莊 偉

（廣州技師學(xué)院 廣東 廣州 510410）

基于真實生產(chǎn)過程的學(xué)習(xí)情境設(shè)計探索
——以《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境設(shè)計為例

莊 偉

（廣州技師學(xué)院 廣東 廣州 510410）

模具與數(shù)控專業(yè)應(yīng)堅持真實生產(chǎn)過程導(dǎo)向—工作過程系統(tǒng)化課程開發(fā)的指導(dǎo)理念，設(shè)計模具與數(shù)控專業(yè)的學(xué)習(xí)情境（教學(xué)課題）。文章闡述了《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境（教學(xué)課題）的設(shè)計思路、實踐過程及實踐效果。

真實生產(chǎn)過程；學(xué)習(xí)情境；工作過程系統(tǒng)化課程；斗牛機器人的制作

在長期的模具與數(shù)控專業(yè)一線教學(xué)實踐中，我們發(fā)現(xiàn)，本專業(yè)學(xué)生存在設(shè)計創(chuàng)新能力弱，除模具生產(chǎn)技術(shù)外，其他相關(guān)技術(shù)知之甚少的問題，在目前巨大的就業(yè)壓力下，若不求變，他們的就業(yè)前景很難樂觀。復(fù)合型人才是所有企業(yè)都急需的，提高學(xué)生自身的綜合素質(zhì)、技術(shù)水平以及技術(shù)的綜合性和創(chuàng)新能力，是模具與數(shù)控專業(yè)畢業(yè)生優(yōu)質(zhì)就業(yè)的可靠保證。為了適應(yīng)這一形勢，改革舊的教學(xué)模式，探索、開發(fā)與新教學(xué)模式相適應(yīng)的教學(xué)課題或案例迫在眉睫。由此，我們開展了對先進教研教改理念的學(xué)習(xí)，并提出開發(fā)真實生產(chǎn)過程導(dǎo)向—工作過程系統(tǒng)化課程，設(shè)計一系列基于真實生產(chǎn)過程的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生在真實的企業(yè)生產(chǎn)過程中去學(xué)習(xí)，掌握相關(guān)的核心技術(shù)與核心能力。本文以學(xué)習(xí)情境《斗牛機器人的制作》在模具與數(shù)控專業(yè)高級班學(xué)生（07預(yù)備技師班）中的實踐為例加以闡述。

學(xué)習(xí)情境設(shè)計的思路

（一）真實生產(chǎn)過程導(dǎo)向—工作過程系統(tǒng)化課程的開發(fā)步驟

所謂工作過程是為完成一件工作任務(wù)并獲得工作成果而進行的一個相對完整的工作程序，是一個綜合的、時刻處于運動狀態(tài)之中但結(jié)構(gòu)相對固定的系統(tǒng)。生產(chǎn)過程導(dǎo)向—工作過程系統(tǒng)化課程的開發(fā)步驟是：（1）工作任務(wù)分析。根據(jù)專業(yè)對應(yīng)工作崗位及崗位群實施典型工作任務(wù)分析。（2）行動領(lǐng)域歸納。整合典型工作任務(wù)形成行動領(lǐng)域序列。（3）學(xué)習(xí)領(lǐng)域轉(zhuǎn)換。根據(jù)認知及職業(yè)成長規(guī)律遞進重構(gòu)行動領(lǐng)域，并將行動領(lǐng)域轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)領(lǐng)域，即課程。（4）學(xué)習(xí)情境設(shè)計。根據(jù)完整思維及職業(yè)特征分解學(xué)習(xí)領(lǐng)域為主題學(xué)習(xí)單元，即學(xué)習(xí)情境。

（二）《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境設(shè)計的思路

以生產(chǎn)過程導(dǎo)向—工作過程系統(tǒng)化課程開發(fā)方法為指導(dǎo)，本學(xué)習(xí)情境以廣州市創(chuàng)新設(shè)計大賽為“客戶”，根據(jù)“客戶要求”（大賽要求）設(shè)計生產(chǎn)符合要求的“產(chǎn)品”（參賽作品），學(xué)生以此為真實生產(chǎn)任務(wù)，進行設(shè)計、加工、包裝、功能調(diào)試等工作。在此過程中，指導(dǎo)教師進行方法性的引導(dǎo)與階段性評價。最終通過大賽評委的鑒定評價完成作品（產(chǎn)品）的品質(zhì)評價，從而借該學(xué)習(xí)情境的實踐過程調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，變學(xué)生被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，變教師給定知識為學(xué)生有目的地自主選擇知識，變書本中的“死知識”為實際生產(chǎn)中的“活知識”，達到提高學(xué)生綜合職業(yè)能力和專業(yè)技術(shù)、技能的目的，同時通過涉獵與模具生產(chǎn)相關(guān)的專業(yè)知識，有效提高學(xué)生知識的綜合性。

