“低碳”数控技能教学与实践

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摘 要： 数控技能低碳教学是指将“低碳教育”贯穿数控实训教学始终,在原有的数控实训教学中融入“低碳”教育的教学.要坚持以节能、降耗、少污染的低碳机械制造为教学目标,使学生深刻领会低碳制造,并让低碳理念融入学生的日常生活.本文分析了低碳数控技能教学的必要性、教学原则、教学过程管理及教学评价方式.

关 键 词 ： 低碳数控技能教学 必要性 教学原则 教学过程管理

随着社会经济的不断发展,低碳理念已经渗透于社会生活的各个领域,人们越来越认识到保护环境的重要性,崇尚低碳成为我们这个时代的人义不容辞的社会责任.在职业学校的课堂教学中,使学生树立低碳理念,打造新时代的劳动者,是历史赋予职业教育的光荣使命.传统的职业教育教学理念已不适应新时代的要求,笔者从事数控技能教学多年,认为采用低碳数控技能教学是保证学生深刻领会低碳制造,并让低碳理念融入学生日常生活的最佳教学方法.

一、低碳数控技能教学的必要性

低碳环保,英文为Low-carbon green,意指较低（更低）的温室气体（二氧化碳为主）排放.随着世界工业的发展,人口的剧增,二氧化碳排放量愈来愈大,地球臭氧层遭受着前所未有的破坏,世界气候也面临越来越严重的问题,全球灾难性气候屡屡出现,已经严重危害人类的生存环境和健康,低碳环保迫在眉睫,它不是未来才需要做的事,而应该从现在做起.

作为一名机械实习指导老师,我深深知道机械制造业为社会制造产品的同时,也在消耗资源并产生大量的工业废料、废气等污染,因而我们更有义不容辞的责任,教育我们的学生（未来的劳动者）,并且需要采取低碳数控技能的教学方法,向他们传授符合环保要求的节能、降耗、少污染的绿色机械制造模式,并以此为支点引导学生“低碳生活”.

二、低碳数控技能教学原则

低碳数控技能教学是指将“低碳教育”贯穿数控实训教学始终,在原有的数控实训教学中融入“低碳”教育的教学.因而需要改进原有的数控实训教学方法,即在传统教学过程中加入数控技能专业知识与“节能、降耗、少污染”相结合的低碳实训教学原则.

(一)低损耗的低碳数控技能教学措施

1.充分利用数控仿真软件,避免不必要的机床、刀具损耗.

数控机床是高精度产品,学生在完成项目时如果直接上机床操作,就会由于编程的疏忽或操作的失误而造成刀具或机床的损坏.为了避免这种损耗,笔者在数控技能教学中采用数控加工仿真系统结合实际机床操作教学,即学生在完成每个项目前预先在电脑上通过数控加工仿真系统进行模拟加工,利用仿真练习完善加工程序和熟悉机床操作,然后在数控机床上实际操作完成项目,从而避免不必要的机床刀具损耗.

2.统筹安排,力求材料利用率最大化.

对于低碳数控技能教学而言,教师必须有一个完整的实训教学计划,对每个项目需要什么规格的材料必须做到心中有数,尽量做到前一个项目的工件可作为下一个项目的毛坯料,也就是以大改小,从而在整个实训教学过程中实现材料利用率最大化.

(二)低能耗的低碳数控技能教学措施

1.制定合理的加工工艺,提高生产率,降低能耗.

数控机床是一种高效率的自动化设备,它的效率是普通机床的2～3倍.我们在教学中应充分发挥数控机床的这一特点,在编程之前对工件进行充分的工艺分析,制定出高效率的合理的加工工艺.具体的工艺措施有：（1）减少工件的装夹次数,节省装夹时间；（2）减少换刀次数,节省换刀时间；（3）合理确定切削用量.

2.优化程序,提高生产率,降低能耗.

低碳数控加工程序,不仅能保证生产合格产品,而且能应使数控机床的功能得到合理的应用和充分发挥,从而缩短工件的加工时间,提高生产率,例如在编程时应合理选择起刀点,减少空行程,以最短的切削路线加工工件,合理运用G00、G01指令等.

