融合技能大賽的高職“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程改革與實(shí)踐

胡雙喜

(湖北科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

一、引言

高職“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的必修課，一般設(shè)置在大三的第一學(xué)期。課程設(shè)置的目的是將學(xué)生前期所學(xué)的核心內(nèi)容系統(tǒng)化進(jìn)行綜合匯總，將各個(gè)核心技能和知識(shí)模塊進(jìn)行有機(jī)整合并加強(qiáng)，從而達(dá)到鞏固加深學(xué)生各項(xiàng)專業(yè)核心技能和全面提高綜合實(shí)踐應(yīng)用能力的目標(biāo)，是學(xué)生走上工作崗位的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”是一門重要的綜合技能實(shí)訓(xùn)課，以往的教學(xué)內(nèi)容都是以開展數(shù)控技能操作為主，教學(xué)內(nèi)容單一，專業(yè)內(nèi)的其他核心內(nèi)容無法得到整合鞏固，實(shí)施效果也差強(qiáng)人意，無法起到對(duì)學(xué)生的綜合能力和專業(yè)核心技能的加強(qiáng)作用，無法達(dá)到課程教學(xué)的總體目標(biāo)。如何改革“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程，提高教學(xué)效果，是值得深入思考的問題。

為促進(jìn)高技能型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，湖北省高職院校開展了多項(xiàng)省級(jí)技能競(jìng)賽項(xiàng)目，選拔人才參加國家級(jí)技能競(jìng)賽。各高職院校為了取得好的成績(jī)，一般做法是從班級(jí)里選拔最優(yōu)秀的學(xué)生，加以專門的集中培訓(xùn)和訓(xùn)練。這種以競(jìng)賽為目的的培養(yǎng)方式，學(xué)生受益面很窄，只有參加比賽的幾人能夠獲得較為優(yōu)質(zhì)的培養(yǎng)，切實(shí)地提高專業(yè)技能水平，是偏離職業(yè)教育宗旨的[1-2]。近兩年湖北省對(duì)技能競(jìng)賽做了改革，增加了抽測(cè)組的競(jìng)賽項(xiàng)目，即在比賽前一周內(nèi)從全專業(yè)學(xué)生中臨時(shí)抽簽選取一組參加比賽，針對(duì)抽測(cè)組臨時(shí)抱佛腳進(jìn)行訓(xùn)練就來不及了。為了應(yīng)對(duì)比賽，更重要的是為了提高教育的公平性和學(xué)生受益面，將比賽內(nèi)容訓(xùn)練融合到平常的教育教學(xué)環(huán)節(jié)中是最好的做法。

“工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”是湖北省2019年新增的職業(yè)院校大賽賽項(xiàng)，比賽內(nèi)容涉及熱門的逆向工程技術(shù)，并且集合設(shè)計(jì)與制造為一體，符合企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造實(shí)際工作流程，具備一定的創(chuàng)新性、先進(jìn)性和綜合性。

在這種情況下，本文嘗試融合技能大賽[3]“工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)，對(duì)“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”進(jìn)行課程改革，期望真正從整體上提高學(xué)生的專業(yè)核心技能、綜合技能、創(chuàng)新應(yīng)用能力，既滿足參加大賽的訓(xùn)練要求，又?jǐn)U大學(xué)生的受益面，達(dá)到“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、融合大賽的“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程改革設(shè)計(jì)

分析了“工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)的專業(yè)核心能力要求，將專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)課程依照該大賽內(nèi)容改革，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容和和方式進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，對(duì)教學(xué)進(jìn)行了總體安排。

(一)課程能力要求

從分析賽項(xiàng)核心能力來看(見圖1)，該賽項(xiàng)注重鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)采集能力、正逆向建模能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、計(jì)算機(jī)輔助編程和數(shù)控銑床加工能力。這些核心能力的培養(yǎng)來源于對(duì)應(yīng)的四門核心課程“三維檢測(cè)與逆向工程”[4]“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”“計(jì)算機(jī)輔助制造”“數(shù)控加工與編程”。“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程的順利實(shí)施，需要專業(yè)學(xué)生在前期學(xué)過這四門課程。而機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)已經(jīng)在大二開設(shè)過這四門課程，這為以技能大賽為載體的專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)的實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)。在綜合實(shí)訓(xùn)階段，依照大賽內(nèi)容，綜合實(shí)訓(xùn)以項(xiàng)目為載體，將四種核心能力串聯(lián)起來，既對(duì)各核心能力加以鞏固提高，又提高學(xué)生專業(yè)綜合能力。

