高職院校《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實踐》課程的教學(xué)設(shè)計與實施

◇蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 崔 勇 石皋蓮 耿 哲

為了在高職院校機(jī)械制造類專業(yè)有效開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)，蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院開設(shè)了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實踐課程。本文介紹了課程設(shè)置的整體定位，分析了授課學(xué)生的具體情況，明確了教學(xué)的重點和難點，設(shè)計了以問題導(dǎo)向（PBL模式）為主線的教學(xué)實施方案，課程的實施激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提升了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

為適應(yīng)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時代發(fā)展趨勢，響應(yīng)國務(wù)院《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》的政策要求，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力成為高職教育人才培養(yǎng)的一項重要任務(wù)[1-2]。依據(jù)機(jī)械制造類專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)和人才培養(yǎng)方案的要求，結(jié)合蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程實訓(xùn)中心的實際情況，充分利用豐富的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計案例資源，開設(shè)了《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實踐》課程，讓更多的學(xué)生參與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計相關(guān)的實踐項目和技能競賽，有效提高機(jī)械設(shè)計能力、獨立思考能力、機(jī)電一體化綜合實踐能力[3]。

1 課程概述

《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實踐》是我校機(jī)械制造類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，使學(xué)生能夠綜合運用機(jī)械設(shè)計、數(shù)控加工、電氣控制等專業(yè)知識與技能，成為該專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定的創(chuàng)新型技術(shù)技能人才。

本課程秉承“以學(xué)生為中心、以學(xué)為中心”的建設(shè)理念，圍繞機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件加工、電氣編程、樣機(jī)裝調(diào)等基本創(chuàng)新技能要求，構(gòu)建理實一體、項目貫穿、能力序化的教學(xué)體系，整體教學(xué)設(shè)計以培養(yǎng)學(xué)生“自主創(chuàng)新能力、綜合實踐能力、團(tuán)隊合作能力、職業(yè)精神和素養(yǎng)”為目標(biāo)；課堂教學(xué)采用“以討論形式開展教學(xué)、以團(tuán)隊方式組織教學(xué)、以創(chuàng)新大賽引領(lǐng)教學(xué)、以參賽作品實踐教學(xué)”的授課模式，著力提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

本課程基于企業(yè)真實產(chǎn)品的工作內(nèi)容，按照認(rèn)知、結(jié)構(gòu)、功能、難度等不同的分類方法，確定了機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法、復(fù)雜機(jī)械零件創(chuàng)意設(shè)計與加工、自動化機(jī)械夾具設(shè)計與制造、非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計與裝調(diào)等四個教學(xué)項目，依據(jù)“創(chuàng)新、設(shè)計、加工、編程、仿真、裝調(diào)”的技術(shù)邏輯鏈安排教學(xué)任務(wù)，形成分門別類、循序漸進(jìn)、重點突出的知識架構(gòu)。

參賽的教學(xué)內(nèi)容為連續(xù)16個學(xué)時的非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計與裝調(diào)，案例為“汽車濾清器裝配與檢測一體機(jī)”，該項目分為機(jī)械設(shè)計、電氣設(shè)計、仿真分析和裝配調(diào)試等四個任務(wù)，每個任務(wù)分別安排了4個學(xué)時，并按照參賽作品的真實工作過程，進(jìn)一步細(xì)分子任務(wù)實施教學(xué)。

圖1 課程模塊體系及項目四教學(xué)內(nèi)容

2 學(xué)情分析

本課程開設(shè)在第四學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》《機(jī)械加工工藝》《數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的裝調(diào)》《可編程控制器與傳感器應(yīng)用技術(shù)》、《機(jī)器視覺檢測技術(shù)及應(yīng)用》等專業(yè)課程，應(yīng)當(dāng)能將所學(xué)機(jī)械設(shè)計、數(shù)控加工、電氣控制、設(shè)備裝調(diào)等相關(guān)專業(yè)知識與技能綜合運用于機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新實踐。

圖2 機(jī)械制造類專業(yè)課程學(xué)習(xí)進(jìn)程

圖3 教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重難點

本項目學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)接觸了創(chuàng)新設(shè)計基本原理、葉輪零件創(chuàng)新設(shè)計與加工、螺母內(nèi)孔加工夾具設(shè)計與制造，應(yīng)當(dāng)能夠使用創(chuàng)新設(shè)計方法、CAD三維建模軟件、西門子PLC編程軟件（TIA博途軟件）、職教云教學(xué)平臺、小組合作探究法等繼續(xù)學(xué)習(xí)非標(biāo)自動化設(shè)備的設(shè)計與裝調(diào)。

