高職機械設(shè)計課程體系教學(xué)內(nèi)容一體化設(shè)計探索與實踐

黎少輝，唐昌松

專業(yè)課程體系教學(xué)內(nèi)容科學(xué)構(gòu)建仍是高職教育中重點探索的領(lǐng)域，是提高職業(yè)教育水平的關(guān)鍵舉措。同時，國家一直高度重視高職教育教學(xué)改革:國務(wù)院2010年發(fā)布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010～2020年)》提出，職業(yè)教育要“把提高質(zhì)量作為重點，以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，推進教育教學(xué)改革”。隨后在教育部發(fā)布的《中等職業(yè)教育改革創(chuàng)新行動計劃(2010～2012年)》中也把“中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)課程體系改革創(chuàng)新計劃”列入重點任務(wù)，明確要求“推進中等職業(yè)學(xué)校課程改革”。目前，高職課程體系教學(xué)內(nèi)容建設(shè)為區(qū)別于本科教育，大多只是壓縮部分知識點或以知識點的梳理與整合為目標，缺乏清晰的知識主線與著力點，同時，教學(xué)內(nèi)容組織缺乏系統(tǒng)性、完整性、層次性，教學(xué)活動中缺乏學(xué)生主動參與教學(xué)的動力之源，對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習興趣及解決實際問題的綜合能力有限。

由于高等職業(yè)教育的職業(yè)屬性及其短周期性，專業(yè)課程構(gòu)建怎樣以“窄”入手而最終實現(xiàn)學(xué)生工作能力“寬”的目標，也就是說，利用較少的內(nèi)容在較短時間使學(xué)生具備相關(guān)專業(yè)綜合能力是教學(xué)內(nèi)容改革的關(guān)鍵。［1］對于機械類專業(yè)，依托典型產(chǎn)品為項目的課程體系教學(xué)內(nèi)容一體化構(gòu)建為此找到突破口。機械類產(chǎn)品不像電子、信息類產(chǎn)品，更新?lián)Q代較快，具有一定的穩(wěn)定性、代表性，同時又具備一定的發(fā)展特性。因此，依托現(xiàn)代典型產(chǎn)品構(gòu)建高職機械設(shè)計課程體系教學(xué)內(nèi)容，有助于實現(xiàn)教學(xué)知識的時代性、實踐性、完整性、系統(tǒng)性、動態(tài)性、擴展性，在一定的時空內(nèi)有效地實現(xiàn)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)。

一、依托典型產(chǎn)品的機械設(shè)計課程體系教學(xué)內(nèi)容一體化設(shè)計

本次機械設(shè)計相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容改革主要涉及:“機械原理模塊”、“機械設(shè)計模塊”、“Pro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”、“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”四部分教學(xué)模塊。教改前，“機械原理模塊”教學(xué)偏重于分析推證，“機械設(shè)計模塊”教學(xué)偏重于強度校核技術(shù)，教學(xué)手段以多媒體教學(xué)為主，教學(xué)模式主要強調(diào)基本概念和基本理論的科學(xué)性推導(dǎo)驗證。這種教學(xué)內(nèi)容組織及教學(xué)方式對于高職學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱、課時較少的現(xiàn)狀，很難提高學(xué)生的學(xué)習興趣，教學(xué)效果欠佳?！癙ro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”課程具有較強的工具特性，主要培養(yǎng)學(xué)生零件造型、零件裝配、運動仿真與分析、機構(gòu)分析等。本課程的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要以不同的零件為案例展開教學(xué)，該方式盡管能有效提高學(xué)生的學(xué)習興趣，實現(xiàn)課程培養(yǎng)目標，但教學(xué)內(nèi)容處于孤島式狀態(tài)，不僅內(nèi)容上缺乏銜接性，課程之間也缺乏關(guān)聯(lián)性，不利于學(xué)生綜合能力的系統(tǒng)性培養(yǎng)，體現(xiàn)不出該課程在機械行業(yè)中工具性的平臺作用。［2］“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”課程設(shè)置目的為強化“機械原理”與“機械設(shè)計”模塊的教學(xué)內(nèi)容的掌握，以各種減速器的設(shè)計為任務(wù)，主要進行選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核，并利用AutoCAD軟件進行二維圖數(shù)字化生成，沒有充分利用已學(xué)過的現(xiàn)代三維設(shè)計技術(shù)，對于理論基礎(chǔ)及實踐經(jīng)驗較為薄弱的高職學(xué)生來講，極易產(chǎn)生枯燥乏味，導(dǎo)致盲目抄襲，降低教學(xué)效果。

針對以上所述以及高職學(xué)生學(xué)習現(xiàn)狀、高職教育的短周期性，采用以Pro/Engineer軟件為平臺貫穿四門課程教學(xué)，依托典型產(chǎn)品展開教學(xué)內(nèi)容一體化設(shè)計，以“窄”入手實現(xiàn)技術(shù)能力“寬”目標的實現(xiàn)。［3-4］具體實驗實訓(xùn)平臺建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建及組織教學(xué)方式如下。

