高職機械設計課程體系教學內容一體化設計探索與實踐

黎少輝，唐昌松

專業課程體系教學內容科學構建仍是高職教育中重點探索的領域，是提高職業教育水平的關鍵舉措。同時，國家一直高度重視高職教育教學改革:國務院2010年發布的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010～2020年)》提出，職業教育要“把提高質量作為重點，以服務為宗旨，以就業為導向，推進教育教學改革”。隨后在教育部發布的《中等職業教育改革創新行動計劃(2010～2012年)》中也把“中等職業學校專業課程體系改革創新計劃”列入重點任務，明確要求“推進中等職業學校課程改革”。目前，高職課程體系教學內容建設為區別于本科教育，大多只是壓縮部分知識點或以知識點的梳理與整合為目標，缺乏清晰的知識主線與著力點，同時，教學內容組織缺乏系統性、完整性、層次性，教學活動中缺乏學生主動參與教學的動力之源，對培養學生學習興趣及解決實際問題的綜合能力有限。

由于高等職業教育的職業屬性及其短周期性，專業課程構建怎樣以“窄”入手而最終實現學生工作能力“寬”的目標，也就是說，利用較少的內容在較短時間使學生具備相關專業綜合能力是教學內容改革的關鍵。［1］對于機械類專業，依托典型產品為項目的課程體系教學內容一體化構建為此找到突破口。機械類產品不像電子、信息類產品，更新換代較快，具有一定的穩定性、代表性，同時又具備一定的發展特性。因此，依托現代典型產品構建高職機械設計課程體系教學內容，有助于實現教學知識的時代性、實踐性、完整性、系統性、動態性、擴展性，在一定的時空內有效地實現學生綜合能力培養。

一、依托典型產品的機械設計課程體系教學內容一體化設計

本次機械設計相關課程教學內容改革主要涉及:“機械原理模塊”、“機械設計模塊”、“Pro/Engineer應用技術”、“機械設計課程訓練”四部分教學模塊。教改前，“機械原理模塊”教學偏重于分析推證，“機械設計模塊”教學偏重于強度校核技術，教學手段以多媒體教學為主，教學模式主要強調基本概念和基本理論的科學性推導驗證。這種教學內容組織及教學方式對于高職學生理論基礎薄弱、課時較少的現狀，很難提高學生的學習興趣，教學效果欠佳。“Pro/Engineer應用技術”課程具有較強的工具特性，主要培養學生零件造型、零件裝配、運動仿真與分析、機構分析等。本課程的傳統教學內容主要以不同的零件為案例展開教學，該方式盡管能有效提高學生的學習興趣，實現課程培養目標，但教學內容處于孤島式狀態，不僅內容上缺乏銜接性，課程之間也缺乏關聯性，不利于學生綜合能力的系統性培養，體現不出該課程在機械行業中工具性的平臺作用。［2］“機械設計課程訓練”課程設置目的為強化“機械原理”與“機械設計”模塊的教學內容的掌握，以各種減速器的設計為任務，主要進行選型、結構設計及強度校核，并利用AutoCAD軟件進行二維圖數字化生成，沒有充分利用已學過的現代三維設計技術，對于理論基礎及實踐經驗較為薄弱的高職學生來講，極易產生枯燥乏味，導致盲目抄襲，降低教學效果。

針對以上所述以及高職學生學習現狀、高職教育的短周期性，采用以Pro/Engineer軟件為平臺貫穿四門課程教學，依托典型產品展開教學內容一體化設計，以“窄”入手實現技術能力“寬”目標的實現。［3-4］具體實驗實訓平臺建設、教學內容構建及組織教學方式如下。

(一)實驗實訓平臺建設

機械專業相關知識的學習大都具有“看得見、摸得著”的特性，學習前的感性認識至關重要，建立相關實訓室是有效展開教學的關鍵。［5］本次課改的教學理念是采用認識、學習、實踐、驗證的分層遞進的方式，以符合學生學習認知規律。基于此教學理念，徐州工業職業技術學院對機械設計課程體系先后建設了相應實訓室:機械設計實訓室、機械拆裝實訓室、CAD/CAM實訓室。機械設計實訓室針對“機械原理模塊”及“機械設計模塊”知識點對應購買了多種模型，如表1所示，以便學生在教學前及教學中對教學內容有充分的感性認識;機械拆裝實訓室主要以真實的產品牛頭刨床機構、減速器、縫紉機、內燃機配氣機構等為教學對象，通過拆裝使學生直觀了解各種機構及工作原理，同時也是進行“機械設計課程訓練”課程教學的平臺;CAD/CAM實訓室配置了大量安裝有Pro/Engineer軟件的計算機，是有效展開“Pro/Engineer應用技術”與“機械設計課程訓練”課程教學的基礎。

表1 機械設計實訓室建設項目與教學內容的對照

(二)教學內容一體化構建

“機械原理模塊”、“機械設計模塊”、“Pro/Engineer應用技術”、“機械設計課程訓練”四個教學模塊內容設計均以三典型產品機構展開。實驗室的真實產品主要通過拆裝和演示，培養學生對相關機構運動、連接方式、傳動方式等內容的感性認識，通過Pro/Engineer軟件生成的三產品的數字化模型庫便于課堂教學中演示，形成以數字化模型與實物模型優勢互補的課堂與實踐教學形式，以提高學生學習興趣及教學的便利性，提高教學效果。四個教學模塊內容一體化設計如圖1所示，“機械原理模塊”中的三大機構與三大分析內容與三典型產品分別對應:減速器對應齒輪機構、內燃機配氣機構對應凸輪機構、縫紉機驅動機構對應連桿機構，同時每個產品均進行三大分析;“機械設計模塊”與“機械設計課程訓練”主要以產品“減速器”展開，減速器機構基本涵蓋該教學模塊的所有內容;“Pro/Engineer應用技術”教學素材均依托三典型產品而展開，不僅實現該模塊的學習，同時深化了對先修課程“機械原理模塊”與“機械設計模塊”的認識。四個教學模塊均以Pro/Engineer軟件為平臺而貫穿教學始終。

