工業設計技術賽項對高職院校機械類相關課程的促進作用

(遼寧建筑職業學院,遼寧 遼陽 111000)

0 引言

在我國,面向職業院校學生所開展的職業技能大賽,主要是指某項專業技術為目標導向,組織行業內的工作人員與對應專業的學生分組進行比賽,獲勝者可獲得相應的獎勵,并以此來了解職業院校學生的學習情況,為今后的學生培養指定方向,同時也為企業選拔人才提供參考依據[1]。

在眾多技能大賽中,全國職業院校技能大賽(后簡稱大賽)是其中最為重要的比賽之一,大賽是由教育部發起并牽頭,聯合國務院有關部門及有關行業、團體和地方共同舉辦的一項公益性且面向全國職業院校學生的綜合技能競賽活動[2]。大賽主要分中職組和高職組。以2021年為例(因疫情影響,2022年部分競賽環節進行了簡化和取消),高職組共有62個賽項,涵蓋了高職院校眾多專業和學科。近年來,專業技能競賽的賽題也越發貼合工程實踐,更加注重實踐技能的培養[3]。本文以大賽高職組中的“工業設計技術”賽項為例,來說明其對高職院校機械類相關課程的教學促進作用。

1 “工業設計技術”賽項簡介

1.1 競賽內容

“工業設計技術”是機械大類中的重要賽項,主要考核的是參賽選手利用三維掃描設備對給定產品進行掃描,獲得該產品外形的“實樣”點云后,再進行三維逆向建模和產品創新再設計,并生成產品裝配圖及零件圖,采用CNC 機床和3D打印設備將“創新產品”零部件部分加工出來,最后進行“創新產品”裝配驗證,最終實現從“實樣”到“創新產品”的設計研發和制造過程。

1.2 競賽流程

“工業設計技術”賽項主要分為三個階段完成,第一階段即數字化設計、數據采集和逆向建模與創新設計;第二階段為CNC編程與加工;第三階段3D打印與裝配、主要完成3D打印與裝配驗證二個競賽任務。在競賽過程,也同時考核文明生產、職業素養、規范操作、綠色環保、循環利用等多方面的職業素養。競賽內容、分值和競賽時間見表1。

由表1可以清晰的看到,本賽項從點云數據采集、點云數據處理、模型重構(逆向建模)、對產品某一部分創新設計、數控加工仿真程序編制與現場加工、3D打印模型制作和裝配的干涉檢驗等眾多方面來考核參賽學生的專業知識水平和技能操作水平。在比賽過程中,也可以對學生的整個專業素養和職業習慣有一個良好的考核與檢驗。同時,通過學生在參賽過程的綜合表現,也能側面反映出學生對所學課程中知識點的消化、吸收和理解情況,也是對相關課程教學情況的一次有效檢驗。

2 賽項對課程教學的影響

2.1 與本賽項相關的機械類專業課程

整體的賽項任務完成的過程,是對機械類參賽選手綜合能力的一次考核與檢驗,并與今后學生的就業方向和工作內容十分相近。同時,也是對高職院校機械類專業開設課程有著指導性作用。

目前,遼寧建筑職業學院與本賽項競賽內容相貼合的專業課程設置主要有3門課程。

1)逆向工程技術課程。該課程的教學內容為對產品的三維數據掃描及模型重構,能夠完成的是競賽內容的前兩個部分任務,即三維數據采集環節和模型重構環節。在教學過程中,使學生具備對典型特征且結構鮮明的自由曲面產品或零部件產品進行三維數據掃描和數字化建模的能力,同時這檢驗了學生對前期機械制圖和機械設計基礎等課程的基礎知識掌握是否扎實。圖1為學生在課堂上分組對雙翼飛機玩具進行三維數據掃描的操作練習。

圖1 學生在對雙翼飛機玩具進行三維掃描練習

模型重構環節即逆向建模設計,要求學生學會使用逆向建模軟件,對生成的點云數據文件進行合理的數據處理,達到高精度的模型重建及實物模型還原。對學生的建模能力和工作態度都是一個良好的鍛煉。圖2為學生完成對雙翼飛機玩具的模型重構。

圖2 雙翼飛機玩具的模型重構

2)三維建模與自動編程和金工實習課程。該課程教學內容為對產品的創新設計及CNC編程與加工,能夠完成的是競賽內容的中間兩部分任務,即對產品的某一部分結構進行創新設計和數控仿真編程。

產品結構創新任務環節要求學生能夠結合機械制圖和機械設計等課程的相關知識,按賽項任務書要求進行結構和功能的合理創新設計,同時兼顧美觀性、可行性和經濟性,并生成零件圖和裝配圖,最后以編寫創新設計方案說明書來對任務進行闡述和表達。這樣很好地考核了參賽學生的空間想象能力和結構創新能力及專業的交流表達能力。

圖3為學生的課后練習作業,對壁掛式電話底座的創新設計。在電話筒與底座凹槽之間設計了一個卡扣,使電話筒掛在墻壁上時不易掉落;同時卡扣設計為裝配在底座上,獨立零件,使其結構和配色有較大的變化空間,靈活且適應性強。這部分主要考核學生的機械制圖和機械制造基礎等課程知識點的掌握情況,并按照要求對產品或零件的結構進行合理優化、改造和創新。