(一)實驗實訓(xùn)平臺建設(shè)

機械專業(yè)相關(guān)知識的學(xué)習大都具有“看得見、摸得著”的特性，學(xué)習前的感性認識至關(guān)重要，建立相關(guān)實訓(xùn)室是有效展開教學(xué)的關(guān)鍵。［5］本次課改的教學(xué)理念是采用認識、學(xué)習、實踐、驗證的分層遞進的方式，以符合學(xué)生學(xué)習認知規(guī)律?；诖私虒W(xué)理念，徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院對機械設(shè)計課程體系先后建設(shè)了相應(yīng)實訓(xùn)室:機械設(shè)計實訓(xùn)室、機械拆裝實訓(xùn)室、CAD/CAM實訓(xùn)室。機械設(shè)計實訓(xùn)室針對“機械原理模塊”及“機械設(shè)計模塊”知識點對應(yīng)購買了多種模型，如表1所示，以便學(xué)生在教學(xué)前及教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容有充分的感性認識;機械拆裝實訓(xùn)室主要以真實的產(chǎn)品牛頭刨床機構(gòu)、減速器、縫紉機、內(nèi)燃機配氣機構(gòu)等為教學(xué)對象，通過拆裝使學(xué)生直觀了解各種機構(gòu)及工作原理，同時也是進行“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”課程教學(xué)的平臺;CAD/CAM實訓(xùn)室配置了大量安裝有Pro/Engineer軟件的計算機，是有效展開“Pro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”與“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”課程教學(xué)的基礎(chǔ)。

表1 機械設(shè)計實訓(xùn)室建設(shè)項目與教學(xué)內(nèi)容的對照

(二)教學(xué)內(nèi)容一體化構(gòu)建

“機械原理模塊”、“機械設(shè)計模塊”、“Pro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”、“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”四個教學(xué)模塊內(nèi)容設(shè)計均以三典型產(chǎn)品機構(gòu)展開。實驗室的真實產(chǎn)品主要通過拆裝和演示，培養(yǎng)學(xué)生對相關(guān)機構(gòu)運動、連接方式、傳動方式等內(nèi)容的感性認識，通過Pro/Engineer軟件生成的三產(chǎn)品的數(shù)字化模型庫便于課堂教學(xué)中演示，形成以數(shù)字化模型與實物模型優(yōu)勢互補的課堂與實踐教學(xué)形式，以提高學(xué)生學(xué)習興趣及教學(xué)的便利性，提高教學(xué)效果。四個教學(xué)模塊內(nèi)容一體化設(shè)計如圖1所示，“機械原理模塊”中的三大機構(gòu)與三大分析內(nèi)容與三典型產(chǎn)品分別對應(yīng):減速器對應(yīng)齒輪機構(gòu)、內(nèi)燃機配氣機構(gòu)對應(yīng)凸輪機構(gòu)、縫紉機驅(qū)動機構(gòu)對應(yīng)連桿機構(gòu)，同時每個產(chǎn)品均進行三大分析;“機械設(shè)計模塊”與“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”主要以產(chǎn)品“減速器”展開，減速器機構(gòu)基本涵蓋該教學(xué)模塊的所有內(nèi)容;“Pro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)素材均依托三典型產(chǎn)品而展開，不僅實現(xiàn)該模塊的學(xué)習，同時深化了對先修課程“機械原理模塊”與“機械設(shè)計模塊”的認識。四個教學(xué)模塊均以Pro/Engineer軟件為平臺而貫穿教學(xué)始終。

二、教學(xué)內(nèi)容組織安排及教學(xué)方式

四個教學(xué)模塊均是以三大典型產(chǎn)品:減速器、內(nèi)燃機配氣結(jié)構(gòu)、縫紉機而展開的，每個教學(xué)模塊均按照認識、學(xué)習、實踐、驗證的分層遞進教學(xué)理念進行，另外，再利用機械設(shè)計實訓(xùn)室陳列大量機構(gòu)模型根據(jù)課時安排進行相關(guān)知識的擴展。

