基于世賽原型制作項目轉化的專業課程改革實踐

趙曉霞

摘 要：本文基于世賽原型制作項目技術標準的研究，結合行業企業調研，重新梳理了工業設計專業定位，重構了工業設計專業課程體系;以一門專業核心課程為案例，剖析了如何將世賽標準、賽題和企業真實生產項目相結合進行一體化課程開發，促進了世賽成果的轉化。

關鍵詞：世賽原型制作項目 ?工業設計專業 ?課程體系 ?課程建設

世界技能大賽（下稱世賽）是世界技能奧林匹克，發展至今已有六十多年的歷史，涉及建筑與結構技術、藝術與創意、信息與通訊技術、制造與工程技術、個人與社會服務及交通與物流六大領域，共52個競賽項目。世賽競賽項目設置的依據全球職業發展情況，具有一定的前瞻性和引領性。各競賽項目的技術說明遵循相關行業標準、ISO標準以及該領域的最新規定，且項目技術說明需要定期更新，以保持技術的先進性，充分體現世界技能領域發展的最新趨勢。由此可見，研究世賽標準對我國技能型人才的培養具有很高的借鑒價值。本文通過分析世賽原型制作項目技術標準，結合廣州及珠三角地區行業企業調研，重新梳理了工業設計專業定位，重構了工業設計專業課程體系，開展了專業核心課程建設。促進了世賽原型制作項目的成果轉化，將精英式世賽選手人才培養轉變為大眾式專業技能人才培養。

一、世賽原型制作項目技術的分析

1.原型制作項目介紹

世賽原型制作項目是根據給定的產品圖樣和設計要求，運用CAD設計軟件進行三維建模和自由設計，再由3D模型轉化成2D工程圖;選手根據自己設計的產品圖樣使用指定的PU化工木材、鑄造樹脂、凝膠、亞克力玻璃、復合材料及PVC等材料運用普通車削、普通銑削、數控加工、3D打印、手工等工藝方法制作原型模型，并對原型模型進行打磨、粘結等后處理，最后噴漆上色和表面裝飾的競賽項目。

2.相關職業崗位描述

原型制作從業人員需完成原型作品的設計、制作、測試以及修改。在工業設計領域中，一項新設計的實際產品需要重復設計、修改才能最終確認和落實顧客對某個設計興趣。原型是產品設計流程的一環，通過原型確定在新產品投產前設計產品的性能。通過制作多個同一系列的原型，從中選擇搞定最終設計方案;或者制作多個原型用來進行改良，從而完善設計方案。原型制作專業人士的專業要求是能把產品的理念設計和原型的制作進行有機的結合。原型制作崗位人員從業人員需要掌握計算機輔助設計（3D CAD）、計算機輔助制造（CAM）、原型模型制作的技能，包括車削、銑削、3D打印、CNC加工、真空鑄模、手工等，以及噴涂和打磨。

3.原型制作項目知識和技能要求

原型制作項目包含工作組織管理、設計原型作品、技術圖樣、計算機輔助設計（3D CAD）、計算機輔助設計（CAM）、制作原型作品、噴涂及裝飾原型模型等七個方面的知識和技能要求。

二、基于世賽原型制作項目轉化的工業設計專業定位和課程體系構建

根據廣州及珠三角地區的工業設計公司、手板模型企業調研和各級院校工業設計專業的調研，并結合世賽原型制作項目的技術標準，重新梳理了工業設計專業定位，分析了企業中工業設計師助理、手板制作師的職業崗位能力要求，重新構建了工業設計專業課程體系。

1.專業定位

工業設計專業招生對象為初中畢業生或具有同等學力者，學制五年，培養目標主要面向工業設計公司和手板模型生產企業，培養面向廣州及珠三角地區行業的企業，適應產品設計師助理員、產品手板制作師等工作，掌握扎實的工業設計方面的技術知識，能參與工業產品的設計、創建、測試和修改，根據工業設計師設計產品制作原型模型，并被工業設計師用于探索、測試設計方案，預期的設計中可能存在的問題，驗證工業產品的性能或適用性。培養具備良好的職業道德、敬業精神、合作意識和創新能力，達到銑工、3D打印造型師高級職業資格要求的技能型人才。

2.職業崗位能力要求

（1）產品設計師助理崗位能力要求。設計產品能力要求：理解設計原則，能將產品設計師的復雜、抽象的理念具體化，可以把書面或口頭的描述、復雜的技術圖樣轉變為設計，并能與產品設計師、客戶、工程師一起討論進行設計的建議、修改，提出創新性的解決方法。