但是，本項目中的自動回轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、較為復(fù)雜的順序動作控制等新知識學(xué)習(xí)，以及數(shù)字化虛擬仿真軟件（西門子MCD）、伺服電機(jī)控制、視覺識別技術(shù)、機(jī)電一體化聯(lián)調(diào)等技術(shù)深入應(yīng)用，都需要安排更多的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

3 教學(xué)設(shè)計

（1）課程思政強(qiáng)調(diào)“三個融入”。一是融入“勞模、大師”工匠精神，邀請“江蘇省勞動模范、國家級技能大師”參與本課程教學(xué)，傳授“電氣編程”和“機(jī)械裝調(diào)”的實踐經(jīng)驗，講述自己成長為“勞模、大師”的親身經(jīng)歷，向?qū)W生傳遞“勤勞誠懇、刻苦鉆研、崇尚技術(shù)、勇于創(chuàng)新”的工匠精神。二是融入“防疫、防護(hù)”常態(tài)意識，講訴疫情期間的防疫英雄事跡和設(shè)備裝調(diào)實踐過程中的安全事件，通過老師的“講解、示范、監(jiān)督”，使學(xué)生樹立牢固的疫情防控和安全防護(hù)意識。介紹防疫所采用的自動化設(shè)備，以“口罩機(jī)制造與裝調(diào)”在疫情防控中的重要作用為例，突出數(shù)控加工、自動化設(shè)備專業(yè)人員的重要性，教育學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識、掌握服務(wù)社會本領(lǐng)。三是融入“新技術(shù)、新應(yīng)用”科技熱點，在應(yīng)用“數(shù)字化虛擬仿真”和“視覺識別”技術(shù)過程中，進(jìn)一步拓展介紹“工業(yè)分析軟件”和“人工智能技術(shù)”的相關(guān)知識及發(fā)展方向，教育學(xué)生要及時關(guān)注科技熱點、學(xué)習(xí)新技術(shù)。

（2）教學(xué)內(nèi)容突出“兩個結(jié)合”。一是學(xué)習(xí)過程與工作流程結(jié)合，依據(jù)案例真實的設(shè)計開發(fā)過程，即“方案設(shè)計”、“機(jī)械設(shè)計”、“電氣設(shè)計”、“裝配調(diào)試”的技術(shù)鏈，安排教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)學(xué)習(xí)領(lǐng)域與行動領(lǐng)域的對接、學(xué)習(xí)線索與工作線索的對接。二是虛擬仿真與實踐操作結(jié)合，依托基礎(chǔ)雄厚的虛擬仿真實訓(xùn)資源，利用西門子NX CAD三維設(shè)計軟件、西門子TIA博圖軟件、AutoMation Studio軟件、西門子NX MCD虛擬仿真軟件，對“機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與裝配”、“PLC編程與調(diào)試”、“氣動系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試”和“機(jī)電一體化聯(lián)合調(diào)試”等學(xué)習(xí)任務(wù)，有效開展以虛助實、虛實結(jié)合教學(xué)。

（3）教學(xué)實施圍繞“一條主線”。教學(xué)實施以問題導(dǎo)向（PBL模式）為主線，按照布置任務(wù)、匯總問題、引出問題、分析問題、解決問題、總結(jié)評價、復(fù)習(xí)鞏固和學(xué)習(xí)拓展等8個環(huán)節(jié)進(jìn)行“線上+線下”混合式教學(xué)[4]。在課前，了解項目背景，激發(fā)創(chuàng)新意愿。老師推送學(xué)習(xí)資源，發(fā)布創(chuàng)新任務(wù)要求，分析學(xué)情并調(diào)整教案；學(xué)生自由分組在線學(xué)習(xí)資料，完成方案設(shè)計及課前測試。在課中，優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計方案，提升創(chuàng)新技能水平，增強(qiáng)職業(yè)精神素養(yǎng)。老師引出問題，分析問題，指導(dǎo)示范，跟蹤協(xié)助，組織總結(jié)，課內(nèi)評價；學(xué)生思考問題，討論探究，虛擬練習(xí)，實踐操作，成果展示，自評互評。在課后，鍛煉創(chuàng)新實踐能力，形成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維意識。老師在線答疑，綜合評價，教學(xué)反思；學(xué)生完成作業(yè)，拓展學(xué)習(xí)，成果轉(zhuǎn)化。

