胡雙喜

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

一、引言

高職“專業(yè)綜合實訓(xùn)”是機械設(shè)計與制造專業(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)化進行綜合匯總，將各個核心技能和知識模塊進行有機整合并加強，從而達到鞏固加深學(xué)生各項專業(yè)核心技能和全面提高綜合實踐應(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)。

機械設(shè)計與制造專業(yè)“專業(yè)綜合實訓(xùn)”是一門重要的綜合技能實訓(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，實施效果也差強人意，無法起到對學(xué)生的綜合能力和專業(yè)核心技能的加強作用，無法達到課程教學(xué)的總體目標(biāo)。如何改革“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程，提高教學(xué)效果，是值得深入思考的問題。

為促進高技能型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，湖北省高職院校開展了多項省級技能競賽項目，選拔人才參加國家級技能競賽。各高職院校為了取得好的成績，一般做法是從班級里選拔最優(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]。近兩年湖北省對技能競賽做了改革，增加了抽測組的競賽項目，即在比賽前一周內(nèi)從全專業(yè)學(xué)生中臨時抽簽選取一組參加比賽，針對抽測組臨時抱佛腳進行訓(xùn)練就來不及了。為了應(yīng)對比賽，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)計與制造”是湖北省2019年新增的職業(yè)院校大賽賽項，比賽內(nèi)容涉及熱門的逆向工程技術(shù)，并且集合設(shè)計與制造為一體，符合企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計制造實際工作流程，具備一定的創(chuàng)新性、先進性和綜合性。

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)計與制造”賽項，對“專業(yè)綜合實訓(xùn)”進行課程改革，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，達到“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、融合大賽的“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程改革設(shè)計

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

(一)課程能力要求

從分析賽項核心能力來看(見圖1)，該賽項注重鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)采集能力、正逆向建模能力和創(chuàng)新設(shè)計能力、計算機輔助編程和數(shù)控銑床加工能力。這些核心能力的培養(yǎng)來源于對應(yīng)的四門核心課程“三維檢測與逆向工程”[4]“計算機輔助設(shè)計”“計算機輔助制造”“數(shù)控加工與編程”?！皩I(yè)綜合實訓(xùn)”課程的順利實施，需要專業(yè)學(xué)生在前期學(xué)過這四門課程。而機械設(shè)計與制造專業(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)綜合實訓(xùn)的實施打下了良好的基礎(chǔ)。在綜合實訓(xùn)階段，依照大賽內(nèi)容，綜合實訓(xùn)以項目為載體，將四種核心能力串聯(lián)起來，既對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)大賽對學(xué)生的能力要求，“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程總規(guī)劃分為三大模塊，設(shè)置總課時為四周。根據(jù)內(nèi)容關(guān)聯(lián)度原則，將計算機輔助正向設(shè)計和逆向工程融合成一個模塊——三維檢測與創(chuàng)新設(shè)計模塊，設(shè)置一周時間加以鞏固提高；計算機輔助編程和數(shù)控銑床操作融合成另外一個模塊——數(shù)控加工模塊，設(shè)置兩周時間，安排了計算機輔助編程、機床操作熟練度訓(xùn)練等項目，對核心能力鞏固提高；最后一個模塊則是仿比賽流程的訓(xùn)練，將前期兩項內(nèi)容設(shè)計和加工模塊綜合到一起，按照比賽內(nèi)容進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)計制作”“基于貓眼的逆向設(shè)計與創(chuàng)新制作”等多個綜合項目分別就是2016年和2017年的國賽賽題和樣題。

圖1 “綜合實訓(xùn)”課程體系結(jié)構(gòu)圖

三、融合大賽的“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程教學(xué)實施

“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程改革實施按照課程設(shè)計規(guī)劃來進行，共分為三個大的教學(xué)模塊。以大賽項目為實訓(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，主要針對產(chǎn)品設(shè)計的逆向檢測與掃描、模型逆向重建、正向創(chuàng)新設(shè)計、并對零件進行編程和操作數(shù)控機床加工等工作流程進行訓(xùn)練，融合設(shè)計與制造一體，實施項目化教學(xué)。

(一)第一個模塊：分組教學(xué)

該階段目的為鞏固加強三維掃描數(shù)據(jù)采集和逆向建模能力，在理論實踐一體化教室開展，任課教師一名。教學(xué)項目為選取該賽項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)計工作。學(xué)生遇到困難時，教師給予一定的指導(dǎo)，并在每個子項目完成后，教師對普遍性的問題和難點進行講解，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)計中，學(xué)生會設(shè)計出相似的結(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)計出符合題意又更有創(chuàng)意的結(jié)果。

(二)第二個模塊：數(shù)控加工實訓(xùn)