(二)課程總體規(guī)劃

依據(jù)大賽對(duì)學(xué)生的能力要求，“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程總規(guī)劃分為三大模塊，設(shè)置總課時(shí)為四周。根據(jù)內(nèi)容關(guān)聯(lián)度原則，將計(jì)算機(jī)輔助正向設(shè)計(jì)和逆向工程融合成一個(gè)模塊——三維檢測(cè)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)模塊，設(shè)置一周時(shí)間加以鞏固提高；計(jì)算機(jī)輔助編程和數(shù)控銑床操作融合成另外一個(gè)模塊——數(shù)控加工模塊，設(shè)置兩周時(shí)間，安排了計(jì)算機(jī)輔助編程、機(jī)床操作熟練度訓(xùn)練等項(xiàng)目，對(duì)核心能力鞏固提高；最后一個(gè)模塊則是仿比賽流程的訓(xùn)練，將前期兩項(xiàng)內(nèi)容設(shè)計(jì)和加工模塊綜合到一起，按照比賽內(nèi)容進(jìn)行多套比賽樣題的演練，設(shè)置在第四周。課程內(nèi)容總體安排如表1所示。

無論是哪一個(gè)模塊的訓(xùn)練，課程教學(xué)內(nèi)容都主要來源于國賽和省賽賽題以及企業(yè)項(xiàng)目。如“基于連桿的逆向重建與制作”“基于剃須刀的逆向建模與創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作”“基于貓眼的逆向設(shè)計(jì)與創(chuàng)新制作”等多個(gè)綜合項(xiàng)目分別就是2016年和2017年的國賽賽題和樣題。

圖1 “綜合實(shí)訓(xùn)”課程體系結(jié)構(gòu)圖

三、融合大賽的“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程教學(xué)實(shí)施

“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程改革實(shí)施按照課程設(shè)計(jì)規(guī)劃來進(jìn)行，共分為三個(gè)大的教學(xué)模塊。以大賽項(xiàng)目為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，以大賽所需要的硬件和軟件為教學(xué)條件，以大賽比賽過程為教學(xué)流程，主要針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的逆向檢測(cè)與掃描、模型逆向重建、正向創(chuàng)新設(shè)計(jì)、并對(duì)零件進(jìn)行編程和操作數(shù)控機(jī)床加工等工作流程進(jìn)行訓(xùn)練，融合設(shè)計(jì)與制造一體，實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)。

(一)第一個(gè)模塊：分組教學(xué)

該階段目的為鞏固加強(qiáng)三維掃描數(shù)據(jù)采集和逆向建模能力，在理論實(shí)踐一體化教室開展，任課教師一名。教學(xué)項(xiàng)目為選取該賽項(xiàng)全國和其他省歷年的比賽樣題和賽題，使用大賽指定的三維天下單目掃描儀，由學(xué)生完成掃描儀設(shè)備的標(biāo)定、采集數(shù)據(jù)，然后使用大賽指定的Wrap處理數(shù)據(jù)軟件、逆向建模軟件DesignX、正向創(chuàng)新軟件完成該階段的設(shè)計(jì)工作。學(xué)生遇到困難時(shí)，教師給予一定的指導(dǎo)，并在每個(gè)子項(xiàng)目完成后，教師對(duì)普遍性的問題和難點(diǎn)進(jìn)行講解，最后由學(xué)生再加以修改完善，教學(xué)流程見圖2。

表1 課程安排表

圖2 第一階段教學(xué)流程

在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，學(xué)生會(huì)設(shè)計(jì)出相似的結(jié)果，指導(dǎo)教師需要讓學(xué)生去查詢網(wǎng)絡(luò)資料，啟發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，設(shè)計(jì)出符合題意又更有創(chuàng)意的結(jié)果。

(二)第二個(gè)模塊：數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)

為期兩周時(shí)間的輔助制造編程和數(shù)控銑床加工實(shí)訓(xùn)，主要目的是進(jìn)一步提高學(xué)生輔助編程水平和機(jī)床操作熟練度。

