基于雕刻機的綜合實踐教學項目開發與應用

浙江機電職業技術學院 郁元正 金杜挺 王瑞權

高職院校為當地企業培養高技能應用型人才，相比本科院校，培養重點是知識應用和實踐能力，從而決定了實踐環節在高職教學活動中的重要地位。高職院校投入大量財力和人力，推進實踐教學平臺建設、實踐教學項目開發、實踐教學改革，不斷完善實驗實訓條件。根據浙江省教育評估院《浙江省高校畢業生職業發展狀況及人才培養質量調查報告》數據，企業對高職畢業生“實踐動手能力”這一項近三年的評分分別為89.75、91.45、92.32，滿意度不斷提高，可見高職院校實踐教學建設與改革已取得了一定成效。

一、目前實踐環節的局限性

經過多年努力，雖然實踐教學條件和教學效果均得到較大改善，但是在實際教學中發現，不少課程實踐環節仍存在一定局限性。以我校機械制造專業為例，實踐教學不足之處主要體現在以下三方面。

1.課程之間缺乏關聯。根據課程知識點開發的實訓項目以知識應用和能力訓練為目的，卻往往忽視課程之間的關聯和銜接。

2.不利于充分理解實踐項目的意義。學生在實訓室按照任務書規定步驟完成一遍操作，記錄數據并進行分析比較。例如，機床十字滑臺機械裝調實驗的主要內容是分別測量上下層導軌的平行度，以及上下層導軌相對垂直度，并調整至規定范圍內。學生按要求完成實驗，對這些參數與設備工作性能的關系卻沒有直觀感受，將來在實際工作中遇到問題很難從知識儲備中快速定位解決問題的辦法。

3.不利于培養工匠精神。實訓設備供各組學生輪流使用，分配給每一組的操作時間有限，進展不順利就可能超時；個別學生責任心不強導致儀器設備受損，影響下一組使用。為了避免這些問題，教師往往傾向給予明確指引，減少出錯，以保證在規定時間內完成實訓項目，從而擠壓了學生自主探索糾錯的空間，長此以往，便逐漸磨滅了學生精益求精、勇于創新的工匠精神。

二、實訓項目載體開發

（一）開發依據

實訓項目載體為實現能力培養目標服務。高職機械制造及自動化專業課程體系由專業基礎、機械設計、自動控制、機械制造、現場管理五大專業能力模塊組成，培養能進行機械設備設計、加工、安裝、調試、維護的高技能應用型人才。每個模塊包含若干門課程，涵蓋崗位所需的知識和能力。各模塊所含主要課程見下表。

機械制造及自動化專業能力模塊設置

該專業各門課程之間聯系緊密，為了幫助學生將各門課程習得的知識和能力有機結合、融會貫通，最終能熟練應用于解決工程問題，同時培養學生的敬業精神和創新意識，需設計綜合實踐教學項目貫穿于專業課程教學，既能支持單一技能專項訓練，又使各門課程聯結為一個有機整體，實現專業知識、專業能力、職業能力同步訓練。

（二）開發思路

要實施上述綜合實踐教學項目，必須開發建設一套能反映本專業主要知識和技能的、成本相對低廉的、成果可見且能持續引起學生興趣的實踐教學設備。

數控雕刻機作為機電一體化生產設備，涵蓋了機械結構設計、機械傳動設計、力學分析與設計、材料選擇、精度測量、電氣控制、程序編制、計算機輔助制造等眾多知識點，適合作為專業綜合實踐訓練設備。使用方式上，不是用于簡單的拆裝認知實驗，而是設計成為綜合性實訓教學項目，可拆分為多個子項目，在連續三個學期專業課教學過程中持續開展實施。每門課程包含若干子項目，隨著課程的推進，學生不斷習得知識和能力，在各子項目中陸續完成設計、校核、采購、加工、組裝、調試等任務，逐步制造出一臺可運行使用的小型數控雕刻機，并支持后續數控編程、多軸加工等課程的實踐訓練，通過加工小零件檢驗學生自主設計生產的雕刻機的功能和精度。

雕刻機綜合實訓項目構成

由于子項目互相關聯，每個項目完成情況都會影響本組整個綜合項目的最終結果，從而促使學生認真對待每次實訓、每個步驟，達到培養認真負責的工作態度和嚴謹細致的工作作風的目的。如果發現前期失誤或缺陷導致后續任務無法繼續，為了完成整個項目必須采取補救措施，甚至重新修改原方案，雖然走了彎路，但能促使學生在反復運用知識的過程中不斷鞏固，也鍛煉學生用不同方法解決問題的能力，培養創新思維。

三、綜合實訓項目進度設計

子項目設計相關事宜如下。

基于雕刻機的系列實踐教學子項目及其關系，詳見上圖。

項目進度安排如下。

第一學期，在機械制圖課程中參考樣機結構，根據雕刻機設計參數繪制裝配簡圖和主要結構件零件圖，訓練工程圖樣繪制能力、機械零件測繪能力；在機械傳動課程中完成雕刻機傳動方式選擇、參數設計、傳動比計算、標準件選用；在工程材料課程中以性價比合理、工藝性優良為原則選擇雕刻機標準件及非標準件材料；在電工基礎課程中，根據傳動方式選擇適合的電機、電源、運動控制卡，滿足設計參數；在工程管理課程中，學習在電商平臺上向機電、五金產品供應商了解所需零配件是否有貨、能否定制、價格范圍等信息，而后對產品采購成本、可維護性等因素進行評價比較，確定型號，完成采購。至此設計方案初步成型。

第二學期，在工程力學課程中根據雕刻機額定工作負載及所選材料的力學性能，計算設計立柱、橫梁等主體構件截面形狀和尺寸；在技術測量課程中，根據配合要求確定零件尺寸，例如軸承座內徑偏差、安裝孔系位置度等參數；在零件三維建模課程中，使用Siemens NX 或Solidworks 等軟件根據工作圖完成零件三維造型及模擬裝配，呈現雕刻機整體構造，并檢驗是否存在裝配干涉；在機械制造技術課程中，設計非標準件加工工藝，制訂技術文件，通過3D 打印或機械加工制作零件，完成尺寸檢驗。至此，可進行總裝，完成雕刻機制作。

第三學期，以整機為實踐平臺，完成運動精度檢測及調整，鞏固技術測量課程相關知識應用；在數控編程和計算機輔助制造課程中分別學習手工編程和自動編程，在雕刻機上運行加工程序完成小零件加工。有興趣的同學還可將其作為畢業設計課題繼續深入研究，在教師指導下對雕刻機做進一步升級改造（例如增加第四軸）。

綜上所述，現實工作中遇到的問題往往沒有標準答案，設計該項目載體的根本目的正是引導學生通過自主學習、思考，動手解決問題，以積極的態度應對各種挑戰，突出能力本位的培養特色。基于數控雕刻機開展項目式教學對專用設備和場地要求較低，部分項目還可在教室開展，成本低廉，實踐教學條件較差的學校也能做到學練一體，大幅提高實踐課時比例。