基于混合式教學(xué)模式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程改革實(shí)踐探究

摘要：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程是智能制造專業(yè)群的核心技術(shù)技能課程，高職院?！?+X”證書制度推進(jìn)，要求對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程進(jìn)行深入的教學(xué)改革，結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，在課程定位、課程培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容、實(shí)施方式、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面做出改進(jìn)并實(shí)施。實(shí)踐證明，采用“一平三端”的線上線下混合式教學(xué)方式，突破了傳統(tǒng)課程教學(xué)的局限，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間顯著擴(kuò)大，課程內(nèi)容先進(jìn)實(shí)用，更契合學(xué)生學(xué)情，顯著激發(fā)學(xué)生興趣，取得了積極的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：混合式；教學(xué)；制造

中圖分類號(hào)：G42? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）06-0168-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

“中國(guó)制造2025”將是中國(guó)工業(yè)未來(lái)10年的發(fā)展綱領(lǐng)、頂層設(shè)計(jì)。綱領(lǐng)指出，加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，以智能制造為主攻方向，努力實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造、中國(guó)速度向中國(guó)質(zhì)量、中國(guó)產(chǎn)品向中國(guó)品牌的三大轉(zhuǎn)變。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)需要高端的復(fù)合型人才，對(duì)職業(yè)教育的人才培養(yǎng)提出了更高要求[1]。

“1+X”證書制度的提出，符合新時(shí)代職業(yè)教育的理念，自2019年開始，在職業(yè)院校內(nèi)進(jìn)行的證書制度試點(diǎn)，有效提升了職業(yè)院校教育教學(xué)水平，能夠更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，有利于學(xué)生綜合能力和綜合素質(zhì)的提升，從而滿足社會(huì)對(duì)復(fù)合型技術(shù)人才的需求。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程是智能制造專業(yè)群相關(guān)專業(yè)的核心技術(shù)技能課程，伴隨我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和升級(jí)的需要，社會(huì)對(duì)人才的綜合技能提出了更高要求，新技術(shù)、新科技的不斷涌現(xiàn)并應(yīng)用，要求學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)，信息時(shí)代的學(xué)生對(duì)自己的目標(biāo)更明確也更高遠(yuǎn)。本文結(jié)合當(dāng)前高職院校的教學(xué)狀況，結(jié)合當(dāng)下學(xué)生生情及當(dāng)下社會(huì)對(duì)人才的實(shí)際需求，采用先進(jìn)的信息技術(shù)和混合式教學(xué)理念，探討計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程的改革策略及方向。

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程定位

1.1 信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)中的廣泛應(yīng)用

自計(jì)算機(jī)發(fā)明以來(lái)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷與機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)相互融合，相互促進(jìn)。并在設(shè)計(jì)與制造行業(yè)發(fā)揮不可替代的作用。常見的應(yīng)用包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制（CNC）技術(shù)等。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)可進(jìn)行復(fù)雜零部件和大型裝配體總體設(shè)計(jì)，電氣機(jī)械等項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)，顯著提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率；計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)可編寫復(fù)雜零部件加工程序，仿真設(shè)備加工過(guò)程，縮短生產(chǎn)制造周期；計(jì)算機(jī)控制（CNC）技術(shù)，可控制四、五軸聯(lián)動(dòng)先進(jìn)加工中心，提高機(jī)械加工質(zhì)量和效率。

1.2 依托信息技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)發(fā)展前景

在智能化時(shí)代，新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)融合并應(yīng)用于制造業(yè)，從而引發(fā)了新的工業(yè)革命。人工智能、新一代信息通信技術(shù)與制造技術(shù)高度融合，構(gòu)建數(shù)字孿生和賽博-物理系統(tǒng)CPS（Cyber-Physical System），形成具有“智能化”特征、虛實(shí)結(jié)合的全新生產(chǎn)方式，從而形成虛實(shí)交互融合、數(shù)據(jù)信息共享、實(shí)時(shí)優(yōu)化決策、精準(zhǔn)控制執(zhí)行的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程。

1.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程重要性

面對(duì)計(jì)算機(jī)與設(shè)計(jì)與制造行業(yè)深度融合的智能化時(shí)代，機(jī)械行業(yè)的各項(xiàng)工作都與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。畢業(yè)生將主要從事設(shè)計(jì)、設(shè)備操作、工藝與編程等工作。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程直接對(duì)應(yīng)相關(guān)崗位，為適應(yīng)崗位需求，要求課程培養(yǎng)“會(huì)設(shè)計(jì)、懂工藝、能編程、精操作、善維護(hù)、可提升”的學(xué)生。整個(gè)教學(xué)過(guò)程與計(jì)算機(jī)緊密相連，傳統(tǒng)課堂教學(xué)難以滿足學(xué)生對(duì)先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

