基于真實生產過程的學習情境設計探索
——以《斗牛機器人的制作》學習情境設計為例

莊 偉

（廣州技師學院 廣東 廣州 510410）

基于真實生產過程的學習情境設計探索
——以《斗牛機器人的制作》學習情境設計為例

莊 偉

（廣州技師學院 廣東 廣州 510410）

模具與數控專業應堅持真實生產過程導向—工作過程系統化課程開發的指導理念，設計模具與數控專業的學習情境（教學課題）。文章闡述了《斗牛機器人的制作》學習情境（教學課題）的設計思路、實踐過程及實踐效果。

真實生產過程；學習情境；工作過程系統化課程；斗牛機器人的制作

在長期的模具與數控專業一線教學實踐中，我們發現，本專業學生存在設計創新能力弱，除模具生產技術外，其他相關技術知之甚少的問題，在目前巨大的就業壓力下，若不求變，他們的就業前景很難樂觀。復合型人才是所有企業都急需的，提高學生自身的綜合素質、技術水平以及技術的綜合性和創新能力，是模具與數控專業畢業生優質就業的可靠保證。為了適應這一形勢，改革舊的教學模式，探索、開發與新教學模式相適應的教學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習，并提出開發真實生產過程導向—工作過程系統化課程，設計一系列基于真實生產過程的學習情境，讓學生在真實的企業生產過程中去學習，掌握相關的核心技術與核心能力。本文以學習情境《斗牛機器人的制作》在模具與數控專業高級班學生（07預備技師班）中的實踐為例加以闡述。

學習情境設計的思路

（一）真實生產過程導向—工作過程系統化課程的開發步驟

所謂工作過程是為完成一件工作任務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、時刻處于運動狀態之中但結構相對固定的系統。生產過程導向—工作過程系統化課程的開發步驟是：（1）工作任務分析。根據專業對應工作崗位及崗位群實施典型工作任務分析。（2）行動領域歸納。整合典型工作任務形成行動領域序列。（3）學習領域轉換。根據認知及職業成長規律遞進重構行動領域，并將行動領域轉換為學習領域，即課程。（4）學習情境設計。根據完整思維及職業特征分解學習領域為主題學習單元，即學習情境。

（二）《斗牛機器人的制作》學習情境設計的思路

以生產過程導向—工作過程系統化課程開發方法為指導，本學習情境以廣州市創新設計大賽為“客戶”，根據“客戶要求”（大賽要求）設計生產符合要求的“產品”（參賽作品），學生以此為真實生產任務，進行設計、加工、包裝、功能調試等工作。在此過程中，指導教師進行方法性的引導與階段性評價。最終通過大賽評委的鑒定評價完成作品（產品）的品質評價，從而借該學習情境的實踐過程調動學生的學習熱情，變學生被動學習為主動學習，變教師給定知識為學生有目的地自主選擇知識，變書本中的“死知識”為實際生產中的“活知識”，達到提高學生綜合職業能力和專業技術、技能的目的，同時通過涉獵與模具生產相關的專業知識，有效提高學生知識的綜合性。

《斗牛機器人的制作》學習情境的特點

通過一線教學觀察發現，模具與數控專業的學生進入畢業設計階段或下廠實習階段后，經常表現出創新設計能力弱的特點。我們對此展開了探討，發現一直以來本專業學生的實訓課題都是由教師主動給出的，學生根據教師所給的零件圖紙進行生產加工訓練。其結果往往是，學生的機床操作和加工技巧得到了良好訓練，加工水平有明顯提高，但對機床電氣知識和產品生產過程少有涉及和了解。當前，僅僅擁有良好的加工技巧已經不能完全滿足競爭日益激烈的人才市場的需要，所以職業學校有必要拓寬該專業學生知識與技能的學習領域，甚至應讓學生跨專業學習專業技術，從而培養出掌握多方面技術的高技能人才，保證該專業畢業生優質就業。

此次，我們將2010年廣州市屬技工院校首屆師生創新設計大賽作為一次“真實生產任務”，設計一個涉及多技術、多生產環節、多核心能力的綜合教學學習情境，讓學生在“真實的生產任務”實踐中去學習與鍛煉。該學習情境具有以下幾個創新點：

