工業(yè)設(shè)計技術(shù)賽項對高職院校機械類相關(guān)課程的促進作用

(遼寧建筑職業(yè)學院,遼寧 遼陽 111000)

0 引言

在我國,面向職業(yè)院校學生所開展的職業(yè)技能大賽,主要是指某項專業(yè)技術(shù)為目標導(dǎo)向,組織行業(yè)內(nèi)的工作人員與對應(yīng)專業(yè)的學生分組進行比賽,獲勝者可獲得相應(yīng)的獎勵,并以此來了解職業(yè)院校學生的學習情況,為今后的學生培養(yǎng)指定方向,同時也為企業(yè)選拔人才提供參考依據(jù)[1]。

在眾多技能大賽中,全國職業(yè)院校技能大賽(后簡稱大賽)是其中最為重要的比賽之一,大賽是由教育部發(fā)起并牽頭,聯(lián)合國務(wù)院有關(guān)部門及有關(guān)行業(yè)、團體和地方共同舉辦的一項公益性且面向全國職業(yè)院校學生的綜合技能競賽活動[2]。大賽主要分中職組和高職組。以2021年為例(因疫情影響,2022年部分競賽環(huán)節(jié)進行了簡化和取消),高職組共有62個賽項,涵蓋了高職院校眾多專業(yè)和學科。近年來,專業(yè)技能競賽的賽題也越發(fā)貼合工程實踐,更加注重實踐技能的培養(yǎng)[3]。本文以大賽高職組中的“工業(yè)設(shè)計技術(shù)”賽項為例,來說明其對高職院校機械類相關(guān)課程的教學促進作用。

1 “工業(yè)設(shè)計技術(shù)”賽項簡介

1.1 競賽內(nèi)容

“工業(yè)設(shè)計技術(shù)”是機械大類中的重要賽項,主要考核的是參賽選手利用三維掃描設(shè)備對給定產(chǎn)品進行掃描,獲得該產(chǎn)品外形的“實樣”點云后,再進行三維逆向建模和產(chǎn)品創(chuàng)新再設(shè)計,并生成產(chǎn)品裝配圖及零件圖,采用CNC 機床和3D打印設(shè)備將“創(chuàng)新產(chǎn)品”零部件部分加工出來,最后進行“創(chuàng)新產(chǎn)品”裝配驗證,最終實現(xiàn)從“實樣”到“創(chuàng)新產(chǎn)品”的設(shè)計研發(fā)和制造過程。

1.2 競賽流程

“工業(yè)設(shè)計技術(shù)”賽項主要分為三個階段完成,第一階段即數(shù)字化設(shè)計、數(shù)據(jù)采集和逆向建模與創(chuàng)新設(shè)計;第二階段為CNC編程與加工;第三階段3D打印與裝配、主要完成3D打印與裝配驗證二個競賽任務(wù)。在競賽過程,也同時考核文明生產(chǎn)、職業(yè)素養(yǎng)、規(guī)范操作、綠色環(huán)保、循環(huán)利用等多方面的職業(yè)素養(yǎng)。競賽內(nèi)容、分值和競賽時間見表1。

由表1可以清晰的看到,本賽項從點云數(shù)據(jù)采集、點云數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)(逆向建模)、對產(chǎn)品某一部分創(chuàng)新設(shè)計、數(shù)控加工仿真程序編制與現(xiàn)場加工、3D打印模型制作和裝配的干涉檢驗等眾多方面來考核參賽學生的專業(yè)知識水平和技能操作水平。在比賽過程中,也可以對學生的整個專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)習慣有一個良好的考核與檢驗。同時,通過學生在參賽過程的綜合表現(xiàn),也能側(cè)面反映出學生對所學課程中知識點的消化、吸收和理解情況,也是對相關(guān)課程教學情況的一次有效檢驗。

2 賽項對課程教學的影響

2.1 與本賽項相關(guān)的機械類專業(yè)課程

整體的賽項任務(wù)完成的過程,是對機械類參賽選手綜合能力的一次考核與檢驗,并與今后學生的就業(yè)方向和工作內(nèi)容十分相近。同時,也是對高職院校機械類專業(yè)開設(shè)課程有著指導(dǎo)性作用。

目前,遼寧建筑職業(yè)學院與本賽項競賽內(nèi)容相貼合的專業(yè)課程設(shè)置主要有3門課程。

1)逆向工程技術(shù)課程。該課程的教學內(nèi)容為對產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)掃描及模型重構(gòu),能夠完成的是競賽內(nèi)容的前兩個部分任務(wù),即三維數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和模型重構(gòu)環(huán)節(jié)。在教學過程中,使學生具備對典型特征且結(jié)構(gòu)鮮明的自由曲面產(chǎn)品或零部件產(chǎn)品進行三維數(shù)據(jù)掃描和數(shù)字化建模的能力,同時這檢驗了學生對前期機械制圖和機械設(shè)計基礎(chǔ)等課程的基礎(chǔ)知識掌握是否扎實。圖1為學生在課堂上分組對雙翼飛機玩具進行三維數(shù)據(jù)掃描的操作練習。