二、教學內容組織安排及教學方式

四個教學模塊均是以三大典型產品:減速器、內燃機配氣結構、縫紉機而展開的，每個教學模塊均按照認識、學習、實踐、驗證的分層遞進教學理念進行，另外，再利用機械設計實訓室陳列大量機構模型根據課時安排進行相關知識的擴展。

“機械原理模塊”及“機械設計模塊”教學內容組織:傳統機械專業中這兩個教學模塊分成兩個課程來講解，不利于培養學生機械產品綜合設 計能力，本次教學內容一體化設計教學改革中將兩個教學模塊進行整合。傳統機械原理教學中的材料力學與理論力學內容放在第一章講解，由于其理論性較強，單獨列出講解缺乏著力點，學習枯燥，不利于高職生的學習，本次教改是將力學相關知識融合到相應的機構中講解。“機械原理模塊”及“機械設計模塊”作為基本專業課程內容授課時間安排在“Pro/Engineer應用技術”之前，此時的學生并不熟悉Pro/Engineer軟件，沒有能力親自進行虛擬設計與仿真，教學條件也很難滿足每位學生利用Pro/Engineer軟件平臺進行課堂學習。因此，授課前教師先把三產品利用Pro/Engineer軟件數字化，生成虛擬樣機。教學時由教師進行操作演示，利用該軟件各模塊的強大功能演示相應的教學內容，相對于其它多媒體課件具有更強的真實感、靈活性、可操作性，有利于學生的學習，提高學習興趣，同時，便于教師的教學，再基于課前學生對三大機構的感性認識，較容易短時間內實現教學目標。相對于“機械原理模塊”來講，“機械設計模塊”部分內容具有較強的直觀性、自學性，鼓勵學生主動參與到該部分內容的教學中去，但大部分內容教學仍由教師主導。

圖1 基于典型產品課程體系教學內容一體化設計

“Pro/Engineer應用技術”教學內容組織:整個課程內容以三個典型產品設計與主要零部件制造為項目載體，教材采用校本教材的形式，為簡化內容，教材主要以三個典型產品零部件二維工程圖構成，除機構運動仿真、機構分析、數控加工仿真等教學模塊內容介紹每一步的操作外，教材中三維造型模塊以教學素材的形式出現，不詳細介紹Pro/Engineer軟件的具體操作，培養學生產品造型的靈活性、創意性，提高學生創新意識。教學過程中更多地強化學生主動參與教學意識，除基本工具講解外，更多的教學內容以學生為主導，教師以引導學生發散思維為主，并注重過程考核。

“機械設計課程訓練”教學內容組織:該課程是“機械原理模塊”及“機械設計模塊”學習后設置一個理論聯系實際的非常重要的實踐性教學環節，是使學生得到相關的基本知識綜合運用和基本技能訓練的重要環節，具有強化學生機械專業綜合技能培養的有效手段。該課程主要以三產品中的“減速器”設計為目標任務，學生根據減速器實現工作條件要求，制定設計方案，合理選擇傳動機構和零件類型，并計算出零件的尺寸和機構設計，并生成二維工程圖，最后利用Pro/Engineer軟件生成數字化樣機。設計中充分利用Pro/Engineer軟件參數化設計、多目標優化設計功能，培養學生綠色設計意識。同時，利用Pro/Engineer軟件的數控加工仿真、機構運動仿真、動力學分析等模塊，全面對制造工藝、使用、維護、安全性等方面的仿真分析，以培養學生系統性的綜合設計與分析能力。該課程的教學任務主要在老師指導下由學生獨立完成。

根據四個教學模塊理論與實踐內容比例以及自學的方便性，盡可能培養學生主動參與教學的積極性，安排學生參與教學行為程度由圖2課程體系教學行為連續區所示。

圖2 “機械設計課程訓練”體系教學行為連續區

綜上所述，依托典型產品的高職機械設計課程體系教學內容一體化建設，有效實現了高職教學內容以“窄”入手、實現“寬”的技能培養，符合高職教育的職業屬性及其短周期性，通過實訓室的建設以及Pro/Engineer高端三維造型軟件平臺的應用拓展，實現認識、學習、實踐、驗證的分層遞進教學理念，保證理論知識與實踐知識有效銜接，使教學內容組織符合學生認知規律，在教學中突出學生的主體作用，提高學生的學習積極性，提高整體教學效果。

［1］童乃誠.高職課程教學內容建設探討［J］.中國職業技術教育，2010(14):5-7.

［2］張毅杰，孔令瓊.SolidWorks在機械設計基礎課程體系中的應用研究［J］.云南農業大學學報，2014(1):67-71.

［3］朱振林.課程群建設斷想［J］.黑龍江教育:高教研究與評估，2011(5):93-94.

［4］李云.高職課程群建設探討［J］.哈爾濱職業技術學院學報，2013(1):29-30.

［5］張海偉.我國高職課程改革的策略研究［J］.職教論壇，2013(4):13-15.