一般而言,数控铣床是中职学校机械专业学生技能实训过程中最后学习的一类机床。原因主要在于,数控铣床是三维的加工设施,而且加工对象较为复杂,可以加工平面、台阶、各类成形槽、凸台、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等,几乎囊括了各类平面轮廓和立体轮廓的零件。在来加工工序安排时,学生往往无从下手,感觉到很困难。有的主次不分、内外不分,有的与数控车床混淆不清。此外,加工工序的制定合理与否直接影响着工件的质量、劳动生产率和经济的效果与利益,因此数控铣床在工艺流程中工序如何安排就显得很重要。
工序的安排是工艺设计中最重要的一环。为了达到零件的设计精度要求及图纸的有关技术要求,数控铣床加工工序一般应遵循以下原则:
先粗后精,是用去除多余材料的方式进行机械加工时一般都会采取的原则。对于数控铣床而言,简单地讲就是“大刀开粗,小刀清角”。粗加工时,以去除多余材料保留一定加工余量为主要目的,再依次精加工各个表面,既可提高生产效率,又可保证零件的加工精度和表面粗糙度。对于某些加工表面精度要求较高的零件,往往在粗、精加工工序之间,还会放置一段时间,使得零件表面的应力得以释放,目的也是在于保证零件的加工精度。
对于支架类、箱体类零件,一般先加工平面,后加工孔。这是因为平面的面积大,以平面定位加工孔的夹具结构简单、可靠,加工时可以确保定位可靠,夹紧牢固,从而保证孔的加工精度。其次,先加工平面可以消除铸件表面的凹凸不平、夹砂等铸造缺陷,为提高孔的加工精度创造条件,同时也便于对刀及调整。特别是钻孔,孔的轴线.先内后外原则
对于外圆与孔的同轴度要求较高的零件,加工时一般采用先孔后外圆的原则,即先以外圆作为定位基准加工孔,再以精度较高的孔作为定位基准加工外圆,这样可以保证外圆和孔之间具有较高的同轴度,而且使用的夹具结构也很简单。
加工过程中,铣刀的铣削运动应当连续,应尽量避免加工中的停顿现象,特别是加工半封闭或封闭的内外轮廓时。这是因为零件、刀具、铣床这一工艺系统在加工过程中处于暂时的动态平衡弹性变形状态下,若突然停顿,切削力会明显减弱,就会使刀具在停顿处留下划痕或凹痕。
钻孔操作,一般是钻头钻孔,扩孔钻扩孔,最后铰刀铰孔。当进行位置精度要求较高的孔系加工时,要避免把坐标轴的反向间隙带入,从而影响位置精度。如果是螺纹孔,在攻丝之前,要先钻底孔,然后攻螺纹,必要时需要二次攻丝。
以上仅是一些在实际使用过程中的工序安排策略,通常情况下,在定位夹紧时会考虑一次定位原则;对刀具的使用中,还会贯彻减少换刀次数的原则,目的在于减少空程,节省辅助时间;加工过程中,还会坚持机械加工中由远及近,先主后次的原则;在进行工艺路线选择的时候,还会寻求最短加工路线,最终轮廓一次走到完成,设置刀具的切入切出方向,用以保证零件的精度和表面粗糙度。总之,工序与工步的安排与划分要根据具体零件的结构特点、技术方面的要求等情况综合考虑,并不能一一言尽。
合理地确定数控加工工艺,对实现优质、高效和经济的数控加工具有极为重要的作用。在中等职业教育中,面对我们职业学校的学生,方法比理念更为重要。在教学过程中,可以多进行案例教学,或者理实一体化教学,以典型的案例作为导入,确定数控铣床加工工序时,首先要对被加工零件进行工艺分析和处理,然后根据工艺装备(如机床、夹具、刀具等)的特点拟定出合理的工艺方案。熟能生巧,实训项目多了,教师引导多了,学生在数控铣床加工工序安排方面也就能如鱼得水、驾轻就熟了。
数控铣床科知识涵盖面广,涉及数控原理、数控编程、铣床结构、自动控制技术、电气驱动伺服技术、位置检测技术、机床精度、电子技术、计算机硬件与软件等方面的知识,所以对数控铣床科的学习要求要有一定的数学能力、空间想象能力、扎实的相关专业知识基础和较强的识图能力。而中职生普遍在这些方面的知识和能力有所欠缺,再加上中职学校数控铣床的数量往往无法满足上课班级学生人均一台的要求,所以中职学校数控专业的学生对数控铣床科的学习普遍觉得较难,甚至厌学该门课程。这就要求数控铣床科的任课教师在组织和安排数控铣床课的教学上要更有方法和技巧。该如何上好中职学校数控铣床课并提高教学实效?是每一位中职学校数控铣床科任课教师首先要考虑的问题。笔者认为:要上好中职学校数控专业的数控铣床课,任课教师做好以下的几点教学要求非常重要。
任课教师要结合学校实际情况、所授课班级学生的实际情况制定好该课程的授课计划、实操教学计划和实训项目。在制定计划时要根据学校的教学安排和实训设备情况考虑该教什么、该如何教、该实训什么、该如何实训等问题,从而保证数控铣床的实操教学一学期下来能有章可循有序进行。计划是行动的导向,没有全面的授课计划、实操教学计划、项目计划就无法进行有效的组织数控铣床科的实操教学,更不用说提高实操教学实效了。