為期兩周時間的輔助制造編程和數(shù)控銑床加工實訓(xùn)，主要目的是進一步提高學(xué)生輔助編程水平和機床操作熟練度。

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)練加工的機床。按照大賽的要求，學(xué)生需要掌握虎鉗的校核、機床界面的熟悉、刀具的選擇和對刀操作、零件的各個特征的編程與加工,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，針對難點、重點統(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。一名教師進行CAM編程教學(xué)和程序檢查調(diào)試，1～2名教師進行數(shù)控加床操作教學(xué)，并指導(dǎo)學(xué)生進行操作機床完成零件項目的加工。

學(xué)生分成兩部分，一部分學(xué)生由一名教師帶去熟悉機床界面和基本操作，一部分學(xué)生留下來完成項目編程，然后兩部分學(xué)生對調(diào)。編程完工的學(xué)生經(jīng)過教師檢驗無誤后，可以先轉(zhuǎn)移到機床加工區(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)在計算機輔助制造教室完成程序編程和調(diào)試。

在這一階段，為了保證上機床進行加工的程序正確，減少刀具和機床損壞的風(fēng)險，對于每個項目的加工程序，必須經(jīng)由教師一對一指導(dǎo)調(diào)試過關(guān)后才允許上機床加工，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，和教師一起進行程序調(diào)試、修改程序，這樣可以達到鍛煉學(xué)生的目的。這一階段可結(jié)合實訓(xùn)中心現(xiàn)有的機床設(shè)備數(shù)量來進行，如果機床數(shù)量較多，兩人一臺，配備至少兩名現(xiàn)場操作教師，可以加快教學(xué)進度。

(三)第三個模塊：比賽流程訓(xùn)練

該模塊的目的是讓學(xué)生完整獨立完成整個項目流程。按照比賽規(guī)程，分兩人組進行競賽，且分兩個場地進行，一個是設(shè)計場地，另一個為加工場地。設(shè)置兩名指導(dǎo)教師，布置項目任務(wù)后，比賽也分為兩場進行，兩場時間盡量參照比賽要求。上場在設(shè)計場地完成設(shè)計和編程，下場轉(zhuǎn)移到數(shù)控場地完成加工。

本階段要求學(xué)生獨立完成，因此賽題內(nèi)容比各專項訓(xùn)練設(shè)置稍簡單。上午先做完設(shè)計模塊和編程模塊的學(xué)生，下午先進行加工。每組學(xué)生按照比賽的要求，提交掃描數(shù)據(jù)、逆向設(shè)計和正向創(chuàng)新設(shè)計結(jié)果和創(chuàng)新設(shè)計報告、編程程序和加工結(jié)果以及加工工藝報告。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際比賽時間完成，因此對部分組延長了時間，要求學(xué)生都能完整地做完競賽流程，以耗時長度和提交內(nèi)容、加工結(jié)果作為評分依據(jù)。

該階段完成后，最后教師對每組結(jié)果進行現(xiàn)場講解點評，讓學(xué)生了解自己的不足。

四、融合大賽的課程評價與效果

(一)課程評價

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

(二)教學(xué)效果

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

在隨后開展的“工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造”省賽中，湖北科技職業(yè)學(xué)院推薦組獲得了三等獎，抽測組獲得二等獎的好成績。這也是對教學(xué)效果的一個正面驗證。

五、結(jié)語

融合技能大賽對機械設(shè)計與制造專業(yè)“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程的改革，將逆向檢測與掃描、逆向重建、正向創(chuàng)新設(shè)計、零件輔助編程和操作數(shù)控機床加工等工作任務(wù)進行項目化實訓(xùn)教學(xué)，各項分散的技能得到整合和加強，有利于提高學(xué)生的專業(yè)綜合應(yīng)用能力，達到了“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程應(yīng)有的教學(xué)目標(biāo)，擴大了學(xué)生技能培訓(xùn)的受益面。而實現(xiàn)融合技能大賽的教學(xué)實施，需要認(rèn)真研究賽項內(nèi)容，篩選和轉(zhuǎn)化大賽項目為實訓(xùn)內(nèi)容，以該比賽過程為教學(xué)流程，精心設(shè)計教學(xué)過程和評價措施。

圍繞省賽展開課程改革，雖然取得一定效果，在實施中也發(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，實施中不得不多人一組進行加工，實施下來，有部分學(xué)生沒有摸熟機床。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)控機床，真正達到兩人一組進行獨立編程和機床操作，切實提高教學(xué)效果。

2.第四周實施中，由于仿照比賽流程進行，部分學(xué)生能力欠缺，導(dǎo)致上午無法完成設(shè)計部分的工作，下午只有部分學(xué)生實施加工。需要充分考慮學(xué)生能力，分難度分層次布置任務(wù)。對于無法完成任務(wù)的學(xué)生，需要教師進一步指導(dǎo)。

3.部分學(xué)生由于前期基礎(chǔ)差，較少動手。需要采取有效恰當(dāng)?shù)募畲胧?，推動他們參與實訓(xùn)。

在以后的綜合實踐課程中，將在以上幾個方面進行優(yōu)化，爭取更好地提高學(xué)生專業(yè)綜合能力，為他們走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。