面向新工科建設(shè)的“線上與線下融合式”教學(xué)模式探究
——以“機(jī)械CAD/CAM技術(shù)”課程為例

尹曉麗, 劉衍聰, 王國(guó)棟, 孫 鳳, 馬立安, 陳海霞

(1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 機(jī)械與控制工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院,山東 青島 266580)

根據(jù)教育部、人力資源社會(huì)保障部、工業(yè)和信息化部等部門(mén)共同編制的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》,到2020年,我國(guó)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、電力裝備、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、新材料將成為人才缺口最大的幾個(gè)專業(yè)。為讓數(shù)控機(jī)床人才的“貧血癥”得以緩解,重新審視和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、完善人才的考核和激勵(lì)機(jī)制,培養(yǎng)兼具學(xué)科交叉型知識(shí)結(jié)構(gòu)和熟練操作數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工制造的高素質(zhì)技能型人才,成為應(yīng)用技術(shù)型高校機(jī)械制造類專業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[1-3]。

機(jī)械CAD/CAM技術(shù)是培養(yǎng)數(shù)控專業(yè)人才的重要課程,要求學(xué)生不僅掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模、加工制造、裝配檢驗(yàn)等方面的基礎(chǔ)知識(shí),且能夠熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真軟件和數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品的加工制造,是一門(mén)技術(shù)型、實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。近年來(lái),國(guó)內(nèi)許多高校圍繞該門(mén)課程開(kāi)展了大量的課程改革等研究工作[4-7],積累了寶貴經(jīng)驗(yàn),但隨著智能制造等強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的推進(jìn)實(shí)施,互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能等信息化技術(shù)與裝備制造學(xué)科交叉滲透,使得傳統(tǒng)制造業(yè)不斷向以先進(jìn)制造技術(shù)和信息化、網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)為代表的智能制造發(fā)展[8]。

針對(duì)新工科建設(shè)背景下對(duì)工程技術(shù)人才提出的新要求[9],中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及數(shù)控加工制造能力為目標(biāo),以機(jī)械CAD/CAM課程內(nèi)容優(yōu)化升級(jí)為抓手、以虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)為保障,從教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)資源等方面開(kāi)展改革研究,多方面多層次的加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程與產(chǎn)業(yè)過(guò)程的交叉融合,以點(diǎn)帶片,為機(jī)械類專業(yè)的改造升級(jí)探索有效路徑。

一、構(gòu)建“理實(shí)一體”模塊化課程體系

圍繞黃河三洲地區(qū)石油裝備制造業(yè)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級(jí),以培養(yǎng)裝備制造類人才為目標(biāo),充分利用現(xiàn)有校校合作、校企合作、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新等優(yōu)勢(shì)資源,積極探索數(shù)字化制造與機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程內(nèi)容的交叉點(diǎn),本著“實(shí)用、夠用、會(huì)用、善用”的原則,我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行改革,以提高學(xué)生應(yīng)用與工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力。每個(gè)能力模塊均對(duì)應(yīng)相應(yīng)的理論和實(shí)踐專題,制定“分階段塑能力、分模塊提能力”的模塊化課程體系(見(jiàn)圖1)。

圖1 “理實(shí)一體”的模塊化課程體系

機(jī)械CAD/CAM模塊化課程體系將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造等教學(xué)軟硬件系統(tǒng)與數(shù)控加工系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)銜接和相互搭配,打破了傳統(tǒng)授課“講學(xué)練”時(shí)間和空間上的隔離,實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的交叉融合。通過(guò)一系列 “線上虛擬”與“線下實(shí)戰(zhàn)”工程實(shí)踐專題,構(gòu)建了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型的模塊化教學(xué)體系,每個(gè)模塊都有獨(dú)立的知識(shí)體系和培養(yǎng)目標(biāo),模塊之間既相互獨(dú)立，又彼此滲透,相互交織。

這種新的課程體系更加實(shí)用,使得教與學(xué)的質(zhì)量更容易把控,更重要的是學(xué)生可以根據(jù)自己的知識(shí)儲(chǔ)備和發(fā)展方向?qū)虒W(xué)內(nèi)容有的放矢。該體系能夠有效加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程和工作過(guò)程的深度融合,最大限度地激發(fā)學(xué)生的工程思維,輔助于課程綜合設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等活動(dòng)進(jìn)一步拓展學(xué)生的研究和創(chuàng)新能力,縮短企業(yè)崗位培訓(xùn)周期,真正實(shí)現(xiàn)畢業(yè)即就業(yè)、上崗即上手。