圖3 壁掛式電話底座的創新設計

CNC編程與加工任務環節,主要培養學生能夠使用CAD/CAM軟件對產品或零件進行合理的數控加工仿真編程,檢驗無誤后將所編程序導入數控機床進行加工。同時,學生根據所用的機床、刀具和毛坯等加工條件,分析指定零件的加工工藝,確定其加工工藝過程,編制加工工藝工序卡、對工件的定位裝夾、刀具的選取與裝夾、對刀和刀具更換等操作技能都是考核學生實際操作能力的重要環節。并通過零件加工后的表面質量及加工精度來判斷其編排設計的加工方案是否合理。以上任務環節主要考核高職院校學生的數控加工工藝編制和CNC編程與加工的能力及技巧。圖4為學生在金工實習課堂練習上完成的金屬零件加工成品。

圖4 學生完成的金屬件成品

以上競賽環節是本賽項的重要內容,也是與高職院校所開設的課程有著緊密的聯系,是學生需要重點學習和掌握的內容。至于“3D打印與裝配”任務環節,則會以選修或開設課后興趣小組的方式,讓感興趣的同學積極參加進來。這樣安排可以使課程體系重點更加突出,學生在學習的過程中能夠更好的來安排學習的重點和難點。

通過以上分析可以看出本賽項涵蓋了機械類眾多的相關課程,并通過一次比賽將多門課程有機結合起來,從而讓學生對整個專業的課程體系有更好理解,懂得學好各個課程的最終目的是能夠有效完成生產加工任務。

2.2 該賽項對機械類專業課程教學的促進作用

機械類學科是理論聯系實際極強的學科,所有相關知識的學習到最后都是為實際的生產加工制造所服務,所以機械類很多相關課程都有著極強的操作性和實踐性。

由于高職院校對機械類專業學生培養的側重點為實際操作和動手能力,所以在教學過程中實施“理實一體化”教學則顯得尤為重要[4-6]。但是由于各個高職院校的教學任務、教學環節側重點和教學資源及設備不同,對“理實一體化”教學的具體實施情況和實踐程度也不盡相同,難免存在教學差異。但隨著本賽項的設立,以上問題順利解決。同時技能大賽反映的是行業企業的最新動態,透視的是職業院校教學質量[7],更適合做為檢驗各院校的教學效果的衡量標準。本賽項設立的初衷,就是要全面考核高職院校學生機械類專業課程的工程實踐能力和創新能力的掌握情況。各參賽院校通過參加本賽項,可以將本賽項的任務和要求作為衡量自身院校教學質量的標準,使得各院校人才培養方案的整體目標相對統一,使得院校間機械類專業存在的教學差異降到最低,對今后各院校課程培養方案的制定起到了較明確的指導性作用。

同時,通過技能大賽,也可使各參賽選手充分展示出各具特色的參賽技能,并能夠給觀摩者創造很好的學習機會,使來自不同地區、不同院校的參賽選手之間可以互相交流和學習[8]。

指導教師則通過參賽學生臨場表現和比賽結果,可以更好地了解本校學生目前知識能力水平的掌握情況,今后則會更加清晰地完成對教學目的、課程安排和教學內容設置等環節的制定,對今后教學安排與調整具有很好的指導性作用。指導教師的能力水平對競賽成績的影響是至關重要的[9],同時參賽本身也是對指導教師能力水平及教學方式方法的一次側面檢驗,從而提升今后教學的實用性與針對性,達到“以賽促教、以教練賽”的良性互動,并實現教師與學生的專業技術水平共同提升的良好效果[10],也以此督促指導教師不斷學習、進步和提升。

而且,指導教師在通過組織學生參賽的過程中,可以有效提升自身的組織能力、工作能力和溝通水平。參賽之余,指導教師在了解本專業前沿技術的同時,還可以與行業內的專家與業務骨干進行學術交流,從而提升自身專業知識和技能。

隨著技能競賽的開展,賽教融合是教學改革的必由之路[11],也是機械類專業課程今后的主要教學方向。更需要指導教師將選手參加競賽時所積累和反饋的經驗有機融入今后的日常教學,讓學生能夠更系統地學習和掌握相關知識和操作。

同時,本賽項的舉辦,也是對承辦院校競賽實訓基地建設的一次良好檢驗。競賽實訓基地除了承辦比賽之外,還承擔機械類相關課程的日常教學工作及實訓任務。較高水平的競賽實訓基地及相關比賽設備既是提升參賽選手綜合競爭實力的關鍵因素,也是日常教學中,學生了解行業前沿技術、設備的更新迭代和相關設備的操作技能的有效途徑,是不可或缺的重要教學組成部分[12]。而通過承辦比賽,對競賽實訓基地的發展與建設也有著重要的促進作用,可以使其更加規范與合理。

3 結論

通過以上的分析和論述,可以看到工業設計技術賽項設置的環節和任務內容,可以作為各高職院校機械課程的教學目標和課程設置的標桿和參考依據,對高職院校機械類相關課程的設置提供良好的示范作用和明確的指導作用。使各院校的人才培養方案整體目標加以統一,使得院校間機械類專業存在的教學差異降到最低。賽項提供較為先進的技術和設備讓學生進行操作和鍛煉,將課堂教學和生產加工有機結合起來,使學生對相關課程知識點的學習理解得更深入,很好地解決了高職院校理論教學與實際生產結合較弱的問題,也使教師在課程講解和授課過程中某些關鍵環節的教學目的更加明確,從而對機械類專業相關課程的整體教學目標、人才培養方案的制定和競賽實訓基地建設等都有著良好的推動和促進作用。