1.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程的定位

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程是基于學(xué)?！皪彙⒄n、賽、證”融通，基于現(xiàn)代學(xué)情及社會(huì)需求開發(fā)的智能制造專業(yè)群必修核心技術(shù)技能課程。如圖1所示，本課程需要“制圖與測(cè)量技術(shù)”等前期課程為基礎(chǔ)，可支撐“專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)”等后續(xù)課程；服務(wù)于機(jī)械制造與自動(dòng)化等多個(gè)相關(guān)專業(yè)；直接對(duì)應(yīng)企業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工程師等崗位；與高職技能大賽中多個(gè)賽項(xiàng)中的設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)容密切相關(guān)；可支持多個(gè)職業(yè)技能證書關(guān)于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與制造的相關(guān)內(nèi)容。

2 基于混合式教學(xué)模式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程改革

2.1 基于“一平三端”的線上線下混合式教學(xué)模式

“一平三端”是以云平臺(tái)系統(tǒng)核心層，連通教室端（智慧課堂）、移動(dòng)端（學(xué)習(xí)通）和管理端（智慧教務(wù)）三個(gè)終端去實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)境下教學(xué)新生態(tài)的構(gòu)建。如圖2所示，在學(xué)生層面，現(xiàn)在的學(xué)生出生在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，成長(zhǎng)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣于通過(guò)電腦、手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)信息手段來(lái)學(xué)習(xí)。對(duì)于教師層面，老師不僅是知識(shí)的傳播者，還是課程的設(shè)計(jì)者、開發(fā)者，是完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人。教師必須更加注重引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的自覺性、創(chuàng)造性。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造教學(xué)內(nèi)容改革

結(jié)合現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)復(fù)合性高技術(shù)人才的需求，以“知識(shí)夠用、注重技能、內(nèi)容先進(jìn)、講究實(shí)用”的原則設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，具體方案如下：參考國(guó)家職業(yè)工種“銑工”“多工序數(shù)控機(jī)床操作調(diào)整工”兩個(gè)工種的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，參考“1+X”車銑和多軸兩個(gè)職業(yè)技能等級(jí)證書標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)校定位和四個(gè)專業(yè)的專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)崗位人才素質(zhì)要求，確定課程標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)目前學(xué)生學(xué)情：“感性認(rèn)識(shí)強(qiáng)，理性認(rèn)識(shí)不深；動(dòng)手能力尚可，理論學(xué)習(xí)困難；學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)不足，探索欲望強(qiáng)；對(duì)未來(lái)期望頗高，當(dāng)下卻動(dòng)力不足；才藝個(gè)性多樣化，團(tuán)隊(duì)協(xié)作經(jīng)驗(yàn)不足；缺乏自信，失敗次數(shù)多，成功經(jīng)驗(yàn)少?！睕Q定采用線上、線下、理實(shí)一體的混合教學(xué)模式[2]。

課程在內(nèi)容上由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由機(jī)床操作逐步到工藝編程，由基礎(chǔ)技能到綜合技能，由操作工水平到工程師水平，層層遞進(jìn)。項(xiàng)目載體來(lái)源豐富，包括職業(yè)技能證書考題及樣題、職業(yè)技能大賽考題及樣題、工廠實(shí)際典型零件、學(xué)生趣味零件等。在教學(xué)過(guò)程中融入課程思政元素，例如：精益求精的工匠精神、團(tuán)隊(duì)合作的集體精神、敢為人先及突破自我的創(chuàng)新精神等。課程線上資源建設(shè)與使用情況如表1所示。

2.3 線上線下混合式教學(xué)實(shí)施

1）移動(dòng)端。課前，學(xué)生在宿舍、圖書館等地，通過(guò)線上資源提前預(yù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，了解本節(jié)課做什么、怎么做，并學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)。

2）教室端。課中，在實(shí)訓(xùn)室，教師對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)一步講解，學(xué)生完成角色分配，任務(wù)分配，并按要求完成實(shí)訓(xùn)；課后，學(xué)生將實(shí)訓(xùn)資料整理并上傳到超星線上平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行作品展示，教師對(duì)實(shí)訓(xùn)過(guò)程點(diǎn)評(píng)，學(xué)生相互點(diǎn)評(píng)。在課程實(shí)施過(guò)程中，采用項(xiàng)目化，任務(wù)驅(qū)動(dòng)、分組教學(xué)、組內(nèi)分工、組間協(xié)作、組間競(jìng)爭(zhēng)的方式。例如：當(dāng)接收到任務(wù)，所有同學(xué)一起學(xué)習(xí)零件建模，討論零件加工工藝，最后選取兩種可行的加工方案。將班級(jí)的所有學(xué)生分為兩隊(duì)，每隊(duì)分為3組。一隊(duì)各小組協(xié)同做1組方案，另一隊(duì)各小組協(xié)同做另一組方案。每組做一道工序，包括該工序的工裝編程與加工、零件的編程與加工。這樣整個(gè)班級(jí)同學(xué)完全動(dòng)員起來(lái)完成一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，整個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程如圖3所示。通過(guò)這樣的分配，不同的小組有不同的任務(wù)，每位同學(xué)根據(jù)自身特點(diǎn)選取不同的角色，既競(jìng)爭(zhēng)又協(xié)作，協(xié)作大于競(jìng)爭(zhēng)。