二、建立“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案

根據(jù)裝備制造業(yè)人才的需求及機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院機(jī)械工程系現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行優(yōu)化整合,打破各實(shí)驗(yàn)室壁壘,改變過(guò)去實(shí)驗(yàn)室功能單一、各自獨(dú)立的片段式實(shí)踐教學(xué)等問(wèn)題,搭建“虛實(shí)結(jié)合”開(kāi)放型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室間的教學(xué)銜接與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),形成強(qiáng)大合力,為建立完善科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)施系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供條件保障。

機(jī)械CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)包括“線上虛擬”和“線下實(shí)戰(zhàn)”兩類。“線上虛擬”是指學(xué)生利用計(jì)算機(jī)輔助軟件(如AutoCAD、SolidWorks/ProE等)進(jìn)行產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、三維建模以及運(yùn)動(dòng)仿真模擬,完成產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化;然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助制造軟件(如ProE、MaterCAM等)和數(shù)控編程軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)劃、編制數(shù)控加工程序,并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬制造,觀察加工軌跡是否合理可行,以便修改和完善加工程序。此為“線上虛擬”教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié),在教學(xué)平臺(tái)中的“數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室”和“虛擬制造實(shí)驗(yàn)室”完成,側(cè)重于培養(yǎng)和提升學(xué)生的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造能力。

“線下實(shí)戰(zhàn)”實(shí)踐教學(xué)是指學(xué)生將運(yùn)用CAD/CAM軟件完成的虛擬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸和加工代碼導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床,并操作數(shù)控機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)物的加工試制,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)控加工設(shè)備的操作能力、程序的校驗(yàn)與優(yōu)化以及對(duì)制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)變處理的能力,此部分實(shí)踐教學(xué)在“數(shù)控加工中心實(shí)驗(yàn)室”完成;加工后的零件需要在精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行產(chǎn)品的測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn),對(duì)于不合格的產(chǎn)品,深入分析原因,給出解決對(duì)策,再試制;對(duì)于檢驗(yàn)合格的零件進(jìn)行存檔,待整個(gè)產(chǎn)品所有零件均加工檢驗(yàn)合格后,在機(jī)械拆裝實(shí)驗(yàn)室完成樣機(jī)的安裝調(diào)試。從產(chǎn)品的加工試制、檢驗(yàn)檢測(cè)及整機(jī)調(diào)試裝配為“線下”教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié),側(cè)重于培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程實(shí)戰(zhàn)能力(見(jiàn)圖2)。

圖2 “線上與線下融合式”的實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案

為保證機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)的順利進(jìn)行,我們?cè)O(shè)置了理實(shí)研討室和實(shí)踐教學(xué)資源管理平臺(tái)。理實(shí)研討室為師生在實(shí)踐過(guò)程中存在的問(wèn)題和疑難點(diǎn)進(jìn)行研討分析提供平臺(tái),以便完成實(shí)踐項(xiàng)目的方案規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造、產(chǎn)品檢驗(yàn)、整機(jī)裝配等實(shí)踐各環(huán)節(jié)的制定、修訂等的線下研討活動(dòng),實(shí)踐教學(xué)資源管理平臺(tái)主要通過(guò)線上和線下兩種途徑,對(duì)實(shí)踐教學(xué)安排、實(shí)踐耗材信息、實(shí)踐教學(xué)資源、實(shí)踐報(bào)告、成果資料等進(jìn)行管理和存檔,方便師生查詢、學(xué)習(xí)和共享相關(guān)資源。

三、探索多元化考核評(píng)價(jià)體系

針對(duì)機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程傳統(tǒng)考試模式單一、功能片面,注重考核對(duì)知識(shí)的靜態(tài)記憶和虛擬操作,忽視學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀,我們探索出了一套多元化考核評(píng)價(jià)體系。

(1)考核人員多元化。本著客觀、全面的原則,成立三方共同參與的考核小組?？己诵〗M有教師、學(xué)生和企業(yè)工程師組成,從不同角度對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程應(yīng)用能力進(jìn)行立體化考核,并盡可能多的提供機(jī)會(huì)讓全體學(xué)生參與自評(píng)、互評(píng)。打分權(quán)重為:教師占35%,學(xué)生占40%,企業(yè)工程師占35%。同時(shí)把學(xué)生評(píng)委給出的考核成績(jī)與最終綜合成績(jī)作對(duì)比,根據(jù)打分偏差對(duì)學(xué)生評(píng)委的鑒賞力進(jìn)行賦分,并計(jì)入個(gè)人總成績(jī)。

