基于混合式教學模式的計算機輔助設(shè)計與制造課程改革實踐探究

摘要：計算機輔助設(shè)計與制造課程是智能制造專業(yè)群的核心技術(shù)技能課程，高職院?！?+X”證書制度推進，要求對計算機輔助設(shè)計與制造課程進行深入的教學改革，結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，在課程定位、課程培養(yǎng)目標、課程內(nèi)容、實施方式、教學評價等方面做出改進并實施。實踐證明，采用“一平三端”的線上線下混合式教學方式，突破了傳統(tǒng)課程教學的局限，學生的學習時間和空間顯著擴大，課程內(nèi)容先進實用，更契合學生學情，顯著激發(fā)學生興趣，取得了積極的教學效果。

關(guān)鍵詞：混合式；教學；制造

中圖分類號：G42? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0168-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

“中國制造2025”將是中國工業(yè)未來10年的發(fā)展綱領(lǐng)、頂層設(shè)計。綱領(lǐng)指出，加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，以智能制造為主攻方向，努力實現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造、中國速度向中國質(zhì)量、中國產(chǎn)品向中國品牌的三大轉(zhuǎn)變。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級需要高端的復合型人才，對職業(yè)教育的人才培養(yǎng)提出了更高要求[1]。

“1+X”證書制度的提出，符合新時代職業(yè)教育的理念，自2019年開始，在職業(yè)院校內(nèi)進行的證書制度試點，有效提升了職業(yè)院校教育教學水平，能夠更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，有利于學生綜合能力和綜合素質(zhì)的提升，從而滿足社會對復合型技術(shù)人才的需求。

計算機輔助設(shè)計與制造課程是智能制造專業(yè)群相關(guān)專業(yè)的核心技術(shù)技能課程，伴隨我國制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和升級的需要，社會對人才的綜合技能提出了更高要求，新技術(shù)、新科技的不斷涌現(xiàn)并應用，要求學校的教學內(nèi)容必須與時俱進，信息時代的學生對自己的目標更明確也更高遠。本文結(jié)合當前高職院校的教學狀況，結(jié)合當下學生生情及當下社會對人才的實際需求，采用先進的信息技術(shù)和混合式教學理念，探討計算機輔助設(shè)計與制造課程的改革策略及方向。

1 計算機輔助設(shè)計與制造課程定位

1.1 信息技術(shù)在機械設(shè)計與制造行業(yè)中的廣泛應用

自計算機發(fā)明以來，現(xiàn)代計算機技術(shù)不斷與機械設(shè)計與制造技術(shù)相互融合，相互促進。并在設(shè)計與制造行業(yè)發(fā)揮不可替代的作用。常見的應用包括：計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)、計算機輔助制造（CAM）技術(shù)、計算機控制（CNC）技術(shù)等。采用計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)可進行復雜零部件和大型裝配體總體設(shè)計，電氣機械等項目協(xié)同設(shè)計，顯著提高了機械設(shè)計的質(zhì)量和設(shè)計效率；計算機輔助制造（CAM）技術(shù)可編寫復雜零部件加工程序，仿真設(shè)備加工過程，縮短生產(chǎn)制造周期；計算機控制（CNC）技術(shù)，可控制四、五軸聯(lián)動先進加工中心，提高機械加工質(zhì)量和效率。

1.2 依托信息技術(shù)的機械設(shè)計與制造行業(yè)發(fā)展前景

在智能化時代，新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)融合并應用于制造業(yè)，從而引發(fā)了新的工業(yè)革命。人工智能、新一代信息通信技術(shù)與制造技術(shù)高度融合，構(gòu)建數(shù)字孿生和賽博-物理系統(tǒng)CPS（Cyber-Physical System），形成具有“智能化”特征、虛實結(jié)合的全新生產(chǎn)方式，從而形成虛實交互融合、數(shù)據(jù)信息共享、實時優(yōu)化決策、精準控制執(zhí)行的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過程。

1.3 計算機輔助設(shè)計與制造課程重要性

面對計算機與設(shè)計與制造行業(yè)深度融合的智能化時代，機械行業(yè)的各項工作都與計算機技術(shù)密切相關(guān)。畢業(yè)生將主要從事設(shè)計、設(shè)備操作、工藝與編程等工作。計算機輔助設(shè)計與制造課程直接對應相關(guān)崗位，為適應崗位需求，要求課程培養(yǎng)“會設(shè)計、懂工藝、能編程、精操作、善維護、可提升”的學生。整個教學過程與計算機緊密相連，傳統(tǒng)課堂教學難以滿足學生對先進設(shè)計與制造技術(shù)知識的學習。

