高職院?！稒C械創新設計與實踐》課程的教學設計與實施

◇蘇州工業職業技術學院 崔 勇 石皋蓮 耿 哲

為了在高職院校機械制造類專業有效開展創新創業教學，蘇州工業職業技術學院開設了機械創新設計與實踐課程。本文介紹了課程設置的整體定位，分析了授課學生的具體情況，明確了教學的重點和難點，設計了以問題導向（PBL模式）為主線的教學實施方案，課程的實施激發了學生的創新思維和創新意識，提升了學生的創新實踐能力。

為適應“大眾創業、萬眾創新”的時代發展趨勢，響應國務院《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》的政策要求，培養學生的創新精神和創業能力成為高職教育人才培養的一項重要任務[1-2]。依據機械制造類專業教學標準、職業技能標準和人才培養方案的要求，結合蘇州工業職業技術學院工程實訓中心的實際情況，充分利用豐富的機械產品創新設計案例資源，開設了《機械創新設計與實踐》課程，讓更多的學生參與機械創新設計相關的實踐項目和技能競賽，有效提高機械設計能力、獨立思考能力、機電一體化綜合實踐能力[3]。

1 課程概述

《機械創新設計與實踐》是我校機械制造類專業的一門專業核心課程，旨在培養學生的創新思維，激發學生的創新意識，鍛煉學生的創新實踐能力，使學生能夠綜合運用機械設計、數控加工、電氣控制等專業知識與技能，成為該專業培養目標設定的創新型技術技能人才。

本課程秉承“以學生為中心、以學為中心”的建設理念，圍繞機械產品結構設計、零件加工、電氣編程、樣機裝調等基本創新技能要求，構建理實一體、項目貫穿、能力序化的教學體系，整體教學設計以培養學生“自主創新能力、綜合實踐能力、團隊合作能力、職業精神和素養”為目標；課堂教學采用“以討論形式開展教學、以團隊方式組織教學、以創新大賽引領教學、以參賽作品實踐教學”的授課模式，著力提升學生的創新創業能力。

本課程基于企業真實產品的工作內容，按照認知、結構、功能、難度等不同的分類方法，確定了機械產品創新設計方法、復雜機械零件創意設計與加工、自動化機械夾具設計與制造、非標自動化設備設計與裝調等四個教學項目，依據“創新、設計、加工、編程、仿真、裝調”的技術邏輯鏈安排教學任務，形成分門別類、循序漸進、重點突出的知識架構。

參賽的教學內容為連續16個學時的非標自動化設備設計與裝調，案例為“汽車濾清器裝配與檢測一體機”，該項目分為機械設計、電氣設計、仿真分析和裝配調試等四個任務，每個任務分別安排了4個學時，并按照參賽作品的真實工作過程，進一步細分子任務實施教學。

圖1 課程模塊體系及項目四教學內容

2 學情分析

本課程開設在第四學期，學生已經學習了《機械設計基礎》《機械加工工藝》《數控機床機械部件的裝調》《可編程控制器與傳感器應用技術》、《機器視覺檢測技術及應用》等專業課程，應當能將所學機械設計、數控加工、電氣控制、設備裝調等相關專業知識與技能綜合運用于機械產品的創新實踐。

圖2 機械制造類專業課程學習進程

圖3 教學目標及教學重難點

本項目學習之前，學生已經接觸了創新設計基本原理、葉輪零件創新設計與加工、螺母內孔加工夾具設計與制造，應當能夠使用創新設計方法、CAD三維建模軟件、西門子PLC編程軟件（TIA博途軟件）、職教云教學平臺、小組合作探究法等繼續學習非標自動化設備的設計與裝調。

但是，本項目中的自動回轉分度機構的結構設計、較為復雜的順序動作控制等新知識學習，以及數字化虛擬仿真軟件（西門子MCD）、伺服電機控制、視覺識別技術、機電一體化聯調等技術深入應用，都需要安排更多的學習指導。

3 教學設計

（1）課程思政強調“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，傳授“電氣編程”和“機械裝調”的實踐經驗，講述自己成長為“勞模、大師”的親身經歷，向學生傳遞“勤勞誠懇、刻苦鉆研、崇尚技術、勇于創新”的工匠精神。二是融入“防疫、防護”常態意識，講訴疫情期間的防疫英雄事跡和設備裝調實踐過程中的安全事件，通過老師的“講解、示范、監督”，使學生樹立牢固的疫情防控和安全防護意識。介紹防疫所采用的自動化設備，以“口罩機制造與裝調”在疫情防控中的重要作用為例，突出數控加工、自動化設備專業人員的重要性，教育學生學好專業知識、掌握服務社會本領。三是融入“新技術、新應用”科技熱點，在應用“數字化虛擬仿真”和“視覺識別”技術過程中，進一步拓展介紹“工業分析軟件”和“人工智能技術”的相關知識及發展方向，教育學生要及時關注科技熱點、學習新技術。

