基于專業競賽的“課—賽—研”一體化漸進式高職人才培養模式研究

張占輝 齊攀 喻小燕

［摘 要］針對高職院校人才培養中的“課—賽—研”無法有效銜接難題，通過指導學生參加省級專業技能競賽，深入分析了競賽各環節內容與專業課程間的關聯，并進一步探索了技術技能的研究與專業課程、技能競賽間的邏輯關系，最終對“課—賽—研”一體化漸進式高職人才培養模式進行了探索。

［關鍵 詞］高職；人才培養；專業競賽；“課—賽—研”一體化

［中圖分類號］G715［文獻標志碼］A［文章編號］2096-0603（2023）29-0061-04

一、引言

教育部出臺了多部文件旨在增強高校學生的創新能力培養[1]。各類競賽和創業活動是一種被廣泛認可的第二課堂人才培養模式，其在培養學生分析解決問題、知識靈活應用、團隊協作等能力方面具有顯著成效[2]。目前，圍繞學生競賽及創新創業等綜合能力培養的研究主要聚焦于以競賽為載體的“課—賽—研”一體化漸進式人才培養的模式研究方面；針對該內容，學者們結合自己的專業特色從各個方面對其展開了研究，幾種典型的研究觀點如陳利等學者通過對高職院校學生職業技能競賽體系的構建與實踐的研究發現如能保證競賽與教學和學生活動相融通，校級競賽與省級、國家級競賽及職業資格鑒定相結合，則可保證競賽的實踐性、時效性、先進性[3]。程凡升等研究人員分別從學科競賽內容、存在的問題、改革措施等角度分析了學生創新與實踐能力培養方法[4]；喬英等則以具體比賽項目為例分析了競賽過程對學生創新能力的促進機制[5]；陳洪彬等學者則從不同角度分析了競賽對創新型人才培養、實踐教學、專業課程建設等的促進作用[6]；趙志換等人則研究了新工科背景下各類競賽對學生工程實踐能力的促進作用[7]。本文通過作者指導學生參加省級專業技能競賽，擬對“課—賽—研”一體化漸進式高職人才培養模式進行研究。

二、基于競賽的課賽銜接模式分析——以省競賽為例

專業技能競賽一般既涉及理論基礎，又涉及實操技能，而專業理論基礎則通常是高職院校內開設的專業課程內容，實操部分雖原理相同，但具體實操時因設備型號不同，具體操作過程略有差異。以作者指導學生參加的“廣東省高端精密制造（激光裝備與制造技術）職業技能競賽”等為例。

（一）F1模型賽車設計、競速與專業課銜接度研究

該比賽涉及機械設計、機械制造等多個專業內容，要求的工作任務為：（1）根據給定的數據設計并添加缺失的零件，生成完整的3D裝配模型手工或自動排版，生成DWG或DXF激光切割排版圖。（2）完成激光切割、整車的裝配和裝飾，提交模型整車，由企業工程師對模型進行測量評估。（3）在F1賽場跑道上完成競速測試。具體而言，整個生產任務可詳細劃分為設備調試—設計—加工—裝配—測量—產品測試6個環節。詳述如下：

1.設備調試與專業課程的邏輯關系探究

每個工位有一臺非金屬激光切割機，但該切割機存在若干故障，如X/Y軸不能移動，不能移動的原因可能是未接電源、皮帶松動等。此外，還存在激光的光學聚焦位置不準確、激光功率不夠、排氣系統故障等。該部分需要選手根據試機后觀察到的現象，自行排除故障，從而完成3 mm厚木板的切割。該模塊的設置實際上是對學生綜合能力的評測，既包含專業課機械設計基礎部分，如傳動系統中的各種傳動方式，又涉及機械加工基礎中的激光加工等，因此需要學生具有良好的專業課綜合應用能力。同時由于涉及激光操作的安全性，在校內上課的職業素養此時也得到較好體現，即注意人身與設備安全。

2.賽車模型設計與專業課程關聯探究

該部分內容主要與學生在校期間的“機械工程制圖”“CAD造型與設計”等課程知識與能力相關，該內容主要考察學生的讀圖、識圖能力，同時能夠根據提供的賽車完整模型及提供的部分數字模型，準確判定零件結構，通過賽車完整模型設計相應零件，最終完成賽車的裝配，因此如學生在校期間擁有扎實的制圖識圖學習經歷，同時能夠熟練應用三維造型軟件（如SolidWorks、Proe等），則該模塊任務能夠被較好地完成。同時在設計及裝配完成后，需要注意文件保存為DWG或DXF格式，以方便后續激光切割時的排版。

