的角度出发,在该课程的教学过程中,应该针对具体的数控机床对象和维修任务,使学生获得相应的工程训练,并在此基础上升华为对一般规律、一般方法的认识和把握,唯有如此,学生才能在今后的工作中做到举一反三。
正是由于数控机床故障诊断与维修课程具有上述3个主要特点,使得该课程非常适合采用项目教学法的理念来制定课程教学计划和组织实施。
二、课程在人才培养方案中的地位及相互关系
1.人才培养课程体系构架
数控加工与维修专业方向人才培养方案中的课程体系可以按模块进行划分(如图1所示)。具体包括三大平台课程:公共基础平台课程、专业基础平台课程和专业方向平台课程。其中,专业平台课程包括数控加工技术、数控机床机械结构、机床电气与PLC、数控原理与系统、数控机床故障诊断与维修,等等。
2.与其他课程的相互关系
数控机床故障诊断与维修是该专业方向的主干专业课程,与其他主要专业基础课程和专业课程之间的相互关系如图2所示。
数控机床机械结构、机床电气与PLC、数控原理与系统等都是其必须先修的课程。从该专业方向的培养目标可以知道,这些先修课程的教学目的主要是学习基本工作原理、积累专业知识和训练必要的技能,从而保证数控机床维护和维修这一主要专业能力的实现。数控机床故障诊断与维修课程一般安排在第七学期,它是多门专业基础课、专业方向课程的集大成者,目的是培养学生运用各学科知识分析和解决问题的综合工程能力。
三、课程教学体系
1.课程性质和教学目的
数控机床故障诊断与维修课程是机械设计制造及其自动化专业(数控加工与维修专业方向)的一门主干专业课。通过本课程的学习,目的是使学生掌握数控机床的一般维修技术,通过维修实践掌握机电一体化产品的一般维护方法,掌握数控机床电气控制系统的具体设计方法和检修技术,从而培养学生分析问题与解决问题的综合能力,培养学生较强的动手能力,为学生毕业后从事相关工作打下必要的基础。
2.课程基本要求
本课程以数控机床作为研究对象,以数控装置和电气控制系统作为重点,教育学生掌握数控机床的维修技术。学完本课程应达到以下基本要求:
(1)了解数控机床的发展趋势和数控系统开放性的具体含义,以及对数控维修从业人员的具体要求。
(2)掌握典型数控装置的硬件连接、系统设置及调试方法,熟悉常用操作界面,并能正确使用以帮助诊断故障原因。
(3)掌握典型伺服系统的安装调试方法、硬件连接、速度环和位置环参数调整和数据备份等,并熟悉伺服系统常见故障及排除方法。
(4)掌握数控机床刀库、冷却和润滑等辅助系统的控制方法,并能够对相关故障进行诊断和排除。
(5)掌握数控机床机械结构的特点,能够对机械系统的常见故障进行诊断和排除。
(6)了解数控机床的验收和精度检验。
(7)熟悉数控机床的日常维护与保养方法。
3.课程教学内容
根据数控加工与维修专业方向人才培养的需要,结合数控机床故障诊断与维修课程的主要特点,运用项目教学法的先进理念,科学拟订出该课程的教学内容(见表1)。
四、预期效果及存在的问题
对于课程教学内容中的主要知识模块,均采用项目教学方法,设计有针对性的教学训练项目,将教学大纲要求的知识点和技能点融会其中,会收到良好的教学效果。
激发了学生的学习兴趣、学习积极性和学习主动性。学生在该课程的学习过程中,目标明确,有具体的项目任务要求。每当遇到技术问题时,都会主动查找资料,制定解决方案,并寻找切实可行的解决方法。
提高了学生的工程实践能力。学生通过完成不同维修项目的分析、诊断和排除,掌握了数控机床故障诊断与维修的一般步骤和方法,工程实践能力得到了较大提高。
培养了学生的团结合作精神。在完成任务的过程中,学生通过讨论、交流和互相学习,共同解决实际问题,培养了大家团结合作的精神,为今后走上工作岗位打下了良好基础。
在教学过程中,训练项目的设计和实施都离不开良好的硬件环境和高素质的“双师型”师资队伍,这是影响教学效果的两个主要因素。因此,针对实践性强的专业课程,为学生提供良好的硬件环境是达到教学目的的前提保证;在此基础上,只有高素质的师资队伍,才能设计出高质量的训练项目,才能在项目实施过程中给予学生有效的指导,项目教学的理念才能落到实处。如何为该课程培养高素质的师资队伍,如何设计高质量的教学项目,以及具体实施过程中的方法研究都是值得进一步探讨的问题。
五、结束语
运用项目教学理念,构建了数控机床故障诊断与维修课程的教学体系,使学生在完整工程项目的背景下,学习具体知识和综合技能,并体现出工程意识。基于项目教学理念的教学过程可以培养工科学生的独立工作能力和团队合作精神,提高学生的综合职业素能,并有助于进一步培养学生的“大工程”意识。