（一）教學理念應用創新——工學結合的具體實踐

作為教育者，對缺乏經驗和創新能力的學生，我們該怎樣開展教育呢？在學習工學結合的職業教育理念后，我們認為，讓學生在基于真實工作過程的學習情境中去錘煉，認識真實、完整的生產全過程，是學生積累經驗、培養創新能力的有效途徑。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并獲得工作成果的一系列活動，這些活動對學生而言，就是他們必須學會和掌握的核心技能。采用基于真實工作過程的學習情境作為教學課題來培養和訓練學生，對學生學習興趣的激發、職業能力的培養和專業技術技能的提高有著事半功倍的效果。

（二）教學課題創新——先進加工、生產、控制技術的集成

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

《斗牛機器人的制作》學習情境作為教學課題，其創新具體表現為：（1）先進的產品外形模具設計軟件：采用UG、PowerMill兩款高性能模具設計與加工設計軟件，提供產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）先進的加工設備：選用進口MIKRON五軸數控加工中心進行產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，減少產生誤差的機會，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制作，減少加工環節，提高加工精度。（3）先進的控制技術：斗牛機器人控制部分是一個集光、機、電為一體的工作任務，其采用以AVR單片機為控制核心的控制器，通過一定的技術開發后，開發出一種簡便的控制語言與編程模式，使其控制開發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，使非電類專業學生可以輕松上手。

（三）教學方法創新——先進教學方法的集成

在整個《斗牛機器人的制作》學習情境中，堅持生本主義原則，進行了項目教學法、行為引導法、頭腦風暴法、思維導圖法等教學方法的實踐。

《斗牛機器人的制作》學習情境的實施計劃與組織分工

（一）學習情境的指導原則與實施計劃

指導原則由教師主導（思路），學生自行設計、加工、安裝、調試具有一定功能、節能、環保、有創新特色的產品。

實施計劃（1）學生以大賽主題為“客戶需求”，進行產品設計創作。（2）學生根據提出的創作設想搜集信息。（3）學生進行外形、零件、功能方面的設計。（4）指導教師給予加工、調試方面的方法性指導。（5）學生進行組裝、調試工作。（6）學生進行后期的技術文件整理，教師負責審閱。

（二）項目人員與分工

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

表1 參與項目的學生姓名及分工表

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

（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、直流電機與電池構成的控制系統開始，初步定義控制系統整體尺寸后，進行后續各部件的針對設計并驗證尺寸且裝配成功。裝配后的產品要求結構完整，功能達到設計要求，滿足設計需要。

產品造型本產品各部件按照“牛”的身體線條造型及控制系統與執行系統的尺寸進行設計，并驗證后成型，各部件設計應合理可行。

加工過程（1）啟動Aurora軟件，連接“快速成型機”并初始化系統，導入牛身圖。將牛身置于機床工作臺中心位置，利用X、Y軸的旋轉來轉動牛身，使其位于一個有利于加工的角度。此角度的選擇應盡可能達到：節省加工時間、節省支撐材料、同時工件也不易于變形。（2）進入調試操作階段。打開機床溫控，設置牛身參數。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，所以牛身的參數設置必須精細，但這也將會大大延長加工時間。（3）參數設置完畢后，按恢復就緒狀態，開始打印模型；噴頭設置為雙噴頭打印，輸入工作臺高度，開始打印。

表2 項目實施步驟表

產品后處理（1）邊角表面處理。產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品自身設計所需的目的。本設計產品需噴染黃色涂料并烘干，用以修飾并達到設計所追求的視覺效果。

（五）學生階段性成果

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

圖1 斗牛模型圖

圖2 斗牛機器人圖紙

結語

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

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

[2]趙志群.對工學結合課程的認識（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.職業教育工學結合一體化課程開發指南[M].北京：清華大學出版社，2009，（5）.

[5]姜大源.關于工作過程系統化課程結構的理論基礎[J].職教通訊，2006，（1）：7-9．

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

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

[8]唐強奎.任務驅動法、行為引導法、項目課程開發與活動課程開發的關系研究[J].機械職業教育，2008，（11）：50-52.

（本文責任編輯：謝良才）

圖3 斗牛機器人產品圖

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

book=155,ebook=6

G712

A

1672-5727（2012）02-0155-03

莊偉（1981—），男，江蘇南京人，碩士，廣州技師學院講師，研究方向為控制工程及自動化專業技術一體化課程開發與實踐。