“機械原理模塊”及“機械設(shè)計模塊”教學(xué)內(nèi)容組織:傳統(tǒng)機械專業(yè)中這兩個教學(xué)模塊分成兩個課程來講解，不利于培養(yǎng)學(xué)生機械產(chǎn)品綜合設(shè) 計能力，本次教學(xué)內(nèi)容一體化設(shè)計教學(xué)改革中將兩個教學(xué)模塊進行整合。傳統(tǒng)機械原理教學(xué)中的材料力學(xué)與理論力學(xué)內(nèi)容放在第一章講解，由于其理論性較強，單獨列出講解缺乏著力點，學(xué)習枯燥，不利于高職生的學(xué)習，本次教改是將力學(xué)相關(guān)知識融合到相應(yīng)的機構(gòu)中講解。“機械原理模塊”及“機械設(shè)計模塊”作為基本專業(yè)課程內(nèi)容授課時間安排在“Pro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”之前，此時的學(xué)生并不熟悉Pro/Engineer軟件，沒有能力親自進行虛擬設(shè)計與仿真，教學(xué)條件也很難滿足每位學(xué)生利用Pro/Engineer軟件平臺進行課堂學(xué)習。因此，授課前教師先把三產(chǎn)品利用Pro/Engineer軟件數(shù)字化，生成虛擬樣機。教學(xué)時由教師進行操作演示，利用該軟件各模塊的強大功能演示相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，相對于其它多媒體課件具有更強的真實感、靈活性、可操作性，有利于學(xué)生的學(xué)習，提高學(xué)習興趣，同時，便于教師的教學(xué)，再基于課前學(xué)生對三大機構(gòu)的感性認識，較容易短時間內(nèi)實現(xiàn)教學(xué)目標。相對于“機械原理模塊”來講，“機械設(shè)計模塊”部分內(nèi)容具有較強的直觀性、自學(xué)性，鼓勵學(xué)生主動參與到該部分內(nèi)容的教學(xué)中去，但大部分內(nèi)容教學(xué)仍由教師主導(dǎo)。

圖1 基于典型產(chǎn)品課程體系教學(xué)內(nèi)容一體化設(shè)計

“Pro/Engineer應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容組織:整個課程內(nèi)容以三個典型產(chǎn)品設(shè)計與主要零部件制造為項目載體，教材采用校本教材的形式，為簡化內(nèi)容，教材主要以三個典型產(chǎn)品零部件二維工程圖構(gòu)成，除機構(gòu)運動仿真、機構(gòu)分析、數(shù)控加工仿真等教學(xué)模塊內(nèi)容介紹每一步的操作外，教材中三維造型模塊以教學(xué)素材的形式出現(xiàn)，不詳細介紹Pro/Engineer軟件的具體操作，培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品造型的靈活性、創(chuàng)意性，提高學(xué)生創(chuàng)新意識。教學(xué)過程中更多地強化學(xué)生主動參與教學(xué)意識，除基本工具講解外，更多的教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生為主導(dǎo)，教師以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維為主，并注重過程考核。

“機械設(shè)計課程訓(xùn)練”教學(xué)內(nèi)容組織:該課程是“機械原理模塊”及“機械設(shè)計模塊”學(xué)習后設(shè)置一個理論聯(lián)系實際的非常重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生得到相關(guān)的基本知識綜合運用和基本技能訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)，具有強化學(xué)生機械專業(yè)綜合技能培養(yǎng)的有效手段。該課程主要以三產(chǎn)品中的“減速器”設(shè)計為目標任務(wù)，學(xué)生根據(jù)減速器實現(xiàn)工作條件要求，制定設(shè)計方案，合理選擇傳動機構(gòu)和零件類型，并計算出零件的尺寸和機構(gòu)設(shè)計，并生成二維工程圖，最后利用Pro/Engineer軟件生成數(shù)字化樣機。設(shè)計中充分利用Pro/Engineer軟件參數(shù)化設(shè)計、多目標優(yōu)化設(shè)計功能，培養(yǎng)學(xué)生綠色設(shè)計意識。同時，利用Pro/Engineer軟件的數(shù)控加工仿真、機構(gòu)運動仿真、動力學(xué)分析等模塊，全面對制造工藝、使用、維護、安全性等方面的仿真分析，以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性的綜合設(shè)計與分析能力。該課程的教學(xué)任務(wù)主要在老師指導(dǎo)下由學(xué)生獨立完成。

根據(jù)四個教學(xué)模塊理論與實踐內(nèi)容比例以及自學(xué)的方便性，盡可能培養(yǎng)學(xué)生主動參與教學(xué)的積極性，安排學(xué)生參與教學(xué)行為程度由圖2課程體系教學(xué)行為連續(xù)區(qū)所示。

圖2 “機械設(shè)計課程訓(xùn)練”體系教學(xué)行為連續(xù)區(qū)

綜上所述，依托典型產(chǎn)品的高職機械設(shè)計課程體系教學(xué)內(nèi)容一體化建設(shè)，有效實現(xiàn)了高職教學(xué)內(nèi)容以“窄”入手、實現(xiàn)“寬”的技能培養(yǎng)，符合高職教育的職業(yè)屬性及其短周期性，通過實訓(xùn)室的建設(shè)以及Pro/Engineer高端三維造型軟件平臺的應(yīng)用拓展，實現(xiàn)認識、學(xué)習、實踐、驗證的分層遞進教學(xué)理念，保證理論知識與實踐知識有效銜接，使教學(xué)內(nèi)容組織符合學(xué)生認知規(guī)律，在教學(xué)中突出學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生的學(xué)習積極性，提高整體教學(xué)效果。

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