1.4 計算機輔助設(shè)計與制造課程的定位

計算機輔助設(shè)計與制造課程是基于學?！皪彙⒄n、賽、證”融通，基于現(xiàn)代學情及社會需求開發(fā)的智能制造專業(yè)群必修核心技術(shù)技能課程。如圖1所示，本課程需要“制圖與測量技術(shù)”等前期課程為基礎(chǔ)，可支撐“專業(yè)綜合實訓”等后續(xù)課程；服務于機械制造與自動化等多個相關(guān)專業(yè)；直接對應企業(yè)機械設(shè)計工程師等崗位；與高職技能大賽中多個賽項中的設(shè)計與制造的內(nèi)容密切相關(guān)；可支持多個職業(yè)技能證書關(guān)于計算機設(shè)計與制造的相關(guān)內(nèi)容。

2 基于混合式教學模式的計算機輔助設(shè)計與制造課程改革

2.1 基于“一平三端”的線上線下混合式教學模式

“一平三端”是以云平臺系統(tǒng)核心層，連通教室端（智慧課堂）、移動端（學習通）和管理端（智慧教務）三個終端去實現(xiàn)智慧環(huán)境下教學新生態(tài)的構(gòu)建。如圖2所示，在學生層面，現(xiàn)在的學生出生在網(wǎng)絡(luò)時代，成長在網(wǎng)絡(luò)時代，學生已經(jīng)習慣于通過電腦、手機等網(wǎng)絡(luò)信息手段來學習。對于教師層面，老師不僅是知識的傳播者，還是課程的設(shè)計者、開發(fā)者，是完成實訓項目的總負責人。教師必須更加注重引導學生自主學習的意識，激發(fā)學生的自覺性、創(chuàng)造性。

2.2 計算機輔助設(shè)計與制造教學內(nèi)容改革

結(jié)合現(xiàn)代制造業(yè)對復合性高技術(shù)人才的需求，以“知識夠用、注重技能、內(nèi)容先進、講究實用”的原則設(shè)計教學內(nèi)容，具體方案如下：參考國家職業(yè)工種“銑工”“多工序數(shù)控機床操作調(diào)整工”兩個工種的職業(yè)標準，參考“1+X”車銑和多軸兩個職業(yè)技能等級證書標準，結(jié)合學校定位和四個專業(yè)的專業(yè)教學標準和企業(yè)崗位人才素質(zhì)要求，確定課程標準。針對目前學生學情：“感性認識強，理性認識不深；動手能力尚可，理論學習困難；學習經(jīng)驗不足，探索欲望強；對未來期望頗高，當下卻動力不足；才藝個性多樣化，團隊協(xié)作經(jīng)驗不足；缺乏自信，失敗次數(shù)多，成功經(jīng)驗少?！睕Q定采用線上、線下、理實一體的混合教學模式[2]。

課程在內(nèi)容上由簡單到復雜，由機床操作逐步到工藝編程，由基礎(chǔ)技能到綜合技能，由操作工水平到工程師水平，層層遞進。項目載體來源豐富，包括職業(yè)技能證書考題及樣題、職業(yè)技能大賽考題及樣題、工廠實際典型零件、學生趣味零件等。在教學過程中融入課程思政元素，例如：精益求精的工匠精神、團隊合作的集體精神、敢為人先及突破自我的創(chuàng)新精神等。課程線上資源建設(shè)與使用情況如表1所示。

2.3 線上線下混合式教學實施

1）移動端。課前，學生在宿舍、圖書館等地，通過線上資源提前預習、自主學習，了解本節(jié)課做什么、怎么做，并學習相關(guān)的理論知識。

2）教室端。課中，在實訓室，教師對重點、難點問題進一步講解，學生完成角色分配，任務分配，并按要求完成實訓；課后，學生將實訓資料整理并上傳到超星線上平臺，在平臺上進行作品展示，教師對實訓過程點評，學生相互點評。在課程實施過程中，采用項目化，任務驅(qū)動、分組教學、組內(nèi)分工、組間協(xié)作、組間競爭的方式。例如：當接收到任務，所有同學一起學習零件建模，討論零件加工工藝，最后選取兩種可行的加工方案。將班級的所有學生分為兩隊，每隊分為3組。一隊各小組協(xié)同做1組方案，另一隊各小組協(xié)同做另一組方案。每組做一道工序，包括該工序的工裝編程與加工、零件的編程與加工。這樣整個班級同學完全動員起來完成一個實訓項目，整個實訓過程如圖3所示。通過這樣的分配，不同的小組有不同的任務，每位同學根據(jù)自身特點選取不同的角色，既競爭又協(xié)作，協(xié)作大于競爭。