圖4 教學(xué)實施過程

（4）教學(xué)評價貫穿“三個階段”。一是課前評價（占比25%），通過“在線學(xué)習(xí)參與度、預(yù)設(shè)方案合理性和課前測試成績”，了解學(xué)生對預(yù)習(xí)任務(wù)的完成情況以及創(chuàng)新方案的設(shè)計情況；二是課中評價（占比50%），通過“課堂教學(xué)參與度、團(tuán)隊協(xié)作能力、項目任務(wù)完成度、課堂測試成績、職業(yè)基本素養(yǎng)”，主要考察學(xué)生對機(jī)械制造類專業(yè)知識的掌握情況以合作實踐完成創(chuàng)新方案的能力；三是課后評價（占比25%），通過“課后作業(yè)成績、總結(jié)報告質(zhì)量、拓展任務(wù)完成度”，促進(jìn)學(xué)生鞏固所學(xué)知識、提高創(chuàng)新意愿，幫助老師評估教學(xué)質(zhì)量。整個教學(xué)評價過程強(qiáng)調(diào)“三個多元化”，即評價“手段”多元化、評價“對象”多元化和評價“主體”多元化。

圖5 綜合評價“三個多元化”

4 實施成效

（1）學(xué)生學(xué)有所獲。一是強(qiáng)化了專業(yè)知識，學(xué)生對非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計與裝調(diào)有了完整的認(rèn)知與實踐，特別是對汽車濾清器裝配與檢測設(shè)備涉及的機(jī)械、電氣和裝調(diào)知識，有了融會貫通的理解和應(yīng)用。二是提高了創(chuàng)新能力，學(xué)生鍛煉了創(chuàng)新思維，增強(qiáng)了創(chuàng)新實踐能力，提高了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識與熱情；在課后，各組學(xué)生都提出了自己的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計作品，并且部分作品已經(jīng)參加各類比賽或申請專利。三是增強(qiáng)了職業(yè)素養(yǎng)，學(xué)生對“勞模、大師”工匠精神有了更深入的理解，對疫情防控常態(tài)化、安全防護(hù)重要性有了更清楚的認(rèn)識，進(jìn)一步明確了技術(shù)技能人才的職業(yè)擔(dān)當(dāng)和使命。

（2）老師教有所獲。一是打造了優(yōu)秀教師團(tuán)隊，教師團(tuán)隊構(gòu)建了“勞模、博士、教授、工程師”的混編人員結(jié)構(gòu)，形成了“設(shè)計、加工、控制、調(diào)試”的混合專業(yè)特長，完成了本課程的項目化教學(xué)改革和活頁式講義編制，促進(jìn)了課程標(biāo)準(zhǔn)的重新研制。二是提升了社會服務(wù)能力，教師團(tuán)隊發(fā)揮理論基礎(chǔ)扎實、技術(shù)能力精湛的專業(yè)優(yōu)勢，協(xié)助XXX公司完成了汽車濾清器裝配與檢測設(shè)備的模塊化設(shè)計和系列化開發(fā)，可用于燃油小汽車、工程和軍用車輛空氣濾清器的裝配與檢測。

5 教學(xué)反思

一是擴(kuò)充教學(xué)資源，吸收更多競賽獲獎作品，進(jìn)一步豐富課程案例，形成內(nèi)容不斷創(chuàng)新、技術(shù)不斷更新的教學(xué)資源庫；二是優(yōu)化教學(xué)模式，改變老師規(guī)定具體學(xué)習(xí)項目的固有模式，課前學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)平臺按照個人興趣選擇學(xué)習(xí)項目，教師根據(jù)學(xué)生選擇結(jié)果和教學(xué)內(nèi)容安排，最終確定具體學(xué)習(xí)項目；三是推廣創(chuàng)新成果，與企業(yè)深入合作，制定操作性強(qiáng)的創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化辦法，促進(jìn)教學(xué)過程中產(chǎn)生的“創(chuàng)新性好、應(yīng)用性強(qiáng)”的技術(shù)和作品，更好的轉(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的企業(yè)產(chǎn)品。