融合技能大賽的高職“專業綜合實訓”課程改革與實踐

胡雙喜

(湖北科技職業學院 機電工程學院，湖北 武漢 430074)

一、引言

高職“專業綜合實訓”是機械設計與制造專業的必修課，一般設置在大三的第一學期。課程設置的目的是將學生前期所學的核心內容系統化進行綜合匯總，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生各項專業核心技能和全面提高綜合實踐應用能力的目標，是學生走上工作崗位的關鍵環節。

機械設計與制造專業“專業綜合實訓”是一門重要的綜合技能實訓課，以往的教學內容都是以開展數控技能操作為主，教學內容單一，專業內的其他核心內容無法得到整合鞏固，實施效果也差強人意，無法起到對學生的綜合能力和專業核心技能的加強作用，無法達到課程教學的總體目標。如何改革“專業綜合實訓”課程，提高教學效果，是值得深入思考的問題。

為促進高技能型、應用型人才的培養，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秀的學生，加以專門的集中培訓和訓練。這種以競賽為目的的培養方式，學生受益面很窄，只有參加比賽的幾人能夠獲得較為優質的培養，切實地提高專業技能水平，是偏離職業教育宗旨的[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，即在比賽前一周內從全專業學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練就來不及了。為了應對比賽，更重要的是為了提高教育的公平性和學生受益面，將比賽內容訓練融合到平常的教育教學環節中是最好的做法。

“工業產品數字化設計與制造”是湖北省2019年新增的職業院校大賽賽項，比賽內容涉及熱門的逆向工程技術，并且集合設計與制造為一體，符合企業產品設計制造實際工作流程，具備一定的創新性、先進性和綜合性。

在這種情況下，本文嘗試融合技能大賽[3]“工業產品數字化設計與制造”賽項，對“專業綜合實訓”進行課程改革，期望真正從整體上提高學生的專業核心技能、綜合技能、創新應用能力，既滿足參加大賽的訓練要求，又擴大學生的受益面，達到“專業綜合實訓”課程的培養目標。

二、融合大賽的“專業綜合實訓”課程改革設計

分析了“工業產品數字化設計與制造”賽項的專業核心能力要求，將專業綜合實訓課程依照該大賽內容改革，對課程教學內容和和方式進行了重新設計，對教學進行了總體安排。

(一)課程能力要求

從分析賽項核心能力來看(見圖1)，該賽項注重鍛煉學生的數據采集能力、正逆向建模能力和創新設計能力、計算機輔助編程和數控銑床加工能力。這些核心能力的培養來源于對應的四門核心課程“三維檢測與逆向工程”[4]“計算機輔助設計”“計算機輔助制造”“數控加工與編程”。“專業綜合實訓”課程的順利實施，需要專業學生在前期學過這四門課程。而機械設計與制造專業已經在大二開設過這四門課程，這為以技能大賽為載體的專業綜合實訓的實施打下了良好的基礎。在綜合實訓階段，依照大賽內容，綜合實訓以項目為載體，將四種核心能力串聯起來，既對各核心能力加以鞏固提高，又提高學生專業綜合能力。

(二)課程總體規劃

依據大賽對學生的能力要求，“專業綜合實訓”課程總規劃分為三大模塊，設置總課時為四周。根據內容關聯度原則，將計算機輔助正向設計和逆向工程融合成一個模塊——三維檢測與創新設計模塊，設置一周時間加以鞏固提高；計算機輔助編程和數控銑床操作融合成另外一個模塊——數控加工模塊，設置兩周時間，安排了計算機輔助編程、機床操作熟練度訓練等項目，對核心能力鞏固提高；最后一個模塊則是仿比賽流程的訓練，將前期兩項內容設計和加工模塊綜合到一起，按照比賽內容進行多套比賽樣題的演練，設置在第四周。課程內容總體安排如表1所示。

無論是哪一個模塊的訓練，課程教學內容都主要來源于國賽和省賽賽題以及企業項目。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新設計制作”“基于貓眼的逆向設計與創新制作”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”課程體系結構圖

三、融合大賽的“專業綜合實訓”課程教學實施

“專業綜合實訓”課程改革實施按照課程設計規劃來進行，共分為三個大的教學模塊。以大賽項目為實訓內容，以大賽所需要的硬件和軟件為教學條件，以大賽比賽過程為教學流程，主要針對產品設計的逆向檢測與掃描、模型逆向重建、正向創新設計、并對零件進行編程和操作數控機床加工等工作流程進行訓練，融合設計與制造一體，實施項目化教學。