又如，在多軸編程教學中，機床的坐標變換一直為教學難點，因為內(nèi)容抽象，學生難以理解。如圖4（1）所示，在傳統(tǒng)教學過程中，坐標變換往往是抽象的坐標旋轉(zhuǎn)圖和公式，通過教學改革，如圖4（2）所示，通過動畫和仿真讓學生直觀地看到坐標系的變換過程，并引入通過宏程序計算五軸坐標平移與旋轉(zhuǎn)的方法，將宏程序與公式對比，有助于學生對五軸坐標平移和旋轉(zhuǎn)的認識。在線下教學過程當中，通過宏程序計算五軸機床的坐標與平移，并調(diào)用宏程序進行機床實際的操作，以上過程學生均可在課后進行反復觀看學習。宏程序主要語句見表2所示。

3）管理端。依托超星平臺等信息技術(shù)，可實現(xiàn)復雜的過程考核機制?？傮w可分為：項目考核和期末總評。項目考核中，學生上傳實訓作品后，采用組間互評20%、組內(nèi)互評10%、教師評分40%、產(chǎn)品質(zhì)量評分30%。期末總評中也根據(jù)不同的項目進行綜合計算總成績[3-4]。

3 混合式教學成果與建設(shè)思路

3.1 混合式教學成果

經(jīng)過三年的教學實踐，與原傳統(tǒng)課堂教學相比，三屆課改學生上課積極性和主動性明顯提升，課堂表現(xiàn)，以及對于專業(yè)的就業(yè)前景等更明確，更可貴的是學生主動要求課后和空余進行實訓練習，因為對課程產(chǎn)生興趣，成績也對比之前有顯著提高。競賽成果方面，自2020年課程改革以來，共獲得技能競賽獲國家三等獎兩項、省一等獎五項、二等獎4項、三等獎7項。對于畢業(yè)學生，通過座談了解到，學生認為課程資源豐富，強烈要求長期開放網(wǎng)絡(luò)課程資源[5]。

3.2 未來課程建設(shè)思路

數(shù)字化資源需要進一步豐富，提升案例數(shù)量，改善教學資源質(zhì)量。從線上數(shù)據(jù)分析，影響國家發(fā)展的重大科技類視頻和企業(yè)中實際用到的技術(shù)類視頻播放量最高，視頻播放數(shù)目是學生學習參與度的重要指標，反映出優(yōu)秀的數(shù)字化資源是學生學習的基礎(chǔ)也是混合式教學的核心。多與企業(yè)進行溝通，討論更進一步的校企合作模式，長期聘請企業(yè)專家授課，引入高水平教師。選取典型企業(yè)加工案例，豐富課程教學案例，授課內(nèi)容要多結(jié)合生產(chǎn)實際進行，學生畢業(yè)后可以更快地融入工作中，也更具備就業(yè)競爭力。建立畢業(yè)生跟蹤回訪機制，為畢業(yè)生提供技術(shù)支持與幫助。

4 結(jié)語

1）現(xiàn)代信息技術(shù)已與機械設(shè)計與制造技術(shù)深度融合，并在設(shè)計與制造行業(yè)中發(fā)揮不可替代的作用，機械設(shè)計與制造整個產(chǎn)業(yè)鏈都需要現(xiàn)代信息技術(shù)的支持。

2）智能化時代的機械設(shè)計與制造實現(xiàn)虛實交互融合、數(shù)據(jù)信息共享、實時優(yōu)化決策、精準控制執(zhí)行的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過程，要求培養(yǎng)“會設(shè)計、懂工藝、能編程、精操作、善維護、可提升”的新型復合性技術(shù)人才。

3）計算機輔助設(shè)計與制造是智能制造專業(yè)群的必修核心技術(shù)技能課程，基于 “崗、課、賽、證”融通建立的專業(yè)群平臺課程。

4）借助“一平三端”平臺，以“知識夠用、注重技能、內(nèi)容先進、講究實用”的原則改革教學內(nèi)容，以“線上+線下”混合式教學模式改進教學方法，以學生為主體，課前、課中、課后協(xié)同完成教學項目。

5）經(jīng)過3年多教學實踐表明，課程改革取得成功，對學生的素質(zhì)培養(yǎng)尤其是終身學習能力的鍛煉起到非常重要的作用[6]。

參考文獻：

[1] 中國政府網(wǎng).中國制造2025[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm，2015-5-19.

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[3] 王立，高亞麗，黃飛.基于線上線下混合式教學的實踐研究——以工程訓練教學為例[J].現(xiàn)代信息科技，2021，5（19）：196-198.

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[5] 張宗仁.HNC848五軸數(shù)控系統(tǒng)螺旋加工解決方案[J].制造技術(shù)與機床，2021（9）：148-152.

[6] 謝哲，于易.服務全民終身學習下現(xiàn)代高職體育教育體系的構(gòu)建路徑研究[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學院學報，2022，22（1）：67-71，76.

【通聯(lián)編輯：張薇】