参考文献
[1]刘树青.数控机床故障诊断与维修[M].北京:人民邮电出版社,2009
[2]王令其,左健民,汪木兰,等.大工程观与应用型工科教学改革[J].理工高教研究,2009,2:130～132
[3]汪木兰,朱晓春,王令其,等.改革数控原理与系统培养学生系统工程意识[J].中国现代教育装备,2006,1:31～33
[4]王萍.项目教学法在专业课程中的实践[J].教育与职业,2009,10:129～130
[5]刘树青,周明虎.基于FANUC 0i Mate-C系统的数控综合实验平台开发[J].实验科学与技术,2009,10:14～16
Teaching system constitution of NC machine diagnosis and maintenance based on project-teaching method
Liu Shuqing, Wang Mulan, Wang Kun
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract:Aiming at the training objective and the ability demands of NC manufacturing and maintenance specialty subject in mechanical design & manufacturing and automation specialty in application-oriented institutes, project-teaching thought and main features of the major courses, NC machine diagnosis and maintenance,are summarized. Moreover, the role in professional training system and the relation with other courses are illustrated. Based on these, project-teaching method is adopted to construct the teaching system. The composition module of teaching content and the specific knowledge points are worked out. In the end, the effects and problems are discussed and the future work idea is pointed out.
Key words: project-teaching method; NC machine tool; fault diagnosis;maintenance; teaching system
关键词:项目教学;数控机床;故障诊断;维修;教学体系
机械设计制造及其自动化专业(数控加工与维修专业方向)主要培养在制造自动化领域从事数控机床的设计、调试、检测、维护、维修以及计算机辅助设计与制造等工作的高级技术人才。在教学过程中充分利用我校在数控技术领域的雄厚基础和取得的教学科研成果,注重培养学生的实践技能和创新意识。
数控机床故障诊断与维修是数控加工与维修专业方向的一门主干专业课程,通过该课程的学习,使学生掌握数控机床电气控制系统设计及调试的一般方法和具体技术,掌握机电一体化产品维护的基本原则及数控机床的维修技术,培养学生分析问题与解决问题的能力,为学生毕业后从事相关工作打下必要的基础。
一、项目教学理念与课程特点
1.项目教学理念
基于建构主义的项目教学理念起源于美国哈佛大学,盛行于德国,并且取得了很好的成效。与传统的教学理念相比较,项目教学法具有3个主要特点:以教师为中心转变为以学生为中心,以课本为中心转变为以项目为中心,以课堂为中心转变为以实践经验为中心。所以,学生是认知的主体,是知识的主动建构者。
项目教学法是行为导向教学中的一个重要方法,它集中关注于某个学科的中心概念和原则,旨在把学生融入有意义的任务完成过程中,让学生积极学习,自主进行知识的建构。其关键在于变知识传授理念为技能素质培养理念,重视学生的行为能力教育,调动发挥学生学习的积极性和自主性。学生在项目实践过程中,理解和把握课程要求的知识和技能,培养分析问题和解决问题的能力,以现实的学生生成的知识和培养起来的能力为最高成就目标,使学生在掌握知识的同时,既提高了对工程技术问题的判断、分析、解决和创新能力,也培养了团队精神和合作能力。