(一)第一個模塊：分組教學

該階段目的為鞏固加強三維掃描數據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，由學生完成掃描儀設備的標定、采集數據，然后使用大賽指定的Wrap處理數據軟件、逆向建模軟件DesignX、正向創新軟件完成該階段的設計工作。學生遇到困難時，教師給予一定的指導，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，最后由學生再加以修改完善，教學流程見圖2。

表1 課程安排表

圖2 第一階段教學流程

在創新設計中，學生會設計出相似的結果，指導教師需要讓學生去查詢網絡資料，啟發學生發散思維，設計出符合題意又更有創意的結果。

(二)第二個模塊：數控加工實訓

為期兩周時間的輔助制造編程和數控銑床加工實訓，主要目的是進一步提高學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，數控編程的軟件選取了學生已經學過的編程軟件UG10.0，并選擇大賽要求的凱恩帝加工中心為訓練加工的機床。按照大賽的要求，學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、參數等幾個方面，將大賽中分解并篩選出適合教學的案例，發布給學生。并根據學生現有的知識，針對難點、重點統一講授，主要教學流程如圖3所示。

圖3 第二階段教學流程

為保證教學開展的安全性，由2～3名教師合作教學。教學分為集中式和分組式。一名教師進行CAM編程教學和程序檢查調試，1～2名教師進行數控加床操作教學，并指導學生進行操作機床完成零件項目的加工。

學生分成兩部分，一部分學生由一名教師帶去熟悉機床界面和基本操作，一部分學生留下來完成項目編程，然后兩部分學生對調。編程完工的學生經過教師檢驗無誤后，可以先轉移到機床加工區域，由另一名教師指導學生完成零件的加工。沒有完成的學生繼續在計算機輔助制造教室完成程序編程和調試。

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險，對于每個項目的加工程序，必須經由教師一對一指導調試過關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，可選拔優秀的學生作為助教，和教師一起進行程序調試、修改程序，這樣可以達到鍛煉學生的目的。這一階段可結合實訓中心現有的機床設備數量來進行，如果機床數量較多，兩人一臺，配備至少兩名現場操作教師，可以加快教學進度。

(三)第三個模塊：比賽流程訓練

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

本階段要求學生獨立完成，因此賽題內容比各專項訓練設置稍簡單。上午先做完設計模塊和編程模塊的學生，下午先進行加工。每組學生按照比賽的要求，提交掃描數據、逆向設計和正向創新設計結果和創新設計報告、編程程序和加工結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備數量有限，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，要求學生都能完整地做完競賽流程，以耗時長度和提交內容、加工結果作為評分依據。

該階段完成后，最后教師對每組結果進行現場講解點評，讓學生了解自己的不足。

四、融合大賽的課程評價與效果

(一)課程評價

“專業綜合實訓”圍繞比賽分成不同的模塊進行，參與教學的教師有多人，由課程負責人設計好每個模塊的教學內容，按照三個模塊課時，分別占分數比分為30%、40%、30%，總分100分。每個模塊由進行教學的主課教師根據學生課程表現和設計結果給與評分，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計。

(二)教學效果

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

在隨后開展的“工業產品數字化設計與制造”省賽中，湖北科技職業學院推薦組獲得了三等獎，抽測組獲得二等獎的好成績。這也是對教學效果的一個正面驗證。

五、結語

融合技能大賽對機械設計與制造專業“專業綜合實訓”課程的改革，將逆向檢測與掃描、逆向重建、正向創新設計、零件輔助編程和操作數控機床加工等工作任務進行項目化實訓教學，各項分散的技能得到整合和加強，有利于提高學生的專業綜合應用能力，達到了“專業綜合實訓”課程應有的教學目標，擴大了學生技能培訓的受益面。而實現融合技能大賽的教學實施，需要認真研究賽項內容，篩選和轉化大賽項目為實訓內容，以該比賽過程為教學流程，精心設計教學過程和評價措施。

圍繞省賽展開課程改革，雖然取得一定效果，在實施中也發現了不少問題：

1.設備有限，尤其是數控銑床，設備的數量限制了教學的效率，實施中不得不多人一組進行加工，實施下來，有部分學生沒有摸熟機床。需要思考在設備有限的情況下，如何更好地加快教學效率，或者需要繼續增添數控機床，真正達到兩人一組進行獨立編程和機床操作，切實提高教學效果。

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

3.部分學生由于前期基礎差，較少動手。需要采取有效恰當的激勵措施，推動他們參與實訓。

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