基于“機(jī)床自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法探討

張紅麗，胡麗娜，趙鳳英

（青島城市學(xué)院，山東 青島 266106）

0 引言

案例式教學(xué)是在教學(xué)目標(biāo)的指引下，遵循教學(xué)大綱精神，通過(guò)特定的素材、媒介、材料等案例，引述事實(shí)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的一種新的教學(xué)方法[1]。案例式教學(xué)促進(jìn)了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，但主要還是以講授、觀摩為主，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用實(shí)踐性不強(qiáng)。本文在案例式教學(xué)方法的基礎(chǔ)上延伸了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，以“機(jī)床自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目為例進(jìn)行了項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法進(jìn)行了應(yīng)用分析。

1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法及意義

1.1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法是在課程知識(shí)講授前，先提出一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行所用知識(shí)的分解，搭建課程知識(shí)結(jié)構(gòu)框架，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的形式對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行分模塊學(xué)習(xí)。

1.2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)意義

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改變了以往的純課堂理論教學(xué)模式，它延伸到了理論知識(shí)的應(yīng)用，可更好地理解和鞏固課程知識(shí)點(diǎn)。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)有助于課程知識(shí)的學(xué)習(xí)理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中更加注重教學(xué)的實(shí)用性和應(yīng)用性，讓學(xué)生在日常的學(xué)習(xí)過(guò)程中就能將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有效結(jié)合起來(lái)，從而切實(shí)實(shí)現(xiàn)了學(xué)校直達(dá)工作崗位的教學(xué)目的，能夠更好地滿足社會(huì)企業(yè)對(duì)專(zhuān)業(yè)人才直接需求[2]。

2 “機(jī)床自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)”項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 “機(jī)床自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)”項(xiàng)目簡(jiǎn)介

（1）項(xiàng)目研究意義。本項(xiàng)目研究是基于我院實(shí)訓(xùn)基地原有數(shù)控車(chē)床，進(jìn)行自動(dòng)上下料功能改造，保留原有機(jī)床本體及功能，設(shè)計(jì)增加機(jī)床的自動(dòng)上下料裝置。項(xiàng)目研究可以應(yīng)用到企業(yè)已有數(shù)控機(jī)床的改造，提高效率，降低成本，同時(shí)項(xiàng)目實(shí)例符合機(jī)械專(zhuān)業(yè)人才需求方向，對(duì)教學(xué)的促進(jìn)和學(xué)生的能力培養(yǎng)具有重要實(shí)用意義。

（2）項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容。機(jī)床自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)采用單立柱桁架式機(jī)械手，在原有機(jī)床的側(cè)上方建立桁架，設(shè)計(jì)機(jī)械手取放軌跡，自動(dòng)給數(shù)控機(jī)床的工件上下料，輔助其進(jìn)行精密加工及工件運(yùn)送等，對(duì)機(jī)床設(shè)備的改造量小，改造后還可以隨時(shí)在自動(dòng)上下料生產(chǎn)模式和手動(dòng)上下料生產(chǎn)模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

研究的單立柱桁架式全自動(dòng)上下料裝置主要與數(shù)控車(chē)床緊密配合，通過(guò)PLC控制器的運(yùn)算及傳感器信號(hào)的感應(yīng)，對(duì)各伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行邏輯控制，從而實(shí)現(xiàn)物料輸送自動(dòng)化、機(jī)床上下料自動(dòng)化、物料裝夾與數(shù)控機(jī)床匹配自動(dòng)化，組成自動(dòng)化上下料機(jī)加工系統(tǒng)。設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容主要包括三個(gè)方面：自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控機(jī)床匹配控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)是以項(xiàng)目分解的各部分設(shè)計(jì)任務(wù)作為引導(dǎo)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式將各關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)講解，讓學(xué)生通過(guò)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建各部分設(shè)計(jì)方案，最后通過(guò)學(xué)生自主研討評(píng)價(jià)方式對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比較，依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，論證各方案優(yōu)劣勢(shì)，既鍛煉了學(xué)生運(yùn)用多種方案解決實(shí)際問(wèn)題的能力，又深化了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用。

（1）項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)。根據(jù)項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)分解為三個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)：

①自動(dòng)送料裝置設(shè)計(jì)：根據(jù)物料抓取節(jié)拍要求，設(shè)計(jì)物料在Y軸的自動(dòng)輸送及定位；同時(shí)根據(jù)加工物料不同，設(shè)計(jì)可靈活更換的模塊化料盤(pán)。

②自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)：根據(jù)與數(shù)控機(jī)床的加工匹配要求，設(shè)計(jì)物料在X軸、Z軸方向的移動(dòng)輸送及定位；設(shè)計(jì)機(jī)械手爪對(duì)物料的自動(dòng)抓取更換。

③與機(jī)床匹配的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)與數(shù)控機(jī)床的加工匹配要求，設(shè)計(jì)料盤(pán)Y軸輸送控制、機(jī)械手X軸Z軸運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械手爪的抓取與旋轉(zhuǎn)控制、人機(jī)交互操作與顯示等。

（2）項(xiàng)目關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)。本項(xiàng)目任務(wù)涉及《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》《數(shù)控編程與加工》《電氣控制與PLC》等多門(mén)課程知識(shí)點(diǎn)，且各知識(shí)點(diǎn)在不同課程之間相互關(guān)聯(lián)。《機(jī)械原理》研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，《機(jī)械設(shè)計(jì)》研究機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，《數(shù)控編程與加工》研究數(shù)控機(jī)床的編程與加工操作，《電氣控制與PLC》研究機(jī)床電氣控制及機(jī)床與上下料裝置之間的動(dòng)作匹配控制等。