第一次课非常重要,第一次课就好像给人的第一印象,第一印象不好,就很难再与其进行深入的交往。所以,第一次课安排是否合理将影响学生对学习该门课程的兴趣与信心,从而影响之后的实操教学组织和实操教学的实效。第一次课不一定要立即进行机床操作教学,而是要先进行专业导向教学和课程导向教学。所谓专业导向教学是指介绍本专业的发展前景、就业前景,使学生觉得选择本专业是正确的、有前途的,从而树立起专业信心。课程导向教学是介绍本课程在本专业中的位置与作用,学好本课程后的意义何在,出路何在,从而使学生树起学好该课程的兴趣与信心。兴趣是最好的老师,学生对该课程有了学习兴趣,之后的组织教学就会得心应手。其次是让学生参观车间,初步了解数控铣床的结构、功用、安全操作规程等基本知识和车间的管理要求及实习纪律要求。再次是结合学校数控铣床的数量、班级人数进行实操教学分组和定出小组长。强调定组定机实训实习和小组合作学习的重要性,要求各小组成员在实训实习中不得随意离开,一定要相互约束、相互学习、相互帮助、相互支持、共同提高,否则将给予违反实习纪律处理。同时还要落实小组长的工作职责,例如小组长的工作职责是:监督安排小组成员轮流操作机床和进行实训实习项目的成员间工作分配以及本组实习机床的日常维护和卫生安排。最后是要在第一次课里给予本学期该课程成绩的评定标准,让学生对照该标准在今后的实训实习中进行自我约束、自我管理、自我提高。本人曾在多个班级中做过实验,第一课给一些班级中介绍如下的成绩评定标准:(1)考勤10分(旷课1次扣5分、迟到或早退1次扣2分直到扣完为止);(2)卫生10分(含实习后的机床卫生与场地卫生,每不参加1次扣2分,直到扣完为止。);(3)纪律10分(每次小违纪扣2分,较大违纪每次扣5分,重大违纪1次则不给予及格,而且该分值不封顶,直至扣完100分为止。)(4)组长评价10分;(5)平时作业10分(含项目实训实习报告5分、学习心得体会及总结5分。每缺1项扣5分,直至扣完为止);(6)项目考核40分(按考核项目平均分配);(7)小组间项目技能竞赛10分.。而有些班级第一次课则不给予成绩评定标准,结果是给了成绩评定标准的班级一学期以来实训实习纪律要好得多,实操教学组织容易很多,实操教学的实效性也好得多。当以上几点都安排好后,之后的实操教学组织、管理就轻而易举了。
首先,项目的选取是学习的关键。一般来说选定的活动项目应满足以下要求:①项目所涉及的知识和技能在教学大纲所要求的范围以内,既要与书本的知识紧密结合,又要有一定的想象空间和难度,是学生的最近发展区,充分发挥学生的自主意识和创新能力;②项目所涉及的内容是学生所比较熟悉的;③学生对所确定的项目及其结果有着较强的兴趣;④项目所涉及的知识和技能、所涉及的内容符合行业的最新理论,且通过学生主动的探索和学习是有能力完成的;⑤在项目完成过程中,最好能有利于对学生进行情感、态度和价值观的教育。其次,项目的分配要有层次性。项目的分配尽可能是各小组间完成的项目是互不相同的,但各小组间的项目知识点是相同的。比如说G00、G01指令这一知识点的实训项目就可以是甲组完成三角形外形轮廓的编程加工、乙组完成四边形外形轮廓的编程加工、丙组完成六边形外形轮廓的编程加工等,这样利于小组间的好奇,激发小组学生想完成多个项目的想法,加强小组成员的默契配合,同时也利于小组间的竞争和课后小结。当然,布置的项目一定要符合各小组学生的接受能力。
最后要注重项目的考核,而且考核一定要在完成单一知识点的项目教学后立即进行,这样可以及时检测学生对知识点的掌握情况及促使学生必须要用心完成实训项目。当然,考核的方式可以多种多样,比如说要求学生个人单独完成工件加工、或者只要求学生分析某工件的加工工艺和加工参数、或者是对小组整体考核等等。但是不管采用怎样的考核方式,前提必须是要结合实际并能激发学生更大的学习动力和保证良好的实操教学秩序,提高教学实效作为标准。没有考核就没有压力、没有压力就很难养成自觉、自主学习行为。没有学生的自觉、自主学习行为,就没有良好的教学实效。
教学过程中的“管”是指要监督落实实训实习项目任务,并严格按企业要求管理学生和评价学生。虽然在第一次课里已经强调了实习纪律和考核标准,但总会有一小部分自觉性不强的学生瞅准机会偷懒或不经意的范一些小错误,这需要教师在现场及时纠正指出,以消除影响维持正常的教学秩序。“教”是指灵活运用各种教学方法(如项目教学法、生本教学法、现场演示法、任务驱动法、小组合作法、模拟仿真教学法等)和教学手段(如多媒体教学、DVD光盘、教师演示等)教学生操作与基本的编程方法。数控铣床是操作性很强且操作不当容易出现设备安全、人身安全事故,所以数控铣床的实操组织教学中必要的“教”还是需要的。