《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境的特點

通過一線教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，模具與數(shù)控專業(yè)的學(xué)生進入畢業(yè)設(shè)計階段或下廠實習(xí)階段后，經(jīng)常表現(xiàn)出創(chuàng)新設(shè)計能力弱的特點。我們對此展開了探討，發(fā)現(xiàn)一直以來本專業(yè)學(xué)生的實訓(xùn)課題都是由教師主動給出的，學(xué)生根據(jù)教師所給的零件圖紙進行生產(chǎn)加工訓(xùn)練。其結(jié)果往往是，學(xué)生的機床操作和加工技巧得到了良好訓(xùn)練，加工水平有明顯提高，但對機床電氣知識和產(chǎn)品生產(chǎn)過程少有涉及和了解。當(dāng)前，僅僅擁有良好的加工技巧已經(jīng)不能完全滿足競爭日益激烈的人才市場的需要，所以職業(yè)學(xué)校有必要拓寬該專業(yè)學(xué)生知識與技能的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，甚至應(yīng)讓學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)，從而培養(yǎng)出掌握多方面技術(shù)的高技能人才，保證該專業(yè)畢業(yè)生優(yōu)質(zhì)就業(yè)。

此次，我們將2010年廣州市屬技工院校首屆師生創(chuàng)新設(shè)計大賽作為一次“真實生產(chǎn)任務(wù)”，設(shè)計一個涉及多技術(shù)、多生產(chǎn)環(huán)節(jié)、多核心能力的綜合教學(xué)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生在“真實的生產(chǎn)任務(wù)”實踐中去學(xué)習(xí)與鍛煉。該學(xué)習(xí)情境具有以下幾個創(chuàng)新點：

（一）教學(xué)理念應(yīng)用創(chuàng)新——工學(xué)結(jié)合的具體實踐

作為教育者，對缺乏經(jīng)驗和創(chuàng)新能力的學(xué)生，我們該怎樣開展教育呢？在學(xué)習(xí)工學(xué)結(jié)合的職業(yè)教育理念后，我們認為，讓學(xué)生在基于真實工作過程的學(xué)習(xí)情境中去錘煉，認識真實、完整的生產(chǎn)全過程，是學(xué)生積累經(jīng)驗、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效途徑。工作過程是工作人員在工作場所利用工作資源完成一項工作任務(wù)并獲得工作成果的一系列活動，這些活動對學(xué)生而言，就是他們必須學(xué)會和掌握的核心技能。采用基于真實工作過程的學(xué)習(xí)情境作為教學(xué)課題來培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生，對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、職業(yè)能力的培養(yǎng)和專業(yè)技術(shù)技能的提高有著事半功倍的效果。

（二）教學(xué)課題創(chuàng)新——先進加工、生產(chǎn)、控制技術(shù)的集成

“真實工作過程”的學(xué)習(xí)情境橫跨三個專業(yè)（模具設(shè)計與制造、數(shù)控加工、機電一體化），涉及四門先進技術(shù)（模具設(shè)計、先進數(shù)控加工技術(shù)、光機電一體化技術(shù)、計算機控制技術(shù)）。通過此學(xué)習(xí)情境，學(xué)生親歷了一個產(chǎn)品（斗牛機器人）創(chuàng)作設(shè)計、部件生產(chǎn)加工、電氣裝調(diào)、總裝驗證的全部過程，全面了解了一個產(chǎn)品的真實生產(chǎn)過程，掌握了模具設(shè)計、數(shù)控加工、機電一體化與計算機控制等方面的相關(guān)核心技術(shù)，培養(yǎng)了團隊合作能力。至此，該學(xué)習(xí)情境的綜合性和實踐性之強可見一斑。