(2)考核內(nèi)容多元化。采用規(guī)定課題和自選課題相結(jié)合。根據(jù)課程進(jìn)度制定系列化的規(guī)定課題,考核學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐技能和操作基本功;為鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性發(fā)展,結(jié)合興趣愛(ài)好和專業(yè)素養(yǎng),教學(xué)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生自選課題,并盡可能的接近實(shí)際工程難題、教師的科研項(xiàng)目和企業(yè)研發(fā)課題。以學(xué)習(xí)小組為單位申報(bào)課題,完成課題后,統(tǒng)一進(jìn)行結(jié)項(xiàng)答辯,其目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新能力。課程總成績(jī)的組成和權(quán)重為:規(guī)定課題占60%、自選課題占40%。

(3)考核方式多元化。采用過(guò)程考核與階段性考核相結(jié)合。過(guò)程考核主要從平時(shí)表現(xiàn)、作品加工難度和質(zhì)量等方面加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐技能的培養(yǎng)和監(jiān)督;階段性考核主要對(duì)規(guī)定項(xiàng)目的集中考核、小組自選項(xiàng)目答辯等方式加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和考核。按照3～4人成立學(xué)習(xí)小組,把個(gè)人成績(jī)與小組成績(jī)掛鉤,在培養(yǎng)學(xué)生個(gè)體能力發(fā)展的同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

(4)能力提升途徑多元化。拓展多樣化的實(shí)踐能力提升途徑,如鼓勵(lì)學(xué)生刷新自選項(xiàng)目作品難度值、定期舉辦科技創(chuàng)新競(jìng)賽、鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)等途徑不斷提升實(shí)踐能力。此外,我院授權(quán)了SolidWorks助理工程師和專業(yè)工程師認(rèn)證考試中心,學(xué)生可根據(jù)需要參加相關(guān)認(rèn)證考試,不斷夯實(shí)專業(yè)技能。

圖3 多元化考核評(píng)價(jià)體系

四、教學(xué)改革實(shí)施效果

通過(guò)兩年多的改革實(shí)踐,機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量有了明顯的提升,主要體現(xiàn)在:

(1)課堂氛圍濃厚。變“被動(dòng)參與”為“主動(dòng)實(shí)踐”。從“虛擬仿真”到“實(shí)際加工”,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、編制加工程序到操作數(shù)控機(jī)床制作產(chǎn)品實(shí)物的全過(guò)程中,均是以教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體,真正實(shí)現(xiàn)了從教師的教為中心到以學(xué)生的學(xué)為中心的過(guò)度。且在教學(xué)過(guò)程中,將企業(yè)真實(shí)案例引入課堂,加強(qiáng)了教學(xué)過(guò)程和工作過(guò)程的深度融合,讓學(xué)生身臨其境,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。

(2)學(xué)習(xí)效果明顯提升。由“學(xué)不懂”到“學(xué)得透”。相比傳統(tǒng)的理論實(shí)踐教學(xué)時(shí)空上的脫離,新的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)方式使得學(xué)生對(duì)掌握數(shù)控加工技術(shù)所需要的時(shí)間明顯減少,對(duì)數(shù)控加工技術(shù)理解程度明顯深化,做到了邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐,邊探索邊討論的學(xué)習(xí)方式。反饋調(diào)查顯示,95%的學(xué)生基本掌握了數(shù)控編程與制造的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

(3)學(xué)生理論知識(shí)和實(shí)踐能力得到全面提升。通過(guò)搭建與專業(yè)能力相匹配的模塊化教學(xué)體系和實(shí)踐平臺(tái),在“多元化”考核和提升機(jī)制的激勵(lì)下,通過(guò)大量的工程實(shí)例和綜合型實(shí)踐項(xiàng)目的強(qiáng)化訓(xùn)練下，

學(xué)生工程實(shí)踐能力得到了加強(qiáng),有效地推動(dòng)了學(xué)生的成長(zhǎng)成才。近兩年,機(jī)械類專業(yè)在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和各級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽中獲得了較好成績(jī),學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力得到了極大的提升,深受用人單位好評(píng)。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“機(jī)械CAD/CAM技術(shù)” 課程開(kāi)展的相關(guān)研究和探索,建立了“線上與線下融合式”的教學(xué)模式。建立了理實(shí)一體的教學(xué)體系,加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)和綜合能力的達(dá)成;構(gòu)建了“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),提升了學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí),同時(shí)培養(yǎng)了安全生產(chǎn)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí);提出了多元化考核評(píng)價(jià)體系,多層次多角度加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的素質(zhì)、知識(shí)和能力的考核,激勵(lì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。其中教學(xué)體系對(duì)接崗位需求,實(shí)踐環(huán)境對(duì)接工作環(huán)境,考核方法對(duì)接崗位能力的達(dá)成,實(shí)現(xiàn)了線上虛擬與線下實(shí)戰(zhàn)、教學(xué)過(guò)程與產(chǎn)業(yè)過(guò)程的深度融合,以期為新工科背景下應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)提供參考。

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