课后小结是学生巩固所学知识和激发学生发现问题、修正不足的机会,同时也是学生与他组进行交流、各组间进行相互学习的机会。所以课后的小结不仅仅是教师的小结,也要安排各小组代表进行小组小结完成项目过程中使用的新工艺新方法及出现的各种问题和如何解决问题的方法,而且最好是小组学生代表先小结,教师作最后的小结点评,以利于提高小组间的竞争,从而提高教学实效。
《数控铣实训》是一门实践性很强的专业课程。通过这门课程的学习,不仅要求学生掌握相关的数控铣床加工编程理论,同时还应具备数控铣中级工实践技能水平。实训课程是实现学有所用的重要途径,实训课程的改革与建设是专业改革和建设的基础。在国家对数控人才大量需求的前提下,我们在数控铣实训课程的改革中引入情境设计教学法,按照校企合作、工学结合、情境导向、任务驱动的课程改革模式,对数控铣实训课程中的教学方法、过程及内容进行了重新整合,以情境模块为主体,以综合培养为目标,改革的最大的目的是使学生获得职业能力,满足当今社会对数控人才的需求[1]。
情境教学法主要以情境为主体引导学生正确的学习方向,使学生由被动学习转为主动学习,采取教中学,学中做,以学生为中心,工作过程系统化的教学方法,科学的教学设计,将学习内容转化为具体的情境,通过过程考核来检验学习效果[2]。
情境教学法是在任务明确的情况下,将学习内容转换为具体的情境模块[3],在设计学习情境前,应熟悉本专业教学计划,掌握本领域的能力目标和教学内容,教学内容即是每个学习情境的具体体现,将教学内容划分为七个学习情境,通过这些学习情境的设计培养学生适应各个岗位的能力。
组织教学:根据学生实际情况针对加工中典型问题进行集中讲解,分析零件加工质量
实训目的:自我总结在加工过程中存在的问题,分析零件加工质量并提出改进措施,填写实训报告
采用情境教学法,教师除具备基本的教学方法之外,教师还应学会变通,根据实训过程中的实际情况和每个学生的差异进行针对性的教学指导,以学生为本,将理论与实践结合起来,使学生掌握专业操作技能的同时,不断提高学生的独立思考能力以及创新能力。实训教师应该加强巡回指导,重视学生反馈,加强过程管理,加强安全防范意识,加强学生动手能力,针对动手能力较差或不愿意动手同学应采取引导措施。 数控铣实训对于学生是学习的过程,对老师是不断提高的过程。教师在教学中要关注专业动向不断改进教学模式,完善教学方法,不断提高教学质量,为社会培养出更多理论知识扎实,实践本领过硬的优秀人才。
[1] 关于数控人才需求与数控职业教育教学改革的调研.华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心报告.2009-10.
“十三五”期间,晋江安海职业中专学校成为福建省示范性现代职业院校建设工程培育院校54所中的1所。加工制造专业群是学校的重点专业群,数控技术应用专业又是加工制造专业群的品牌专业,因此,加强数控专业的内涵建设是重中之重。深入调研行业需求,建构课程体系,制定课程标准,组织校本教材开发,是现阶段专业建设的重要任务。本文以数控技术应用专业《数控铣床加工技术与项目实训》的校本教材开发为例,介绍校本教材开发的理念和做法。
以往的教材以学科知识结构为体系,侧重知识的结构,注重知识的储备,没有明确提出在实际工作中的应用,学生学完后还要很长的一段时间去适应生产的需要。而基于典型工作任务、工作过程的课程结构系统,更符合人的思维和实际工作过程,更有利于知识的迁移和应用。
典型工作任务理论源自于德国,在实践中被各国广为应用。典型工作任务是用完整的、有代表性的职业行动描述一个职业的具体工作领域,也称为职业行动领域。典型工作任务是工作过程中结构完整的综合性工作任务,体现了本职业典型的工作内容和工作方式,在完成典型工作任务的活动中也促进了职业能力的发展。
典型工作任务未必是实际生产过程中出现次数最多的岗位工作任务,而是各项能力要求比较高的综合性、代表性任务,是由优秀教师和杰出员工、资深车间主任、中层领导等实践专家组成典型工作任务的工作小组,共同确定、归纳提炼而成的。描述典型工作任务具体包括“工作与经营过程”“工作对象”“工具”“工作方法”“劳动组织”和“对工作的要求”。
通过深入的企业调研,根据行业和企业的实际要求,提炼出数控技术应用专业典型工作任务群(职业行动领域群),即简单零件手工制作、普通机床零件加工、数控机床零件加工、零件检验与质量控制、生产计划与组织、较复杂装配件制作等,包括了有覆盖性和职业针对性的典型工作和典型工作任务,从简单到复杂,符合职业成长规律和企业实际。依据该职业行动领域开发出的学习领域和学习情境,所培养出的数控人才肯定会受到企业的欢迎。