在該階段，依照大賽要求，數(shù)控編程的軟件選取了學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的編程軟件UG10.0，并選擇大賽要求的凱恩帝加工中心為訓(xùn)練加工的機(jī)床。按照大賽的要求，學(xué)生需要掌握虎鉗的校核、機(jī)床界面的熟悉、刀具的選擇和對(duì)刀操作、零件的各個(gè)特征的編程與加工,包括孔的加工。教師需要從工藝、參數(shù)等幾個(gè)方面，將大賽中分解并篩選出適合教學(xué)的案例，發(fā)布給學(xué)生。并根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)，針對(duì)難點(diǎn)、重點(diǎn)統(tǒng)一講授，主要教學(xué)流程如圖3所示。

圖3 第二階段教學(xué)流程

為保證教學(xué)開展的安全性，由2～3名教師合作教學(xué)。教學(xué)分為集中式和分組式。一名教師進(jìn)行CAM編程教學(xué)和程序檢查調(diào)試，1～2名教師進(jìn)行數(shù)控加床操作教學(xué)，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行操作機(jī)床完成零件項(xiàng)目的加工。

學(xué)生分成兩部分，一部分學(xué)生由一名教師帶去熟悉機(jī)床界面和基本操作，一部分學(xué)生留下來完成項(xiàng)目編程，然后兩部分學(xué)生對(duì)調(diào)。編程完工的學(xué)生經(jīng)過教師檢驗(yàn)無誤后，可以先轉(zhuǎn)移到機(jī)床加工區(qū)域，由另一名教師指導(dǎo)學(xué)生完成零件的加工。沒有完成的學(xué)生繼續(xù)在計(jì)算機(jī)輔助制造教室完成程序編程和調(diào)試。

在這一階段，為了保證上機(jī)床進(jìn)行加工的程序正確，減少刀具和機(jī)床損壞的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于每個(gè)項(xiàng)目的加工程序，必須經(jīng)由教師一對(duì)一指導(dǎo)調(diào)試過關(guān)后才允許上機(jī)床加工，給教師帶了巨大的工作量。在該過程中，可選拔優(yōu)秀的學(xué)生作為助教，和教師一起進(jìn)行程序調(diào)試、修改程序，這樣可以達(dá)到鍛煉學(xué)生的目的。這一階段可結(jié)合實(shí)訓(xùn)中心現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備數(shù)量來進(jìn)行，如果機(jī)床數(shù)量較多，兩人一臺(tái)，配備至少兩名現(xiàn)場(chǎng)操作教師，可以加快教學(xué)進(jìn)度。

(三)第三個(gè)模塊：比賽流程訓(xùn)練

該模塊的目的是讓學(xué)生完整獨(dú)立完成整個(gè)項(xiàng)目流程。按照比賽規(guī)程，分兩人組進(jìn)行競(jìng)賽，且分兩個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行，一個(gè)是設(shè)計(jì)場(chǎng)地，另一個(gè)為加工場(chǎng)地。設(shè)置兩名指導(dǎo)教師，布置項(xiàng)目任務(wù)后，比賽也分為兩場(chǎng)進(jìn)行，兩場(chǎng)時(shí)間盡量參照比賽要求。上場(chǎng)在設(shè)計(jì)場(chǎng)地完成設(shè)計(jì)和編程，下場(chǎng)轉(zhuǎn)移到數(shù)控場(chǎng)地完成加工。

本階段要求學(xué)生獨(dú)立完成，因此賽題內(nèi)容比各專項(xiàng)訓(xùn)練設(shè)置稍簡(jiǎn)單。上午先做完設(shè)計(jì)模塊和編程模塊的學(xué)生，下午先進(jìn)行加工。每組學(xué)生按照比賽的要求，提交掃描數(shù)據(jù)、逆向設(shè)計(jì)和正向創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)果和創(chuàng)新設(shè)計(jì)報(bào)告、編程程序和加工結(jié)果以及加工工藝報(bào)告。該階段由于參賽選手水平層次不同和設(shè)備數(shù)量有限，大部分組并不能按照實(shí)際比賽時(shí)間完成，因此對(duì)部分組延長(zhǎng)了時(shí)間，要求學(xué)生都能完整地做完競(jìng)賽流程，以耗時(shí)長(zhǎng)度和提交內(nèi)容、加工結(jié)果作為評(píng)分依據(jù)。