準備精準圖樣能力要求：能把握技術圖樣標準，熟練運用CAD軟件，根據3D CAD數據轉化成包含清晰尺寸、技術要求等信息的工程圖，最終向客戶提供精確的技術圖樣。

計算機輔助設計（3D-CAD）能力要求：能熟練運用國際知名3D CAD軟件有效地、創造性地根據技術圖樣生成原型模型或三維模型數據;認識逆向工程在工業設計中的應用，根據樣件進行三維掃描，并對采集點進行處理及造型。

（2）產品手板制作崗位能力要求。計算機輔助制造（CAM）能力要求：能熟練運用專業的CAM軟件，使用3D CAD數據生成刀具路徑。根據生產類型和零件規格要求，使用CAD/CAM系統自動或手工編程，以最佳生產方案生成程序，并使用數控機床制作精確的原型模型的零部件。

制作產品能力要求：根據設計標準和技術說明，使用指定材料制作原型。根據生產類型和零件規格要求，選擇最佳加工方案，使用手工工具、傳統機械設備、數控設備、3D打印設備制作精確的模型零件，或運用快速鑄造制作零件的復制件，最后將制作零件組裝原型模型。同時，能根據工程師和客戶的反饋意見對原型模型進行改良。

噴漆及裝飾模型能力要求：能完善原型模型的表面缺陷，安全地使用噴涂劑對模型噴涂，再進行拋光處理，最后使用合適的裝飾材料裝飾原型模型，最終滿足客戶的需要。

3.專業課程體系構建

根據工業設計公司和手板模型生產企業崗位能力要求，結合世賽原型制作項目的技術要求，將設計原型產品能力、準備精準圖樣能力、計算機輔助設計（3D）能力、制作原型產品能力和噴漆裝飾原型模型能力轉化成三大模塊的專業課程，分別是產品設計課程模塊、產品手板制作課程模塊、綜合應用課程模塊。模塊一產品設計課程包含：機械制圖與CAD、設計素描與速寫、設計構成、Inventor三維建模、產品建模與渲染（3ds maxs）、產品設計表現技法、逆向工程、人機工程等一體化課程。模塊二產品制作課程包括：零件普通車削加工、零件普通銑削加工、零件手工制作、CAD/CAM、3D打印綜合訓練、零件數控銑加工中級和高級等一體化課程。模塊三綜合應用課程包括：工業產品設計、原型制作、典型原型制作三門專業課程。其中，原型制作是零件普通車削加工、零件普通銑削加工、零件手工制作三門前續課程技能的綜合運用，也是后續課程典型原型制作的基礎;典型原型制作是原型制作、CAD/CAM（UG）、3D打印綜合訓練、零件數控銑加工等四門前續課程技能的綜合運用。同時，結合國家職業技能等級，考取銑工或3D造型師高級職業證。

三、基于世賽標準和企業真實生產項目轉化的專業核心課程建設案例

典型原型制作是工業設計專業中一門專業核心課程，是基于世賽賽題和真實生產項目轉化的綜合應用課程。該課程是原型制作、CAD/CAM、3D打印綜合訓練、零件數控銑加工等四門前續課程知識和技能的綜合運用。本課程是基于世賽賽題和真實生產項目轉化成學習任務的一體化課程。下面從一體化課程目標、學習任務設計、評價標準三個方面來分析這門課程。

1.一體化課程學習目標

通過本課程的學習，應當能達到以下的目標：能使用油泥模型、木材模型、CNC模型、3D打印模型表達產品設計者的原創模型;能制定油泥模型制作的工藝，熟練使用相關設備和工具，制作油泥模型;能制定木材模型制作的工藝，熟練使用相關設備和工具，制作木材模型;能編制CNC模型的加工工藝，運用CAM軟件編制加工程序;能熟練操作數控加工設備加工模型零件，并進行粘接組裝;能理解3D打印成型原理，運用3D打印切片軟件生成打印程序;能熟練操作各類3D打印機設備打印模型，并進行粘接組裝;能對油泥模型、木材模型、CNC模型、3D打印模型進行表面后處理和表面裝飾;能運用油泥模型、木材模型、CNC模型、3D打印模型對原創設計細節進行修改; 能理解快速鑄模成型的原理和工藝，根據樣件原型，熟練操作真空注型機澆注硅膠模，分模后復制樣件;能根據產品選擇合適的材料運用合理的制作方法制作原型;能分析復雜原型產品的制作工藝，綜合運用CNC加工、3D打印、快速鑄模等制作原型產品;能按企業的安全、衛生、健康要求，組織管理工作現場。