通过对泉州晋江和厦门地区的企业调研,形成人才培养和岗位需求分析报告,发现中专毕业生最主要的工作岗位是数控车床、数控铣床(加工中心)操作工。本文以数控铣床操作工为例,对企业优秀的数控铣床操作工、中层领导、企业高管进行访谈、问卷调查、实地考察等多种方式的调研,以工作过程的资讯、决策、计划、实施、检查、评价等六步骤归纳出数控铣床操作工的工作任务、内容、职业能力、相关知识分析(表1)。
对工作任务通过归纳提炼,选出具有完整结构和代表性的典型工作任务,将其归纳为行动领域,再转换为学习领域,最后演绎成学习情境。
设计学习情境从简单到复杂、从单一到综合。数控铣床加工技术与项目实训课程共制定5个学习情境(项目):分别是项目一,数控铣床基本操作(基础模块);项目二,平面铣削;项目三,二维铣削;项目四,孔系加工(项目二三四为能力模块);项目五,综合加工(综合模块)。在每个学习情境(项目)中又细分出几个子学习情境(任务)。如图1所示,孔系加工中细分出:子情境任务一,钻孔加工;子情境任务二:螺纹孔加工;子情境任务三,镗孔加工。在每个子情境(任务)中的教学中都采用了六步法。
现以学习情境四(项目四)“孔系加工”中的子情境任务一“钻孔加工”为例,说明子情境任务的设计。
对完成任务的多个方案进行分析,选定最佳方案。了解常用孔加工方法的加工特点和经济精度, 确定装夹方法、刀具种类与大小、所需的量具。本任务保证中心距,减少钻孔轴线偏移,需先钻中心孔;保证?10H7孔的加工精度,采用先钻后铰、先粗铰后精铰的加工工艺。
按计划实施,完成加工任务。针对学生都不懂的地方,教师统一讲解,个别学生单独辅导,教学的内容取决于学生之前对该部分的掌握情况。
②在孔中安装塞规,使用外径千分尺先测出两塞规的最大距离L,再测出两塞规直径尺寸D1和D2,孔距Lx可间接求出:
对完成的任务进行评价,教师总结重难点。评价包括评价标准、评分标准和分值,一般由学生自评、学生互评、教师评价等部分组成。针对孔加工的完成质量,需要借助量具进行尺寸和表面粗糙度逐项检查,进行成果性评价(即工件检测表),占总评价的60%。由于它只是反映学生的专业能力,没有考核学生的社会能力和方法能力,因此要在总评价中加入过程性的评价,即工作方法、职业态度和团结协作的评价,该部分占总评价的40%。表6为学生综合评价表。
教学方法建议:项目教学法、案例教学法、比较法、头脑风暴法、分析法、讲授法、演示法、仿真教学法、归纳法、行动导向法。
教学工具建议:上海宇龙仿真软件、课件、视频、刀具实物、实习指导书、机械加工工艺手册、数控系统编程说明书、网上精品课程。
孔加工的学习情境中除了设置子情境任务一“钻孔加工”之外,还设置子情境任务二“螺纹加工”、子情境任务三“镗孔加工”。这三个子情境任务结构相似,方法一样,但学习训练内容逐步递进。学生在学习专业知识的同时,也不断积累了实践经验和技巧,提高了专业能力、社会能力和方法能力。其他项目参照孔加工来编写。
和以前使用的教材相比,基于工作过程和典型工作任务的课程开发,通过分析、整理、提炼典型职业活动的工作过程,依循从易到难的工作任务设置由浅入深的子情境任务,通过多个子情境任务的学习,完整地掌握了典型工作中所需的职业能力。在子情境任务中通过六步法组织教学,做到教学做评合一,实现理实一体化和工学结合,全面地掌握工作过程的技能和思维能力。
通过《数控铣床加工技术与项目实训》校本教材的编写,在实践中不断地探索和完善,为晋江安海职业中专学校校本教材开发提供了成功的范例。笔者认为,基于工作过程和典型工作任务的专业校本教材开发将成为我国职业教育教材开发的一种新趋势。
万能分度头不仅是普通铣床的夹具,也是数控铣床,尤其是三轴数控铣床常用的夹具之一,在数控铣床上使用万能分度头是,经常需要学生根据所给的具体任务(通常是需要对轴类零件进行分度操作)的需要对分度的公式进行计算,从而计算得出手摇柄需要转过的圈数,而这个参数往往不是整数,所以就需要计算分度盘的孔数。所以错误率就会出现,为了能够将孔圈精确的数清,操作者需要全神贯注的点个数,面对密密麻麻的小孔,操作者很容易出现点错孔的情况。所以,作者在平时的数控铣床教学过程中,想出了给孔盘进行分区的点子,具体如何实现,我们需要根据现有工件的加工方法来定,而且也要考虑到现场的具体技术条件。
“分区”设计思路是设计过程中的核心,我们将新型孔盘的开发主要思路就是将分布在同心圆上的孔,进行同数同区同色的规划方法,即,将若干个(5个或者10孔圈)相邻小孔组成一个小组,然后使用同一种颜色进行标注出来,目的是能够让机床操作者能够快速的分辨出同一颜色下的孔圈数目。