(三)无污染的低碳数控技能教学措施

数控加工均采用去除材料的加工方法获得产品,因此在刀具切削工件的过程中将产生大量的切削热能,为了保护工件、刀具,通常在切削过程中采用冷却液对工件、刀具进行冷却,而使用过的冷却液中一般含有硫、磷等化学添加剂,如直接排放或燃烧,则会造成严重的环境污染,故笔者在低碳数控技能教学中一般不使用冷却液,而采用干式切削,从而消除冷却液对环境的污染.如何做到在加工过程中不使用冷却液而保护工件、刀具呢?笔者主要在工件的材料上做文章.具体做法是把整个培训过程分为三步走,即初期练习、中期练习、后期练习.在初期练习中,学生动手操作很不熟悉,为了保护机床、刀具,避免不必要的损耗,学生练习材料宜选用尼龙件,由于尼龙强度不高,故切削时产生的切削热就很低,从而不需要冷却液.在中期练习中,学生动手操作能力已有所提高,为了让学生对切削金属材料有切身体会,此时的练习材料宜选用铝件,而铝件的强度不高,故同样采用干式切削.在后期练习中,学生动手操作能力已经很强,为了提高学生的实际工作能力,此时的练习材料宜选用钢件,而钢件强度较高,为了降低在切削中产生的切削热,在不使用冷却液的前提下一般采取高速切削.

本学期笔者采用低碳数控技能教学,惊喜地发现学生的绿色数控制造能力有了质的飞跃,现通过下表加以说明.

实施低碳数控技能教学前后每组学生绿色数控制造能力对照表

三、低碳数控技能教学过程管理

低碳数控技能教学既要重视“产品质量”教育,又要重视“生产低碳”教育,既要重视培养学生的动手操作能力,又要重视培养学生的“低碳”意识.为了确保低碳数控技能教学活动的有效开展和课堂教学效率的提高,笔者在低碳数控技能教学中采用小组合作的学习方法,并在此基础上引入“低碳”理念.

1.开展小组竞赛,发展学生的低碳创新思维.

例如：在实训工厂我们给每台数控机床装上电表,这样每组学生在完成每个项目后耗电量就一目了然,学生为了实现产品加工过程开机时间短,用电量少的目的,从接受工作任务起就开始认真研究工件的加工工艺和加工程序,制定出既能保证加工质量又能够实现“低碳”目标的最合理的加工工艺和加工程序,另外学生在机床操作过程中也不敢拖拖拉拉,而是以自身的最快速度进行机床操作,争取在最短的时间内保质保量地完成加工任务.所以,在这个学习过程中,不能一味地向学生灌输“节能”意识,还要调动学生的学习积极性、主动性.所以在低碳数控技能教学中,通过低碳手段能提高学生的动手操作能力. 2.不断挖潜,强化学生的低碳意识.

例如,我们对学生从初期开始进行数控技能训练时就把整个实习过程所需要的材料都发给学生,等到整个实习结束后对各组耗材进行比较,从而使各个小组在完成每个项目时都对耗材进行精打细算,无形中培养了学生的节约意识.所以在这种低碳的学习过程中,需要学生不断研讨,不断实践.

3.教师全程监控指导,提高低碳教学效率.

教师要对每个学习小组的学习过程进行宏观监控,不断巡查、观察询问.对小组当中出现的必要问题进行解答,对整个班级的学困生给予特殊关照,在学生的低碳实习过程前期、中期、后期作出正确评价,一方面指导他们正确完成低碳的工作任务,另一方面让组与组之间形成有效的低碳竞争,同时,协调好组与组之间的合作.此时的低碳工作过程是一个活动的低碳工作过程,是一个不断提出问题解决问题的低碳工作过程.教师是基于激励、支持、咨询及辅导描述解释性意义的低碳教,而小组成员是基于主动、自调、建构及情境、引导社会化意义的低碳学.从而形成以小组为导向的师生互动低碳教学.

四、低碳数控技能教学评价的方式

低碳数控技能教学的评价是一个注重过程、动态的评价,进一步讲更是对隐性知识的评价,它对课题实施起到重要的导向作用.对学生的低碳数控技能评价,笔者一般通过评分表的方式体现,即在原来的评分表上加上低碳环保评价,其内容包含机床损坏、刀具损耗、耗材、耗电量、冷却液使用等.

低碳数控技能评分表分为三大块,第一块为质量分,占总分的70%；第二块为低碳环保分,占总分的20%；第三块为文明生产分,占总分的10%.另外在整个培训过程中根据初期练习、中期练习、后期练习学生的学习情况定期评出质量标兵、低碳环保标兵和文明生产标兵,从而进一步促进各小组在这些方面的学习竞争,调动学生的学习积极性和主动性,提高学生的“低碳”数控技能水平.

总之,低碳数控技能教学按照“以能力为本位,以职业实践为主线,以项目课程为主体的模块化专业课程体系”的总体设计要求,坚持以节能、降耗、少污染的低碳机械制造为教学目标,从而使学生深刻领会低碳制造,并让低碳理念融入学生的日常生活,以实际行动为节能减排作贡献.

基金项目：江苏省教育科学“十二五”规划立项课题“基于低碳教学的数控技能校本课程开发研究”（C-c/2011/02/097）.