該階段完成后，最后教師對(duì)每組結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講解點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生了解自己的不足。

四、融合大賽的課程評(píng)價(jià)與效果

(一)課程評(píng)價(jià)

“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”圍繞比賽分成不同的模塊進(jìn)行，參與教學(xué)的教師有多人，由課程負(fù)責(zé)人設(shè)計(jì)好每個(gè)模塊的教學(xué)內(nèi)容，按照三個(gè)模塊課時(shí)，分別占分?jǐn)?shù)比分為30%、40%、30%，總分100分。每個(gè)模塊由進(jìn)行教學(xué)的主課教師根據(jù)學(xué)生課程表現(xiàn)和設(shè)計(jì)結(jié)果給與評(píng)分，最后由課程主課教師進(jìn)行匯總評(píng)分。其中第三個(gè)模塊為賽項(xiàng)過程演練，所以評(píng)分也參照比賽評(píng)分進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(二)教學(xué)效果

本學(xué)期進(jìn)行綜合實(shí)訓(xùn)課程改革，在進(jìn)行為期一個(gè)月的實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生參與積極性較高，普遍反映在逆向設(shè)計(jì)、正向設(shè)計(jì)、數(shù)控加工與編程方面均獲得了綜合性的提高，能夠進(jìn)行復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。通過這次實(shí)訓(xùn)課程，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的正、逆向建模能力和計(jì)算機(jī)輔助制造能力，也強(qiáng)化了創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

在隨后開展的“工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”省賽中，湖北科技職業(yè)學(xué)院推薦組獲得了三等獎(jiǎng)，抽測(cè)組獲得二等獎(jiǎng)的好成績(jī)。這也是對(duì)教學(xué)效果的一個(gè)正面驗(yàn)證。

五、結(jié)語

融合技能大賽對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程的改革，將逆向檢測(cè)與掃描、逆向重建、正向創(chuàng)新設(shè)計(jì)、零件輔助編程和操作數(shù)控機(jī)床加工等工作任務(wù)進(jìn)行項(xiàng)目化實(shí)訓(xùn)教學(xué)，各項(xiàng)分散的技能得到整合和加強(qiáng)，有利于提高學(xué)生的專業(yè)綜合應(yīng)用能力，達(dá)到了“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”課程應(yīng)有的教學(xué)目標(biāo)，擴(kuò)大了學(xué)生技能培訓(xùn)的受益面。而實(shí)現(xiàn)融合技能大賽的教學(xué)實(shí)施，需要認(rèn)真研究賽項(xiàng)內(nèi)容，篩選和轉(zhuǎn)化大賽項(xiàng)目為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，以該比賽過程為教學(xué)流程，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程和評(píng)價(jià)措施。

圍繞省賽展開課程改革，雖然取得一定效果，在實(shí)施中也發(fā)現(xiàn)了不少問題：

1.設(shè)備有限，尤其是數(shù)控銑床，設(shè)備的數(shù)量限制了教學(xué)的效率，實(shí)施中不得不多人一組進(jìn)行加工，實(shí)施下來，有部分學(xué)生沒有摸熟機(jī)床。需要思考在設(shè)備有限的情況下，如何更好地加快教學(xué)效率，或者需要繼續(xù)增添數(shù)控機(jī)床，真正達(dá)到兩人一組進(jìn)行獨(dú)立編程和機(jī)床操作，切實(shí)提高教學(xué)效果。

2.第四周實(shí)施中，由于仿照比賽流程進(jìn)行，部分學(xué)生能力欠缺，導(dǎo)致上午無法完成設(shè)計(jì)部分的工作，下午只有部分學(xué)生實(shí)施加工。需要充分考慮學(xué)生能力，分難度分層次布置任務(wù)。對(duì)于無法完成任務(wù)的學(xué)生，需要教師進(jìn)一步指導(dǎo)。

3.部分學(xué)生由于前期基礎(chǔ)差，較少動(dòng)手。需要采取有效恰當(dāng)?shù)募?lì)措施，推動(dòng)他們參與實(shí)訓(xùn)。

在以后的綜合實(shí)踐課程中，將在以上幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，爭(zhēng)取更好地提高學(xué)生專業(yè)綜合能力，為他們走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。