2.课程特点
(1)复合性
数控机床是一种典型的机电一体化设备,数控机床的维修涉及机械、电气、液压、气动、计算机、自动控制、伺服驱动等多个领域的相关知识和技能。因此,该课程涉及的知识面很广,要求学生对先修课程具有较好的掌握,并且能够把各方面的知识融会贯通。
(2)实践性
由于数控维修技术的复杂性和多变性,使得维修人员的缺乏成为制约数控机床利用率提高的主要因素之一。因此,培养具有良好基础知识、能够胜任数控机床维护和维修工作的高级技术人才,是该课程教学的基本目标。基于这个任务,该课程应当充分重视工程实践,使学生在实践过程中掌握数控维修的基本知识,领会维修的基本原则和基本方法,在具体维修项目中逐步培养学生深入分析和解决问题的综合能力,从而掌握各项过硬的基本技能,积累丰富的数控机床维修经验。
(3)针对性
数控维修的对象是数控机床,不同种类的数控机床虽然在一定层次上具有共性,但从机械结构到控制原理以及操作方法等方面又各不相同。因此,数控维修技能的培养具有较强的针对性,如果在共性的层次上笼统地传授知识,很难达到预期的效果。从尊重认知规律的角度出发,在该课程的教学过程中,应该针对具体的数控机床对象和维修任务,使学生获得相应的工程训练,并在此基础上升华为对一般规律、一般方法的认识和把握,唯有如此,学生才能在今后的工作中做到举一反三。
正是由于数控机床故障诊断与维修课程具有上述3个主要特点,使得该课程非常适合采用项目教学法的理念来制定课程教学计划和组织实施。
二、课程在人才培养方案中的地位及相互关系
1.人才培养课程体系构架
数控加工与维修专业方向人才培养方案中的课程体系可以按模块进行划分(如图1所示)。具体包括三大平台课程:公共基础平台课程、专业基础平台课程和专业方向平台课程。其中,专业平台课程包括数控加工技术、数控机床机械结构、机床电气与PLC、数控原理与系统、数控机床故障诊断与维修,等等。
2.与其他课程的相互关系
数控机床故障诊断与维修是该专业方向的主干专业课程,与其他主要专业基础课程和专业课程之间的相互关系如图2所示。
数控机床机械结构、机床电气与PLC、数控原理与系统等都是其必须先修的课程。从该专业方向的培养目标可以知道,这些先修课程的教学目的主要是学习基本工作原理、积累专业知识和训练必要的技能,从而保证数控机床维护和维修这一主要专业能力的实现。数控机床故障诊断与维修课程一般安排在第七学期,它是多门专业基础课、专业方向课程的集大成者,目的是培养学生运用各学科知识分析和解决问题的综合工程能力。
三、课程教学体系
1.课程性质和教学目的
数控机床故障诊断与维修课程是机械设计制造及其自动化专业(数控加工与维修专业方向)的一门主干专业课。通过本课程的学习,目的是使学生掌握数控机床的一般维修技术,通过维修实践掌握机电一体化产品的一般维护方法,掌握数控机床电气控制系统的具体设计方法和检修技术,从而培养学生分析问题与解决问题的综合能力,培养学生较强的动手能力,为学生毕业后从事相关工作打下必要的基础。
2.课程基本要求
本课程以数控机床作为研究对象,以数控装置和电气控制系统作为重点,教育学生掌握数控机床的维修技术。学完本课程应达到以下基本要求:
(1)了解数控机床的发展趋势和数控系统开放性的具体含义,以及对数控维修从业人员的具体要求。
(2)掌握典型数控装置的硬件连接、系统设置及调试方法,熟悉常用操作界面,并能正确使用以帮助诊断故障原因。
(3)掌握典型伺服系统的安装调试方法、硬件连接、速度环和位置环参数调整和数据备份等,并熟悉伺服系统常见故障及排除方法。
(4)掌握数控机床刀库、冷却和润滑等辅助系统的控制方法,并能够对相关故障进行诊断和排除。
(5)掌握数控机床机械结构的特点,能够对机械系统的常见故障进行诊断和排除。
(6)了解数控机床的验收和精度检验。
(7)熟悉数控机床的日常维护与保养方法。
3.课程教学内容
根据数控加工与维修专业方向人才培养的需要,结合数控机床故障诊断与维修课程的主要特点,运用项目教学法的先进理念,科学拟订出该课程的教学内容(见表1)。
四、预期效果及存在的问题
对于课程教学内容中的主要知识模块,均采用项目教学方法,设计有针对性的教学训练项目,将教学大纲要求的知识点和技能点融会其中,会收到良好的教学效果。