在开发的过程中,设计者将显眼的颜色进行区间相差,进一步提高初学者在使用过程中的分度效率,比如,在使用分度头进行分度时,操作者需要要过12个孔圈数,那么他只需要快速要过两个区间,让后在第三个区间上点击两个孔圈即可快速实现上述操作,简单,明了,而且不容易出现差错。
与此同时,我们在该产品开发的过程中,还将各同心圆的孔圈数目清晰的标注在显眼区域,相比原来的暗色钢印要进一步人性化。尤其是在光线较暗的情况下,尤为方便,虽然此处只是一个小小的优化设计,但是从实训效果来看,操作效率明显提高,成效显著。
在使用这种特殊的数控铣床夹具――万能分度头之前,操作者需要根据加工要求进行严密计算,确定合理的孔圈数目,这是正确加工工件的前提,比如我们需要对一正六角工件进行加工,得出的结论是手柄需要摇动六又三分之二圈再加工下一个面。那么操作者就需要对计算出来的数值进行合理化处理,找出三的倍数,然后在孔圈上进行寻找相应的孔数,与万能分度盘进行合理化对应。这一环节需要操作者对计算公式的熟练运用和良好的计算能力。
根据作者的教学经验,初学者,尤其是在校学生,在使用分度盘时,常常出现少数一个孔圈情况的发生。就其原因,原来是孔圈数和孔距数概念之间的混淆。在使用万能分度头教学时,我们需要加强对学生孔圈距概念的强化。在统计孔圈数时,所以,我们常常可以采用从第二孔开始点起的方法来确保分度精度的保证。
在完成计算和分度叉的定位后,数控铣床操作者需要将定位插销相应的小孔之内,而在操作过程中,操作者经常会由于摇过头情况的发生,教师需要提醒学生避免这一情况的发生,如果出现了这种情况,操作者需要将手柄反方向摇动,如果需要进行第二次摇动,应该摇动到对应的小孔之内。从而消除齿轮间隙的影响。
在使用该项创新技术中,分度盘表面分区处理是其最基本的特征之一,分度盘的表面颜色光洁度直接影响着材料的耐腐蚀程度,而且对操作者使用过程中效率提升也有着直接的决定作用,因为操作者的目测孔圈直接决定着操作的精度和效率。所以在教学过程中,教师需要提醒学生避免分度盘表面销转动的过程中划伤。让学生养成良好的操作习惯。
数控铣床夹具―新型万能分度头虽然是铣削加工最常用的附件之一,但其使用过程中的这一缺点却一直得不到解决。而我们教师团队在这一课题过程中的研讨和成功开发,对这一附件使用效率和使用精度的提升起到了比较好的效果。作为数控实训教师的我们,只有不断加强创新,勤于思考,才能够不断解决实际生产和教学过程中的困难,我们将继续开拓创新,争取获得更大进步。
数控铣工实训的教学不管是理论知识还是实训技能的学习,课堂绝大多数时候都应设在实训车间,采用现场教学的方式,让知识化“抽象”为“具象”。当前不少教师将理论知识安排在课室教学,等到要加工工件才去车间,这样虽然比较容易进行管理,但学生对知识却只是一知半解,并没有真正地掌握。比如说,编程指令G00与G01的区别,如果教师不通过在机床的演示,而仅仅在课室讲解,学生是很难分清二者的区别的。此外,通过机床的具体操作与演示,也能够提高学生的学习兴趣,让他们明白学有所用,增强他们在课堂的主体地位。
职业院校尤其是中职学校的教师素质一直以来都是良莠不齐的,要么是偏重实操技能,要么是偏重理论知识,有的上理论课与上实训课的老师还不是同一个老师。这其实也是“一体化教学”得不到贯彻实行的重要原因。有这样一句话“给学生一杯水,教师就应该有一桶水”,要想课堂教学质量得到提升,必须让教师具有丰富的课堂教学所需要的各种能力和知识,并触类旁通,耐心认真地传授给学生。“授人以鱼不如授人以渔”,所以《数控铣床技术》的授课教师不仅要会说,说的让学生听得懂,还要会做,做的让学生学得会。只有这样,一体化教学才能真正让我们的专业课教学有改进,学生才能掌握过硬的技能。
这里的分组,不但是学生人数分组,而且也是学生能力的分组。现在中职学校学数控专业的学生人数不少,有些学校受财政资金的约束,导致实训设备不足,所以可以进行分组教学。由于每个学生的智力、知识以及各方面素质都有差异,数控铣床实训知识的接受对于不同的学生来说,难度是不相同的。如果我们采用统一的教学方法和评价方式,学生的积极性和主动性就不能得到充分利用,甚至会使得部分学生的学习兴趣和创造性被抹杀。因此,应重视分组教学,根据学生不同的学习能力,提出不同的学习要求。一般建议分为两大组,每组分配一个指导老师。当一组在电脑室上编程时,另一组就进行机床加工。每组学生都是同一个老师负责他们的编程和加工,这样做才能够保证一体化教学的进行。对低层次的学生,重视培养机床操作能力、学习兴趣和自信心;对较高层次的学生,把编程能力和工艺设计能力作为重点,同时侧重培养他们的分析、自学与创新能力。通过这样的分组教学,不但能够保证每个学生都有较多的实训机会,掌握较牢固的实训技能,还能使每个学生都能获得成功的喜悦,从而使他们对学习保持持久的兴趣和信心。