3.激光加工與專業課程關聯探究

該內容主要考察激光加工設備的使用，雖然各激光設備的加工原理相同，但因學校與競賽使用激光設備不同，承辦方專門組織了激光設備的賽前培訓，從而提升了學生對新產品的熟悉度與使用能力，這種即訓即練即考核的模式非常有助于鍛煉學生的快速學習能力，特別是在實戰化的任務場景下。當然該模式也有弊端，即掌握的深度可能較淺，形成的可能只是短時記憶，但因激光加工設備的型號不同，因此在熟練掌握了激光加工的若干重要因素（焦距、線能量等），該內容可隨著工作穩定后，長時間使用某一型號激光加工設備而自然得以解決。同時在該模塊學生還需注意激光加工的排版問題，因前期提供的數字化圖紙有缺失零件，此處既要注意將所有零件均排布完整，無遺漏零件，又要注意合理布局，使每個零件均能夠無干涉地被激光加工出來。當然這里激光加工前除了設置相應的激光加工參賽及行走速度外，還要注意對加工木板的固定，即如機械加工中的車銑刨磨需要對零件固定一樣，如不對木板固定或者固定不夠牢固，都將可能由于激光切割加工過程中木板的移動使加工零件精度不夠甚至報廢。

4.零部件裝配與專業課程關聯探究

由于激光加工后的零件在組裝時不可用膠水等其他材料連接，因此賽車裝配后的牢固性完全依據裝配關系確定。該內容實際上即為“互換性與測量技術”專業課知識，但這里需要注意的是，由于聚焦位置、激光功率、切割速度的影響，激光切割后的零件尺寸精度較低，因此在僅依靠過盈配合完成零件牢固裝配的前提下，對于“孔”型零件，其尺寸在切割時要比給定的尺寸略小，而“軸”型尺寸則應將切割尺寸設置得略大于給定的設計尺寸，這樣通過孔小而軸大的尺寸配合，方能形成連接較為緊密的過盈配合關系，才能確保小車的裝配是牢固的，不會在接下來的競速階段發生變形甚至因與賽道側壁等碰撞而散架。

5.模型尺寸測量與專業課程關聯探究

該部分對應課程主要為“互換性與測量技術”中的測量部分，特別是各個關鍵尺寸的測量，如裝配完成后賽車的總長、總寬、前后輪的軸距、CO2氣瓶位置等。該部分主要應用的是授課過程中的尺寸測量，雖然未直接涉及幾何公差，但如果前后兩車軸的平行度不好，甚至成一定角度，則在競速階段必然將導致車的行駛速度無法達到流暢狀態。

6.產品競速測試對專業學習能力提升機制研究

產品競速測試主要為速度測試，其中CO2氣瓶為賽車的動力源，通過向后噴出壓縮氣體，從而推動小車向前行駛。該部分內容實際上為“機械設計”部分內容，主要是動力與阻力、阻力與外形的關系；但由于該部分內容一般較少涉及，因此更是對學生專業學習能力的考驗。通常這里有兩種方案：一種是設計為極簡形式，只保留賽車必要的框架支撐，其余各組成零件均舍棄不要；另一種則根據流線型風阻最小的設計原則，盡可能將迎風面各零件設計為流線型，從而降低風阻。而從最終的競速結果來看，設計為流線型的小車因風阻更小，具有更好的競速性能，用時最少。

（二）模塊C：滑板車踏板架設計加工與專業課程銜接研究

該部分要求為：設計小組對現有的一種滑板車進行改型設計并完成原型制作，在分析舊型產品數字模型基礎上要完成踏板—前叉連接件的鈑金設計—加工—檢測—裝配（裝配所需部分構件由組委會提供，最后完成新型整車制作）。整個生產任務包括鈑金設計—加工參數選擇—激光切割—CNC折彎—激光焊接—整車裝配—3D掃描測量—產品測試8個環節。

1.鈑金設計與專業課程關聯分析

該環節主要根據提供的圖紙，確定各零件的尺寸，并在CAD中重新繪制其尺寸及形狀，該部分內容主要考察學生根據圖紙重新繪制CAD模型，并生成二維工程圖的能力，主要依據“機械制圖”“三維CAD造型”等課程。

2.加工參數選擇與專業課程關聯分析

該部分主要是對滑板車連接部分的底板進行加工，該部分內容主要為“機械加工基礎”內容，本部分與F1賽車部分激光加工參數選擇及其注意事項相同，但因蓋板的厚度相較于賽車的3 mm板而言較厚，為6 mm，因此需提升激光切割機功率或降低激光切割速度，從而確保能順利完成切割。