又如，在多軸編程教學(xué)中，機(jī)床的坐標(biāo)變換一直為教學(xué)難點(diǎn)，因?yàn)閮?nèi)容抽象，學(xué)生難以理解。如圖4（1）所示，在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，坐標(biāo)變換往往是抽象的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)圖和公式，通過(guò)教學(xué)改革，如圖4（2）所示，通過(guò)動(dòng)畫和仿真讓學(xué)生直觀地看到坐標(biāo)系的變換過(guò)程，并引入通過(guò)宏程序計(jì)算五軸坐標(biāo)平移與旋轉(zhuǎn)的方法，將宏程序與公式對(duì)比，有助于學(xué)生對(duì)五軸坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)的認(rèn)識(shí)。在線下教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)宏程序計(jì)算五軸機(jī)床的坐標(biāo)與平移，并調(diào)用宏程序進(jìn)行機(jī)床實(shí)際的操作，以上過(guò)程學(xué)生均可在課后進(jìn)行反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。宏程序主要語(yǔ)句見表2所示。

3）管理端。依托超星平臺(tái)等信息技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)程考核機(jī)制。總體可分為：項(xiàng)目考核和期末總評(píng)。項(xiàng)目考核中，學(xué)生上傳實(shí)訓(xùn)作品后，采用組間互評(píng)20%、組內(nèi)互評(píng)10%、教師評(píng)分40%、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)分30%。期末總評(píng)中也根據(jù)不同的項(xiàng)目進(jìn)行綜合計(jì)算總成績(jī)[3-4]。

3 混合式教學(xué)成果與建設(shè)思路

3.1 混合式教學(xué)成果

經(jīng)過(guò)三年的教學(xué)實(shí)踐，與原傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，三屆課改學(xué)生上課積極性和主動(dòng)性明顯提升，課堂表現(xiàn)，以及對(duì)于專業(yè)的就業(yè)前景等更明確，更可貴的是學(xué)生主動(dòng)要求課后和空余進(jìn)行實(shí)訓(xùn)練習(xí)，因?yàn)閷?duì)課程產(chǎn)生興趣，成績(jī)也對(duì)比之前有顯著提高。競(jìng)賽成果方面，自2020年課程改革以來(lái)，共獲得技能競(jìng)賽獲國(guó)家三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、省一等獎(jiǎng)五項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、三等獎(jiǎng)7項(xiàng)。對(duì)于畢業(yè)學(xué)生，通過(guò)座談了解到，學(xué)生認(rèn)為課程資源豐富，強(qiáng)烈要求長(zhǎng)期開放網(wǎng)絡(luò)課程資源[5]。

3.2 未來(lái)課程建設(shè)思路

數(shù)字化資源需要進(jìn)一步豐富，提升案例數(shù)量，改善教學(xué)資源質(zhì)量。從線上數(shù)據(jù)分析，影響國(guó)家發(fā)展的重大科技類視頻和企業(yè)中實(shí)際用到的技術(shù)類視頻播放量最高，視頻播放數(shù)目是學(xué)生學(xué)習(xí)參與度的重要指標(biāo)，反映出優(yōu)秀的數(shù)字化資源是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)也是混合式教學(xué)的核心。多與企業(yè)進(jìn)行溝通，討論更進(jìn)一步的校企合作模式，長(zhǎng)期聘請(qǐng)企業(yè)專家授課，引入高水平教師。選取典型企業(yè)加工案例，豐富課程教學(xué)案例，授課內(nèi)容要多結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行，學(xué)生畢業(yè)后可以更快地融入工作中，也更具備就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。建立畢業(yè)生跟蹤回訪機(jī)制，為畢業(yè)生提供技術(shù)支持與幫助。

4 結(jié)語(yǔ)

1）現(xiàn)代信息技術(shù)已與機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)深度融合，并在設(shè)計(jì)與制造行業(yè)中發(fā)揮不可替代的作用，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都需要現(xiàn)代信息技術(shù)的支持。

2）智能化時(shí)代的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造實(shí)現(xiàn)虛實(shí)交互融合、數(shù)據(jù)信息共享、實(shí)時(shí)優(yōu)化決策、精準(zhǔn)控制執(zhí)行的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程，要求培養(yǎng)“會(huì)設(shè)計(jì)、懂工藝、能編程、精操作、善維護(hù)、可提升”的新型復(fù)合性技術(shù)人才。

3）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造是智能制造專業(yè)群的必修核心技術(shù)技能課程，基于 “崗、課、賽、證”融通建立的專業(yè)群平臺(tái)課程。

4）借助“一平三端”平臺(tái)，以“知識(shí)夠用、注重技能、內(nèi)容先進(jìn)、講究實(shí)用”的原則改革教學(xué)內(nèi)容，以“線上+線下”混合式教學(xué)模式改進(jìn)教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，課前、課中、課后協(xié)同完成教學(xué)項(xiàng)目。

5）經(jīng)過(guò)3年多教學(xué)實(shí)踐表明，課程改革取得成功，對(duì)學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)尤其是終身學(xué)習(xí)能力的鍛煉起到非常重要的作用[6]。

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【通聯(lián)編輯：張薇】