如果不停地重复教师示范与学生模仿这样一个教学模式,那势必会让学生感到单调乏味,影响学生的学习兴趣,使人产生疲倦感,进而影响教学效果,甚至会影响学生的操作安全。因此,教师在面对此类操作技能类的课程教学时,应该变革教学方法与方式,以学生为主体,调动学生的学习积极性,保证课堂教学的安全。
所谓“双师制”即是在课堂教学中,除了配备一名主讲教师外,再增加一位助理讲师。主讲教师负责正常的教学工作,而助理讲师的职责是在课室后面注意观察与记录学生的课堂表现,为主讲教师的教学提供建议,当然有时也可根据需要在课室中走动巡察,辅助主讲教师的教学工作。由于中职生大多数文化基础薄弱,综合素质不高,注意力难以长久集中,所以在课堂中对教学内容往往学习兴趣不高,对知识理解不透彻,故而出现“趴台”“玩手机”“开小差”等课堂违纪现象。针对以上现象,助理讲师可以进行记录。记录的内容包含:学生在哪些知识点上,没有掌握好,主讲教师此时用的是何种教学方式;在学习哪个知识点时,学生开始出现课堂违纪现象,何种课堂违纪现象,是否需要提醒学生停止违纪;主讲教师是否有知识点讲解有误等。凡是助理讲师能记录的一切课堂行为都可以记录下来,这些记录将成为主讲教师开展教学工作的重要参考。
传统的“填鸭式”教学已不适合像《数控铣床技术》这种重实操类的课程教学了,教师一味地“灌输”只会让学生失去本已不多的学习兴趣。如果能够让学生自己参与教学设计、执行和评价,完成类似企业中的项目任务,那么相信学生会很有兴趣,这就是项目教学法,项目教学法强调的是培养学生的综合素质。项目教学法可以让学生在做中学,学中做,提升学生的操作技能,更重要的是能够通过技能知识的运用,启发学生的“创造性”。
《数控铣床技术》是对制图读图、数控铣床安全维护和操作技能、数控铣编程、工艺设计等多种知识与技能的综合运用。教师在选择让学生完成的项目时要考虑这些项目要求,避免出现过易或过难的项目,让学生难以适从。在项目选定后,教师应该对整个项目实施方案进行具体的编排,提供零件图和毛坯、满足条件的实训场地。为了保证训练效果,还要对项目的完成时间给出明确规定。在项目实施过程中,教师应当发挥引导者和监督者的作用,积极引导学生思考,自觉寻找解决方法,避免直接讲授。进行项目评价以后,教师应组织学生进行反馈,对其中掌握较好的环节应该给予鼓励,对薄弱环节和不足之处要进行总结,进一步强调知识和操作要点,以提高操作技能水平,保证学生对操作技能的正确掌握。
信息化教学即通过声、图、动画、文字等把一些抽象的内容具体化,增添了趣味性,使学生产生了爱学、乐学的情感。特别是图形和实物均可真实地反映出来,学生感受到精彩的画面和实物具体形状,能增加他们的感性认识。比如在讲实训安全时,由于涉及的要求比较多,如果直接一条一条向学生讲授,学生即使听了也未必能记住,但展示了图片和一些动画后,学生都能集中注意力看,经过教师的从旁讲解后,学生基本都掌握了那些安全规范。另外,在自动编程时,当我们完成了刀具路径的编制后,通过软件中的加工仿真功能,可以让学生真实地了解自己编制的程序的正确性。此外,在完成好一个零件加工的刀具路径编制后,可以将程序导入仿真软件,进行仿真加工,让学生自己评判所编制刀具路径的正误,并提出修改意见,既避免了毛坯材料的浪费,也保证了学生的实习安全,同时也提高了W生的学习积极性,促进知识的进一步巩固。
实训课堂的管理作为实训教学中的一项基础性工作,对学生的实训教学效果有着不可忽视的影响。学生实训的目的就是掌握扎实的技能,以便将来能更好地为企业服务。然而企业需要的不仅是员工具有扎实的技能,还要求其有较高的职业道德素养,能熟悉和适应企业的一些管理文化。比如企业的6S管理,它对员工的工作提出了更高的要求,员工对自己的工作对象要有更强的责任心。而目前不少中职学校的专业课教学都重技能而忽视管理,不注重培养学生良好的工作习惯,导致学生去到企业难以适应企业的管理。因此,在日常的实训教学中,就应该对学生实行企业化管理,把企业的文化带到课堂中来,开始实行可能会遇到不少问题,但坚持下去,当学生慢慢适应后,一切都会变成为一种习惯,那样对我们的教学质量的提高也有很大的帮助。
学生开始实训时先进行为期两天的入厂教育,主要内容是尊师教育、安全操作教育、文明操作教育、实训日常行为规范教育、专业思想教育、学习方法教育,擦机床训练、打扫车间卫生训练、工量具摆放训练。通过教育,有助于学生形成良好的思想意识,养成良好的工作习惯。