以《機(jī)械原理》課程為例，在該課程中項(xiàng)目涉及知識(shí)點(diǎn)如圖1：

圖1 項(xiàng)目涉及《機(jī)械原理》課程知識(shí)點(diǎn)

（3）構(gòu)建各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)要求，自動(dòng)輸送裝置需要實(shí)現(xiàn)物料Y軸方向輸送，一方面要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)輸送，還要根據(jù)節(jié)拍實(shí)現(xiàn)步進(jìn)輸送。在《機(jī)械原理》課程中能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)式移動(dòng)輸送的機(jī)構(gòu)有平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。在學(xué)習(xí)這些課程知識(shí)點(diǎn)時(shí)，以本項(xiàng)目中的步進(jìn)式輸送為設(shè)計(jì)任務(wù)，講解各機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)的原理、方法及設(shè)計(jì)思路，學(xué)生學(xué)完相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)后構(gòu)建自己的設(shè)計(jì)方案。

自動(dòng)上下料裝置輸送部分需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)X軸、Z軸的往復(fù)直線傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。在學(xué)習(xí)這些機(jī)構(gòu)傳動(dòng)時(shí)，圍繞本部分設(shè)計(jì)任務(wù)，講解各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、組成、工作原理及參數(shù)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)各知識(shí)點(diǎn)后，構(gòu)建項(xiàng)目任務(wù)實(shí)現(xiàn)方案。

自動(dòng)上下料裝置中的機(jī)械手爪需要實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的夾持和松開(kāi)，這種手爪可以采用是連桿杠桿式也可以是齒輪齒條式，那么每種類(lèi)型如何設(shè)計(jì)，如何實(shí)現(xiàn)呢？可以圍繞這些問(wèn)題將知識(shí)點(diǎn)建立聯(lián)系，學(xué)生們?cè)诮鉀Q問(wèn)題過(guò)程中掌握課程知識(shí)點(diǎn)。

（4）方案論證及實(shí)施。知識(shí)點(diǎn)授課完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，同學(xué)們分組完成各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，由教師組織開(kāi)展研討評(píng)價(jià)，各小組分享自己的設(shè)計(jì)方案，并聽(tīng)取其他組同學(xué)的設(shè)計(jì)方案，互相學(xué)習(xí)探討，找出各小組設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣勢(shì)，再結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)選出最佳方案，應(yīng)用《機(jī)械原理》課程知識(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制、機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析。

2.3 項(xiàng)目教學(xué)組織實(shí)施

項(xiàng)目式教學(xué)是圍繞項(xiàng)目任務(wù)而設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)，不再以教材內(nèi)容為順序，而是根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)要求，需要哪些知識(shí)點(diǎn)就講解哪些知識(shí)點(diǎn)，注重知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用，注重學(xué)生實(shí)際解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)，真正做到學(xué)有所用。

傳統(tǒng)《機(jī)械原理》課程教學(xué)模式一般是先理論教學(xué)再進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生們學(xué)完基礎(chǔ)理論知識(shí)后才開(kāi)展實(shí)踐課程設(shè)計(jì)，這樣導(dǎo)致大部分學(xué)生理論和實(shí)踐脫節(jié)，不能將課程所學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用到實(shí)踐課程設(shè)計(jì)中，很多學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)時(shí)不知從何下手。而項(xiàng)目式教學(xué)是在課堂教學(xué)中融入實(shí)際工程項(xiàng)目案例,圍繞實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)容組織的課程知識(shí)點(diǎn)，將課堂內(nèi)容拓展到實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)目的明確，即學(xué)即用。這種方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，將理論知識(shí)運(yùn)用與實(shí)踐，強(qiáng)化了對(duì)理論知識(shí)的理解。

“機(jī)床自動(dòng)上下料裝置”項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)還可以為多門(mén)課程的教學(xué)提供場(chǎng)景，比如在《機(jī)械原理》課程學(xué)習(xí)后本項(xiàng)目應(yīng)用還可以拓展到《機(jī)械設(shè)計(jì)》《數(shù)控編程與加工》等課程，將《機(jī)械原理》得到的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)，動(dòng)力傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、部件組裝等，搭建圍繞該項(xiàng)目的《機(jī)械設(shè)計(jì)》知識(shí)點(diǎn)體系，而《數(shù)控編程與加工》課程知識(shí)點(diǎn)可以圍繞實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工與自動(dòng)輸送及自動(dòng)上下料匹配建立。

3 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的實(shí)施不僅對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一次重構(gòu)，它打破了教材的界限、課程的界限，圍繞具體工程項(xiàng)目搭建知識(shí)體系，是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的一個(gè)重塑整合，而且還改變了教與學(xué)的模式，同學(xué)們先得到項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)，帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解都是圍繞任務(wù)展開(kāi)，學(xué)習(xí)目的明確，主動(dòng)性強(qiáng)。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)以社會(huì)對(duì)人才的能力要求為方向，以學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)如何應(yīng)用為目標(biāo)，以活學(xué)活用、“會(huì)用”為最終學(xué)習(xí)結(jié)果，增強(qiáng)了課程教學(xué)的針對(duì)性、實(shí)用性。項(xiàng)目式教學(xué)特別適合高校工程專(zhuān)業(yè)類(lèi)課程的學(xué)習(xí)，為高等教育的應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供參考和依據(jù)。