《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境作為教學(xué)課題，其創(chuàng)新具體表現(xiàn)為：（1）先進的產(chǎn)品外形模具設(shè)計軟件：采用UG、PowerMill兩款高性能模具設(shè)計與加工設(shè)計軟件，提供產(chǎn)品外形模具加工的可行性與安全性驗證，同時保證加工的可靠性與加工精度。（2）先進的加工設(shè)備：選用進口MIKRON五軸數(shù)控加工中心進行產(chǎn)品外形模具與零件加工，五軸加工中心加工可以減少模具與零件加工中的裝夾次數(shù)，減少產(chǎn)生誤差的機會，同時高性能的機床也可以進一步保證加工精度。另外，斗牛機器人的外形采用快速成型技術(shù)制作，減少加工環(huán)節(jié)，提高加工精度。（3）先進的控制技術(shù)：斗牛機器人控制部分是一個集光、機、電為一體的工作任務(wù)，其采用以AVR單片機為控制核心的控制器，通過一定的技術(shù)開發(fā)后，開發(fā)出一種簡便的控制語言與編程模式，使其控制開發(fā)平臺不再是較為難懂的匯編語言或者C語言。這樣，在保證控制精度的前提下，簡化了編程的操作過程，降低了編程難度，使非電類專業(yè)學(xué)生可以輕松上手。

（三）教學(xué)方法創(chuàng)新——先進教學(xué)方法的集成

在整個《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境中，堅持生本主義原則，進行了項目教學(xué)法、行為引導(dǎo)法、頭腦風(fēng)暴法、思維導(dǎo)圖法等教學(xué)方法的實踐。

《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境的實施計劃與組織分工

（一）學(xué)習(xí)情境的指導(dǎo)原則與實施計劃

指導(dǎo)原則由教師主導(dǎo)（思路），學(xué)生自行設(shè)計、加工、安裝、調(diào)試具有一定功能、節(jié)能、環(huán)保、有創(chuàng)新特色的產(chǎn)品。

實施計劃（1）學(xué)生以大賽主題為“客戶需求”，進行產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)作。（2）學(xué)生根據(jù)提出的創(chuàng)作設(shè)想搜集信息。（3）學(xué)生進行外形、零件、功能方面的設(shè)計。（4）指導(dǎo)教師給予加工、調(diào)試方面的方法性指導(dǎo)。（5）學(xué)生進行組裝、調(diào)試工作。（6）學(xué)生進行后期的技術(shù)文件整理，教師負責(zé)審閱。

（二）項目人員與分工

參與學(xué)生及分工參與學(xué)生為07模具與數(shù)控預(yù)備技師班學(xué)生陳真漢、曹鑒龍和胡浩杰。三者的分工如表1所示。

表1 參與項目的學(xué)生姓名及分工表

指導(dǎo)教師及分工楊偉明負責(zé)模具設(shè)計與模具加工方面的指導(dǎo)；莊偉負責(zé)機器人電氣安裝與控制程序編制方面的指導(dǎo)。

（三）項目實施步驟（如表2所示）

（四）項目工藝流程

部件及整體設(shè)計斗牛機器人由核心控制器芯片組、光電傳感器、直流電機與電池構(gòu)成的控制系統(tǒng)開始，初步定義控制系統(tǒng)整體尺寸后，進行后續(xù)各部件的針對設(shè)計并驗證尺寸且裝配成功。裝配后的產(chǎn)品要求結(jié)構(gòu)完整，功能達到設(shè)計要求，滿足設(shè)計需要。

產(chǎn)品造型本產(chǎn)品各部件按照“?！钡纳眢w線條造型及控制系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)的尺寸進行設(shè)計，并驗證后成型，各部件設(shè)計應(yīng)合理可行。

加工過程（1）啟動Aurora軟件，連接“快速成型機”并初始化系統(tǒng)，導(dǎo)入牛身圖。將牛身置于機床工作臺中心位置，利用X、Y軸的旋轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)動牛身，使其位于一個有利于加工的角度。此角度的選擇應(yīng)盡可能達到：節(jié)省加工時間、節(jié)省支撐材料、同時工件也不易于變形。（2）進入調(diào)試操作階段。打開機床溫控，設(shè)置牛身參數(shù)。由于牛身尺寸較大，曲面多，而且厚度較薄，加工難度較大，容易變形，所以牛身的參數(shù)設(shè)置必須精細，但這也將會大大延長加工時間。（3）參數(shù)設(shè)置完畢后，按恢復(fù)就緒狀態(tài)，開始打印模型；噴頭設(shè)置為雙噴頭打印，輸入工作臺高度，開始打印。