“包教,包会”,确保每一个学生达到基本标准要求,对于极个别差的学生,如果在规定的实训期间内达不到要求,允许随以下的班级训练达到要求。同时为优秀的学生创造脱颖而出的机会,鼓励他们参加高级工考试。
实训教师克服机床品种繁杂,操作方法不一样的困难,尽可能的多安排机床供学生训练;同时尽可能延长实训时间,每天从早上:一直到晚上:都有实训,周六、周日也从不休息。
我系实训中心现有台能正常使用的数控机床,共种不同的品种和型号,各自的操作方法均不相同,市面上没有任何一种教材合适我系设备情况,这就给实训教学带来极大的困难。为此,我中心老师经过艰苦而紧张的工作,终于在本学期实训开始之前完成了本共万字的讲义编写任务(其中有本为习题册、本为《入厂教育》手册),其中实训中心主任孙连栋老师一人完成本共万字的编写任务,实训教学第一次有了合适的教材,彻底结束了口述指令的历史,大大提高了实训的效果,学生反映良好。
此次实训跨跃了用蜡模、尼龙棒加工的阶段,直接用铝料加工;训练题目难度按中级工设计。学生加工零件的精度高于部分机床的定位精度,为实现与就业的零距离对接打下了坚实的基础。
在此次承担实训任务的名教师中有名教师是第一次承担教学任务。在教学过程中他们能够克服老师少、设备系统繁多的种种困难,并虚心请教老教师,很快进入角色,迅速成为一名受学生欢迎的老师,出色地完成了本次教学任务。
为调动实习学生的积极性,保证实习效果,本系对实习学生的成绩评定分为两部分:
、实习教学是理论与实践相结合的一种教学手段,有力的促进了我系人才培养计划的完善,是高职教育的重要组成部分。近年来,我系为适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程,受到了同学的欢迎。
、实习教学达到了专业教学的预期目的。在实习之后,学生普遍感到不仅实际动手能力得到了前所未有的提高,绝大多数学生达到了数控中级工的要求,更重要的是通过具体的实践,进一步激发了广大同学对专业相关知识的兴趣,并能够做到理论与实践相结合,为后继课程(如和毕业设计)和今后自身的就业及发展打下了扎实的基础。
在每期结束后,我们都做了认真的总结和反馈。大部分学生对我们安排的实习表示了满意,对任课教师也给予了很好的评价,但学生普遍也反映出一些不足。根据我们现有的情况,目前我们存在不足有:
目前,我们正式编制的实训教师只有人(名去读研的教师未计算在里),而本次参加实训的学生有人,现在的师生比是:,与我院提出的师资队伍建设规划中的到年在校生师生比:的这一要求还相差甚远。学生人数多在实训期间出现的问题也随之增多,且出现的问题往往各式各样,带课教师不可能一一加以解决,这样的话就影响了教学质量的提高,久而久之,学生的意见也会越来越大,对我院的声誉可能也会造成一定的影响。
目前,我中心共有台数控机床,其中有台数控机床已不能正常使用于教学,处于淘汰状态,另外台暂时不参加实训教学,所以实际上参与教学的只有台,学生采用班倒,这样的话平均下来~名学生共用台机床,加之学生参加实训的时间短,辅导的教师少,再者,数控车床、数控铣床和加工中心的数量和班级学生人数又有严重的不平衡,如此一来,我们的实践教学的质量不能进一步得到加强。
数控技术在现代制造技术中的应用,最具代表性的是数控机床,所以数控机床的实训应是整个机械工程实训的重点内容之一,数控机床的实训时间占训练时间的比例应大一些。常见的数控机床有数控车床、数控铣床和数控加工中心,这3种机床的数量多,具有代表性。对于一台数控机床来说,包括4方面的内容:制造、操作、编程和维修。实训的主要内容以操作、编程和加工简单的零件为主,增加学生的感性认识为主要目的。
1.1合理安排数控机床实训的时间由于机械工程实训总学时的限制,青岛农业大学机械专业学生共实习4周。数控机床实训的内容较多,在训练时间的安排上,数控车床2天、数控铣床和加工中心2天、其他数控机床1天,这样既重点突出又全面。数控机床应用了先进的数控技术,和普通机床的实训相比,讲解的时间会多一些。一般操作讲解、黑板上指令讲解的时间约占1/2,让学生能较深刻地理解数控机床是如何加工零件的;学生操作机床加工零件的时间约占1/2,使学生有较充足的时间增强对数控机床加工零件的感性认识。总之,实训的重点虽为实践,数控机床训练的特点又决定了讲解占了约一半的时间。