激发了学生的学习兴趣、学习积极性和学习主动性。学生在该课程的学习过程中,目标明确,有具体的项目任务要求。每当遇到技术问题时,都会主动查找资料,制定解决方案,并寻找切实可行的解决方法。
提高了学生的工程实践能力。学生通过完成不同维修项目的分析、诊断和排除,掌握了数控机床故障诊断与维修的一般步骤和方法,工程实践能力得到了较大提高。
培养了学生的团结合作精神。在完成任务的过程中,学生通过讨论、交流和互相学习,共同解决实际问题,培养了大家团结合作的精神,为今后走上工作岗位打下了良好基础。
在教学过程中,训练项目的设计和实施都离不开良好的硬件环境和高素质的“双师型”师资队伍,这是影响教学效果的两个主要因素。因此,针对实践性强的专业课程,为学生提供良好的硬件环境是达到教学目的的前提保证;在此基础上,只有高素质的师资队伍,才能设计出高质量的训练项目,才能在项目实施过程中给予学生有效的指导,项目教学的理念才能落到实处。如何为该课程培养高素质的师资队伍,如何设计高质量的教学项目,以及具体实施过程中的方法研究都是值得进一步探讨的问题。
五、结束语
运用项目教学理念,构建了数控机床故障诊断与维修课程的教学体系,使学生在完整工程项目的背景下,学习具体知识和综合技能,并体现出工程意识。基于项目教学理念的教学过程可以培养工科学生的独立工作能力和团队合作精神,提高学生的综合职业素能,并有助于进一步培养学生的“大工程”意识。
参考文献
[1]刘树青.数控机床故障诊断与维修[M].北京:人民邮电出版社,2009
[2]王令其,左健民,汪木兰,等.大工程观与应用型工科教学改革[J].理工高教研究,2009,2:130～132
[3]汪木兰,朱晓春,王令其,等.改革数控原理与系统培养学生系统工程意识[J].中国现代教育装备,2006,1:31～33
[4]王萍.项目教学法在专业课程中的实践[J].教育与职业,2009,10:129～130
[5]刘树青,周明虎.基于FANUC 0i Mate-C系统的数控综合实验平台开发[J].实验科学与技术,2009,10:14～16
Teaching system constitution of NC machine diagnosis and maintenance based on project-teaching method
Liu Shuqing, Wang Mulan, Wang Kun
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract:Aiming at the training objective and the ability demands of NC manufacturing and maintenance specialty subject in mechanical design & manufacturing and automation specialty in application-oriented institutes, project-teaching thought and main features of the major courses, NC machine diagnosis and maintenance,are summarized. Moreover, the role in professional training system and the relation with other courses are illustrated. Based on these, project-teaching method is adopted to construct the teaching system. The composition module of teaching content and the specific knowledge points are worked out. In the end, the effects and problems are discussed and the future work idea is pointed out.
Key words: project-teaching method; NC machine tool; fault diagnosis;maintenance; teaching system