圖1 學生在對雙翼飛機玩具進行三維掃描練習

模型重構(gòu)環(huán)節(jié)即逆向建模設(shè)計,要求學生學會使用逆向建模軟件,對生成的點云數(shù)據(jù)文件進行合理的數(shù)據(jù)處理,達到高精度的模型重建及實物模型還原。對學生的建模能力和工作態(tài)度都是一個良好的鍛煉。圖2為學生完成對雙翼飛機玩具的模型重構(gòu)。

圖2 雙翼飛機玩具的模型重構(gòu)

2)三維建模與自動編程和金工實習課程。該課程教學內(nèi)容為對產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計及CNC編程與加工,能夠完成的是競賽內(nèi)容的中間兩部分任務(wù),即對產(chǎn)品的某一部分結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計和數(shù)控仿真編程。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新任務(wù)環(huán)節(jié)要求學生能夠結(jié)合機械制圖和機械設(shè)計等課程的相關(guān)知識,按賽項任務(wù)書要求進行結(jié)構(gòu)和功能的合理創(chuàng)新設(shè)計,同時兼顧美觀性、可行性和經(jīng)濟性,并生成零件圖和裝配圖,最后以編寫創(chuàng)新設(shè)計方案說明書來對任務(wù)進行闡述和表達。這樣很好地考核了參賽學生的空間想象能力和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能力及專業(yè)的交流表達能力。

圖3為學生的課后練習作業(yè),對壁掛式電話底座的創(chuàng)新設(shè)計。在電話筒與底座凹槽之間設(shè)計了一個卡扣,使電話筒掛在墻壁上時不易掉落;同時卡扣設(shè)計為裝配在底座上,獨立零件,使其結(jié)構(gòu)和配色有較大的變化空間,靈活且適應(yīng)性強。這部分主要考核學生的機械制圖和機械制造基礎(chǔ)等課程知識點的掌握情況,并按照要求對產(chǎn)品或零件的結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化、改造和創(chuàng)新。

圖3 壁掛式電話底座的創(chuàng)新設(shè)計

CNC編程與加工任務(wù)環(huán)節(jié),主要培養(yǎng)學生能夠使用CAD/CAM軟件對產(chǎn)品或零件進行合理的數(shù)控加工仿真編程,檢驗無誤后將所編程序?qū)霐?shù)控機床進行加工。同時,學生根據(jù)所用的機床、刀具和毛坯等加工條件,分析指定零件的加工工藝,確定其加工工藝過程,編制加工工藝工序卡、對工件的定位裝夾、刀具的選取與裝夾、對刀和刀具更換等操作技能都是考核學生實際操作能力的重要環(huán)節(jié)。并通過零件加工后的表面質(zhì)量及加工精度來判斷其編排設(shè)計的加工方案是否合理。以上任務(wù)環(huán)節(jié)主要考核高職院校學生的數(shù)控加工工藝編制和CNC編程與加工的能力及技巧。圖4為學生在金工實習課堂練習上完成的金屬零件加工成品。

圖4 學生完成的金屬件成品

以上競賽環(huán)節(jié)是本賽項的重要內(nèi)容,也是與高職院校所開設(shè)的課程有著緊密的聯(lián)系,是學生需要重點學習和掌握的內(nèi)容。至于“3D打印與裝配”任務(wù)環(huán)節(jié),則會以選修或開設(shè)課后興趣小組的方式,讓感興趣的同學積極參加進來。這樣安排可以使課程體系重點更加突出,學生在學習的過程中能夠更好的來安排學習的重點和難點。

通過以上分析可以看出本賽項涵蓋了機械類眾多的相關(guān)課程,并通過一次比賽將多門課程有機結(jié)合起來,從而讓學生對整個專業(yè)的課程體系有更好理解,懂得學好各個課程的最終目的是能夠有效完成生產(chǎn)加工任務(wù)。

2.2 該賽項對機械類專業(yè)課程教學的促進作用

機械類學科是理論聯(lián)系實際極強的學科,所有相關(guān)知識的學習到最后都是為實際的生產(chǎn)加工制造所服務(wù),所以機械類很多相關(guān)課程都有著極強的操作性和實踐性。