1.2合理安排数控机床实训的内容和方法在数控机床实训中,操作、编程和加工零件是主要内容。首先对照机床讲解基本的操作;然后学习数控的编程知识;最后加工出零件。编程方法的讲解,只能在黑板上讲解组成程序的指令字、程序的格式等,然后编写一个简单的程序。数控机床的坐标系是主要内容之一,机械坐标系、工件坐标系(编程坐标系)的概念,它们的作用是什么,必须结合编程才能讲清楚。数控机床是按程序自动加工零件的,刀具沿程序指令的刀路运动切削工件,刀路的位置必须使用坐标系描述。所以,首先讲清各种坐标系的概念,进而才能讲清对刀等关键的概念,才能理解为什么在编程坐标系下编写的程序可以在机床上加工出零件等问题。数控机床的实训内容应与数控机床理论课的内容相辅相成,各有侧重,通过数控机床的实训为下一步学习数控机床理论课打下良好的基础。数控机床实训应以机床操作、编程、日常保养和安全使用为基本内容,重点应放在编程和操作上。通过基本编程知识和操作的学习,学生可具备基本的编程和操作能力,为了提高学生的实训兴趣和创新意识,可以让学生自己设计一个简单的零件,自己编程,经指导教师检查无误后上机加工;或者编程加工一些有趣的零件。如:数控车床上可以加工仿真子弹、仿真酒瓶等;数控铣床上可以加工一些汉字,如“欢迎实习”等。
1.3手工编程和自动编程数控编程分手工编程和自动编程,形状复杂的零件加工程序只能由计算机自动编程来完成。在实训内容上,应手工编程和计算机自动编程并重。手工编程是数控车床实习的基本内容,通过手工编程加工简单的小零件,是普遍采用的训练方法。但随着计算机技术的发展,CAD/CAM在机械加工中的广泛应用,计算机自动编程也应是数控机床特别是数控铣床实习必讲内容之一。由于实训时间的限制,这部分的内容较多。所以,可以精简为由实习指导教师通过一个例子演示给学生看,边演示边讲解,讲明形状复杂及包含曲面的零件或模具的加工必须用计算机自动编程的方法编程,然后加工成所需的零件或模具。自动编程是通过计算机软件完成的,常用的具有计算机编程功能的软件有:CAXA、UG、Cimatron、Pro/E等。
1.4数控机床仿真软件的应用机械工程实训场地往往有限,数控机床价格较贵,配备的数控机床的种类和数量有限,平均到每一名学生的上机操作时间较少。为了解决这个矛盾,可以安排一定的时间,让学生在机房使用数控机床仿真软件练习数控机床的操作、编程和加工仿真。也可以不做统一安排,让学生课后根据自己的情况自由上机练习。数控机床实训的内容多,时间相对较少,一定要制订详细可行的实训计划,明确每天的训练任务、训练目的、训练方法和训练设备。这样学生面对从未见过的设备就不会感到茫然,教师指导学生也会有条不紊,顺利完成实训任务。
2.1什么是演示教学法由于机械工程实训总学时的限制,学生不可能自己动手操作每一种机床,特别是一些比较危险、贵重和精密的设备,比如高压水切割机床、三坐标测量机以及电火花线切割、电火花成型等机床。为了解决这个矛盾,基于学校的真实的情况,采用了演示教学的实训方法。所谓演示教学法即指导教师讲解机床的加工原理、操作方法、编程方法,然后自己操作机床加工一个零件演示给学生看。通过演示教学的实训方法,解决了实训内容多时间少、机床有限及教师有限的矛盾,还可以给学生打下进一步学习研究的基础。
2.2以电火花线切割为例电火花线切割属于特种加工,特种加工是利用电能、化学能、光能或声能等能量对工程材料进行加工的工艺方法。在特种加工中,加工工具(广义的刀具)、加工工件与传统的机加工不同,一般不是采用机械力加工,在实习时学生首先会想到加工工具是怎样加工工件的。所以实习指导教师在实习的开始,应首先讲明电火花线切割的加工原理。实习步骤如下:(1)指导教师启动机床,用薄钢板切割一个小五角星演示给学生看。学生发现一根很长的光滑的金属钼丝可以切割钢板时,一定感到吃惊,想知道它的加工原理是什么。(2)在切割小五角星的过程中指导教师讲解加工的原理,举一个日常生活中简单的电火花放电的例子:我们平时开关电器或插拔插头时,会发现有时有电火花放电,严重时开关或插头的导电部位有被烧的痕迹,甚至掉渣。电火花线切割的加工原理就是利用电火花放电产生的热量使金属被烧腐蚀而起到切割的作用。讲完这个常见的现象后,再讲电火花线切割的加工原理,学生就感到易于理解了。(3)指导教师再讲解机床的操作方法。(4)简单讲解编程的方法,整个过程大约45min。
随着计算机技术的飞速发展,计算机的多媒体技术和仿真技术已经应用于各行各业。机械工程实训是一种实践教学活动,但是计算机的多媒体技术和仿真技术在机械工程实训中也能发挥重要的作用。由于实训的内容不可能面面俱到,在学生实习完基本的内容后,可利用多媒体技术补充和总结,会起到良好的教学效果。
本文探讨了机械工程实训的教学方法,重点讨论了数控机床的实训方法、演示法的应用以及计算机在实训中的应用。在实训内容安排上既要有重点,又要内容全面;实训内容的多样性决定了实训教学方法的多样性;实训教学方法的改革是永无止境的,应根据学生的真实的情况,立足本校,面向社会,探索机械工程实训的教学方法。