2.學習任務的設計

（1）學習任務的組成。典型原型制作是一門一體化專業核心課程，總學時為240節。共由八個學習任務組成。其中，第一至五個學習任務為不同材料、不同工藝模型制作的學習，學習任務間的關系是并列的;第六至八個學習任務是綜合應用項目，學習任務的關系是遞進的、綜合的，且這三個學習任務是由世賽賽題，并結合企業真實生產，轉化成綜合性學習任務。各學習任務學時安排見表1。

（2）學習任務案例。“無人機模型制作”是課程的第八個學習任務，該任務是一個綜合性的學習任務，運用到前面幾個任務所學到的CNC加工技術、3D打印技術和硅膠復模技術來制作模型。下面從學習任務描述、學習目標、知識和技能來分析該學習任務。

學習任務描述：筆者學院原型技能工作室接到一項新產品無人機模型制作的任務，現由工業設計班學生負責完成該模型的制作。學生根據客戶提供的產品圖樣，在教師的指導下依據設備、材料狀況合理地制訂無人機模型制作方案，小組分工實施制作無人機。對照無人機原型能與客戶溝通，并提出創新或改進建議。

學習目標：通過本學習任務的學習，學生能夠查閱資料認識無人機的應用;識讀無人機圖樣，分析無人機的結構;編制無人機模型制作工藝卡和組成零件加工工藝卡;熟練運用CAM編制數控加工件刀路，并生成加工程序;根據加工或裝配需要，設計并制作簡易夾具;使用切片軟件，合理設置3D打印機的參數，生成轉子3D打印程序;安全、熟練操作普通機床、數控銑床、3D打印機、拋光機、真空復模機等設備，并能對設備進行日常維護保養;敘述硅膠快速鑄模的工藝和流程，運用快速鑄模的方法，復制無人機定子相同件;根據制定工藝，選用合適的材料，合理選用設備加工無人機各個組成零件;對照圖樣進行無人機拼接與裝配;對無人機模型的表面進行修補、打磨等后處理;根據設計要求或客戶要求，做好安全防護后，使用手噴漆對消防栓噴漆上色;能按企業的安全、衛生、健康要求，組織管理工作現場。

知識和技能：無人機模型由主體、底板、上蓋、定子（4個）、轉子（4個）組成。該學習任務主要知識包括：無人機產品功用與結構分析，各種材料特性，數控加工件夾具設計，殼壁件的數控加工工藝，硅膠快速復模的工藝和流程。主要技能包括：能運用數控機床加工無人機的主體和上蓋，能運用3D打印機打印轉子，能運用硅膠模快速復制定子，能運用機械加工或手工制作無人機的底板、支撐以及主體與定子連接件。

3.評價標準設計

學習任務評價參照世賽原型制作項目評價標準，評價由組織管理、功能設計與表面質量和尺寸精度等三個部分組成，各模塊占比分別是5%、10%、85%。其中，模塊一是組織管理，評價方式為客觀評價，包含安全、衛生和工作管理等，評價標準為“Yes”或“No”。通過此模塊評價的設定，培養學生有較強的安全、衛生管理意識，促進學生形成良好的職業素養。模塊二是功能設計與表面質量的評價，評價方式是裁決評價，評價標準分為0、1、2、3四個等級。此模塊評價標準還結合了企業質量要求，讓學生明確質量評價需要滿足客戶要求。模塊三是尺寸精度的評價，評價方式為客觀評價，通過三坐標測量儀和精密量具相結合對學生制作的產品模型進行檢測，生成規范的檢測報告，并按公差等級得分，例如線性尺寸公差在≤±0.10mm范圍內，角度的公差在≤±0.5o范圍內，圓弧的公差在≤±0.50mm范圍內。通過此模塊評價，學生能夠明白：產品需要保證精度。模塊一和模塊二的評分細則見表2。

四、小結

世界技能大賽不僅給世界青年技能型人才提供了一個競技交流機會，同時向世界展示了相關行業產業的發展走向和國際先進技術。通過世界技能大賽原型制作項目的研究，筆者深刻了解到當前國際手板模型行業企業的發展現況，充分認識了該行業的先進設備、技術要求、職業能力和產業標準，促動了專業技能型人才培養的改革，為學院工業設計專業建設、一體化課程改革、實訓室建設提供了良好的借鑒。

參考文獻：

[1]世界技能大賽中國組委會官方網站[EB/OL].https：//www.worldskillschina.cn

[2]劉東菊，王曉輝.世界技能大賽：標準的變化及對我國的影響[J].職業技術教育，2013（21）.

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[4]蔡夕忠.一體化課程學習任務的選擇與設計[J].中國培訓，2013（5）.

[5] 第44屆世界技能大賽原型制作項目評分表[EB/OL]. https：//www.worldskills.org/.2017.

（作者單位：廣州市技師學院）