表2 項目實施步驟表

產(chǎn)品后處理（1）邊角表面處理。產(chǎn)品由快速成型機進行加工生成造型。加工過程存在著需簡易處理的邊角或者表面缺陷，須用砂紙或其他工具進行邊角表面處理。（2）上色。加工成品需要上色來達到美觀和產(chǎn)品自身設(shè)計所需的目的。本設(shè)計產(chǎn)品需噴染黃色涂料并烘干，用以修飾并達到設(shè)計所追求的視覺效果。

（五）學(xué)生階段性成果

建立模型如圖1所示。繪制零件圖紙如圖2所示。實物產(chǎn)品如圖3所示。本斗牛機械人項目獲得“聯(lián)拓杯”廣州市屬技工院校首屆師生創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎。

圖1 斗牛模型圖

圖2 斗牛機器人圖紙

結(jié)語

《斗牛機器人的制作》學(xué)習(xí)情境借2010年廣州市屬技工院校首屆師生創(chuàng)新設(shè)計大賽為實踐機會，在模具與數(shù)控技師班的學(xué)生中進行具體實踐，檢驗該學(xué)習(xí)情境的設(shè)計是否符合一體化教學(xué)和實訓(xùn)的需求。實踐證明，該學(xué)習(xí)情境的設(shè)計達到了預(yù)期效果，學(xué)習(xí)情境中項目教學(xué)法和行為引導(dǎo)法等先進教學(xué)方法的綜合使用，很好地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動性，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、溝通能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，提高了他們對模具加工與裝配技術(shù)、計算機編程與調(diào)試技術(shù)的掌握水平。同時，學(xué)生還涉獵了傳感器技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和機電安裝調(diào)試技術(shù)，為我們培養(yǎng)具有跨專業(yè)、跨技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合型模具數(shù)控技術(shù)人才提供了借鑒。此次由學(xué)生設(shè)計的斗牛機器人在創(chuàng)新大賽上經(jīng)過眾多評委的評審，最終獲得了二等獎的好名次，此種學(xué)生培養(yǎng)方式也得到了大賽評委的一致好評。評委一致認為，這樣的培養(yǎng)方式讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生通過自己摸索、實踐確實可以提高各方面的綜合職業(yè)能力。我們應(yīng)該不斷進行實踐探索，開發(fā)出更多更好的學(xué)習(xí)情境，為職業(yè)教育的改革與發(fā)展做出貢獻。

[1]趙志群.對工學(xué)結(jié)合課程的認識（一）[J].職教論壇，2008，（1）.

[2]趙志群.對工學(xué)結(jié)合課程的認識（二）[J].職教論壇，2008，（2）.

[3]趙志群.對工作過程的認識[J].職教論壇，2008，（7）.

[4]趙志群.職業(yè)教育工學(xué)結(jié)合一體化課程開發(fā)指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009，（5）.

[5]姜大源.關(guān)于工作過程系統(tǒng)化課程結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)[J].職教通訊，2006，（1）：7-9．

[6]姜大源.職業(yè)教育：程序與過程辯[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2008，（10）：1，9．

[7]蔣慶斌，徐國慶.基于工作任務(wù)的職業(yè)教育項目課程研究[J].職業(yè)技術(shù)教育，2005，（22）．

[8]唐強奎.任務(wù)驅(qū)動法、行為引導(dǎo)法、項目課程開發(fā)與活動課程開發(fā)的關(guān)系研究[J].機械職業(yè)教育，2008，（11）：50-52.

（本文責(zé)任編輯：謝良才）

圖3 斗牛機器人產(chǎn)品圖

＊項目資助：天津市教委2011年外籍專家特色項目資助《中日產(chǎn)學(xué)合作培養(yǎng)職教人才的實踐研究》（項目編號：天津市教委201115號）

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G712

A

1672-5727（2012）02-0155-03

莊偉（1981—），男，江蘇南京人，碩士，廣州技師學(xué)院講師，研究方向為控制工程及自動化專業(yè)技術(shù)一體化課程開發(fā)與實踐。