（2）教學內容突出“兩個結合”。一是學習過程與工作流程結合，依據案例真實的設計開發過程，即“方案設計”、“機械設計”、“電氣設計”、“裝配調試”的技術鏈，安排教學內容，實現學習領域與行動領域的對接、學習線索與工作線索的對接。二是虛擬仿真與實踐操作結合，依托基礎雄厚的虛擬仿真實訓資源，利用西門子NX CAD三維設計軟件、西門子TIA博圖軟件、AutoMation Studio軟件、西門子NX MCD虛擬仿真軟件，對“機械結構設計與裝配”、“PLC編程與調試”、“氣動系統設計與調試”和“機電一體化聯合調試”等學習任務，有效開展以虛助實、虛實結合教學。

（3）教學實施圍繞“一條主線”。教學實施以問題導向（PBL模式）為主線，按照布置任務、匯總問題、引出問題、分析問題、解決問題、總結評價、復習鞏固和學習拓展等8個環節進行“線上+線下”混合式教學[4]。在課前，了解項目背景，激發創新意愿。老師推送學習資源，發布創新任務要求，分析學情并調整教案；學生自由分組在線學習資料，完成方案設計及課前測試。在課中，優化創新設計方案，提升創新技能水平，增強職業精神素養。老師引出問題，分析問題，指導示范，跟蹤協助，組織總結，課內評價；學生思考問題，討論探究，虛擬練習，實踐操作，成果展示，自評互評。在課后，鍛煉創新實踐能力，形成創新創業思維意識。老師在線答疑，綜合評價，教學反思；學生完成作業，拓展學習，成果轉化。

圖4 教學實施過程

（4）教學評價貫穿“三個階段”。一是課前評價（占比25%），通過“在線學習參與度、預設方案合理性和課前測試成績”，了解學生對預習任務的完成情況以及創新方案的設計情況；二是課中評價（占比50%），通過“課堂教學參與度、團隊協作能力、項目任務完成度、課堂測試成績、職業基本素養”，主要考察學生對機械制造類專業知識的掌握情況以合作實踐完成創新方案的能力；三是課后評價（占比25%），通過“課后作業成績、總結報告質量、拓展任務完成度”，促進學生鞏固所學知識、提高創新意愿，幫助老師評估教學質量。整個教學評價過程強調“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）學生學有所獲。一是強化了專業知識，學生對非標自動化設備設計與裝調有了完整的認知與實踐，特別是對汽車濾清器裝配與檢測設備涉及的機械、電氣和裝調知識，有了融會貫通的理解和應用。二是提高了創新能力，學生鍛煉了創新思維，增強了創新實踐能力，提高了創新創業的意識與熱情；在課后，各組學生都提出了自己的機械創新設計作品，并且部分作品已經參加各類比賽或申請專利。三是增強了職業素養，學生對“勞模、大師”工匠精神有了更深入的理解，對疫情防控常態化、安全防護重要性有了更清楚的認識，進一步明確了技術技能人才的職業擔當和使命。

（2）老師教有所獲。一是打造了優秀教師團隊，教師團隊構建了“勞模、博士、教授、工程師”的混編人員結構，形成了“設計、加工、控制、調試”的混合專業特長，完成了本課程的項目化教學改革和活頁式講義編制，促進了課程標準的重新研制。二是提升了社會服務能力，教師團隊發揮理論基礎扎實、技術能力精湛的專業優勢，協助XXX公司完成了汽車濾清器裝配與檢測設備的模塊化設計和系列化開發，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 教學反思

一是擴充教學資源，吸收更多競賽獲獎作品，進一步豐富課程案例，形成內容不斷創新、技術不斷更新的教學資源庫；二是優化教學模式，改變老師規定具體學習項目的固有模式，課前學生可以在網絡平臺按照個人興趣選擇學習項目，教師根據學生選擇結果和教學內容安排，最終確定具體學習項目；三是推廣創新成果，與企業深入合作，制定操作性強的創新成果轉化辦法，促進教學過程中產生的“創新性好、應用性強”的技術和作品，更好的轉化為具有經濟效益和社會效益的企業產品。