由于高職院校對機械類專業(yè)學生培養(yǎng)的側(cè)重點為實際操作和動手能力,所以在教學過程中實施“理實一體化”教學則顯得尤為重要[4-6]。但是由于各個高職院校的教學任務(wù)、教學環(huán)節(jié)側(cè)重點和教學資源及設(shè)備不同,對“理實一體化”教學的具體實施情況和實踐程度也不盡相同,難免存在教學差異。但隨著本賽項的設(shè)立,以上問題順利解決。同時技能大賽反映的是行業(yè)企業(yè)的最新動態(tài),透視的是職業(yè)院校教學質(zhì)量[7],更適合做為檢驗各院校的教學效果的衡量標準。本賽項設(shè)立的初衷,就是要全面考核高職院校學生機械類專業(yè)課程的工程實踐能力和創(chuàng)新能力的掌握情況。各參賽院校通過參加本賽項,可以將本賽項的任務(wù)和要求作為衡量自身院校教學質(zhì)量的標準,使得各院校人才培養(yǎng)方案的整體目標相對統(tǒng)一,使得院校間機械類專業(yè)存在的教學差異降到最低,對今后各院校課程培養(yǎng)方案的制定起到了較明確的指導(dǎo)性作用。

同時,通過技能大賽,也可使各參賽選手充分展示出各具特色的參賽技能,并能夠給觀摩者創(chuàng)造很好的學習機會,使來自不同地區(qū)、不同院校的參賽選手之間可以互相交流和學習[8]。

指導(dǎo)教師則通過參賽學生臨場表現(xiàn)和比賽結(jié)果,可以更好地了解本校學生目前知識能力水平的掌握情況,今后則會更加清晰地完成對教學目的、課程安排和教學內(nèi)容設(shè)置等環(huán)節(jié)的制定,對今后教學安排與調(diào)整具有很好的指導(dǎo)性作用。指導(dǎo)教師的能力水平對競賽成績的影響是至關(guān)重要的[9],同時參賽本身也是對指導(dǎo)教師能力水平及教學方式方法的一次側(cè)面檢驗,從而提升今后教學的實用性與針對性,達到“以賽促教、以教練賽”的良性互動,并實現(xiàn)教師與學生的專業(yè)技術(shù)水平共同提升的良好效果[10],也以此督促指導(dǎo)教師不斷學習、進步和提升。

而且,指導(dǎo)教師在通過組織學生參賽的過程中,可以有效提升自身的組織能力、工作能力和溝通水平。參賽之余,指導(dǎo)教師在了解本專業(yè)前沿技術(shù)的同時,還可以與行業(yè)內(nèi)的專家與業(yè)務(wù)骨干進行學術(shù)交流,從而提升自身專業(yè)知識和技能。

隨著技能競賽的開展,賽教融合是教學改革的必由之路[11],也是機械類專業(yè)課程今后的主要教學方向。更需要指導(dǎo)教師將選手參加競賽時所積累和反饋的經(jīng)驗有機融入今后的日常教學,讓學生能夠更系統(tǒng)地學習和掌握相關(guān)知識和操作。

同時,本賽項的舉辦,也是對承辦院校競賽實訓基地建設(shè)的一次良好檢驗。競賽實訓基地除了承辦比賽之外,還承擔機械類相關(guān)課程的日常教學工作及實訓任務(wù)。較高水平的競賽實訓基地及相關(guān)比賽設(shè)備既是提升參賽選手綜合競爭實力的關(guān)鍵因素,也是日常教學中,學生了解行業(yè)前沿技術(shù)、設(shè)備的更新迭代和相關(guān)設(shè)備的操作技能的有效途徑,是不可或缺的重要教學組成部分[12]。而通過承辦比賽,對競賽實訓基地的發(fā)展與建設(shè)也有著重要的促進作用,可以使其更加規(guī)范與合理。

3 結(jié)論

通過以上的分析和論述,可以看到工業(yè)設(shè)計技術(shù)賽項設(shè)置的環(huán)節(jié)和任務(wù)內(nèi)容,可以作為各高職院校機械課程的教學目標和課程設(shè)置的標桿和參考依據(jù),對高職院校機械類相關(guān)課程的設(shè)置提供良好的示范作用和明確的指導(dǎo)作用。使各院校的人才培養(yǎng)方案整體目標加以統(tǒng)一,使得院校間機械類專業(yè)存在的教學差異降到最低。賽項提供較為先進的技術(shù)和設(shè)備讓學生進行操作和鍛煉,將課堂教學和生產(chǎn)加工有機結(jié)合起來,使學生對相關(guān)課程知識點的學習理解得更深入,很好地解決了高職院校理論教學與實際生產(chǎn)結(jié)合較弱的問題,也使教師在課程講解和授課過程中某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的教學目的更加明確,從而對機械類專業(yè)相關(guān)課程的整體教學目標、人才培養(yǎng)方案的制定和競賽實訓基地建設(shè)等都有著良好的推動和促進作用。