3.激光切割與專業課程關聯分析

該部分內容與前述的激光加工木板不同，該環節為鈑金設計之后，依據鈑金設計對金屬板的切割，采用的激光切割功率更大，該部分內容主要為“工程材料與熱加工”專業課程中的內容，由于激光切割金屬后的成形不可修復，因此需在正式切割前進行動作演示，類似于工業機器人中的示教環節。在空程示教軌跡前，需調整加工順序及起始切割點。加工順序對于零件成形至關重要，如先切割大零件的外輪廓，特別是大零件內部如有孔洞的話，則在完成大零件切割后，由于大零件被切割完畢后位置發生錯動，且處于不固定狀態，此時就無法再對零件進行加工。因此，在對大零件進行加工時，一定要注意其上是否有小孔洞等小零件位置的加工。如大零件上有小零件需加工，則應先對小零件進行加工，從而保證全部零件均能夠得到完整加工。在確定零件加工順序后，另一考慮問題即切割點。切割點應位于我們使用零件的輪廓之外，如激光切割起始點位于目標零件內部，則由于激光切痕的存在，將對零件的力學性能造成損傷。因此，在軌跡空程運行之前，需先確保所有的激光加工起始點位于零件之外。在完成加工順序及切割點之后即可進行空程運行。在空程軌跡及加工零件順序都確定之后即可選擇合適的激光切割參數對金屬板件進行切割加工。

4.CNC折彎與專業課程關聯分析

該部分內容主要為“機械加工基礎”部分內容，此處需要根據圖紙給定的尺寸，對扇形金屬板進行折彎操作。這里應特別注意參數的調節，確保扇形板兩側彎曲尺寸相同，從而保證后續順利裝配。

5.激光焊接與專業課程關聯分析

激光焊接部分內容為“工程材料與熱加工”專業課程中的知識。“工程材料與熱加工”中主要講述了焊接接頭由焊縫、熱影響區以及融合區等構成。本次比賽采用激光填絲焊接，焊接同樣由正極和負極構成，同時注意選擇合適的激光焊接參數。同時激光焊接時注意采取防護措施，避免眼睛被強光刺傷，焊接前先確定零件的相對位置，位置確定好之后采用夾持裝置對零件進行固定。在焊接之前，應先采用激光對兩端部位進行點焊定位。點焊之后選擇合適的工藝參數，從一端焊至另一端，此時需要有較好的操作手感，焊接質量對焊件零力學性能具有重要影響。同時焊接過程中注意帶好防護手套，避免激光焊接中產生的飛濺，對身體造成灼傷。此處保證焊接彎曲件與底板連接牢固可靠，采用四面全焊。同時為確保焊縫的成型質量，在完成焊接之后需對焊縫進行無損檢測。

6.整車裝配與專業課程關聯分析

在完成上述扇形板、兩側加強筋、中間U型板等切割和焊接加工后，即可對整車進行裝配，該部分內容主要與專業課程中的“公差與配合”內容相關度較高，但因該部分裝配為粗加工，因此不再涉及詳細配合制及基準制的選擇。

7.3D掃描測量與專業課程關聯分析

3D掃描測量是采用先進的技術手段對裝配后的小車進行數據采集，從而判定加工制作后的小車與給定圖紙的尺寸是否一致。

8.產品測試與專業課程關聯分析

產品測試則是在完成所有加工環節之后對產品性能的檢測，為了提升選手的成就感，本次測試由選手個人站立于滑板車上向前滑行，以測試產品的牢固程度與力學承載能力。

（三）基于競賽的“課—賽”互促機制研究

由上述兩模塊內容可知，競賽的多個環節內容均與相應的專業課緊密相關，其中專業課為競賽提供了理論知識與技能基礎，同時競賽為課程專業內容的應用提供了綜合應用的平臺，兩者相輔相成，專業課為基礎，競賽為專業課程的拓展應用與深化。

由此可見，良好的課程基礎為競賽乃至研究的前提，只有在課程學習期間對各專業課的知識、技能、職業素養等有良好、牢固的掌握，才能在技能競賽時做到游刃有余。同時競賽在對專業課的內容深化的同時，以項目形式考察了學生對專業課程的綜合應用能力，特別是較好地考驗了學生理論與實踐的交互應用。

為更好地發揮“課—賽”互促作用，在專業課程學習過程中，教師應根據競賽內容進行針對性的擴展，從而加深學生對書本知識之外前沿技術的了解、掌握，從而更好地實現以技能競賽為載體，提升專業課的技術前沿度。同時在授課過程中，對專業中的重難點，采用多種手段提升學生的掌握度，從而真正實現“課—賽”互促。

（四）基于競賽的“課—賽—研”一體化漸進模式

基于上述專業課程與競賽互促關系，在競賽過程中涉及多個技術參賽的選擇，而這些內容本身即為技術技能研究過程，因此通過該過程研究，能夠顯著提升學生對技術技能的研究水平。同時知識的綜合應用也能有效檢驗學生的知識掌握情況，通過項目研究針對學生薄弱項進行針對性的強化訓練。基于上述技術技能參賽的研究確定過程，學生技術研究能力也將得到進一步鍛煉，同時可以此競賽內容為載體，針對過程中的某一難點或重點問題進行更深入的研究，結合查找國內外文獻等，形成解決方案，并撰寫相應論文或專利，從而發表相應科研成果。

此外，在競賽開展過程中，各種職業素養也將得到進一步鍛煉與檢驗，如操作激光切割時的安全意識、賽車模型設計時的精益求精等。

三、結論

通過指導學生參加省級專業技能競賽，對高職院校人才培養中的“課—賽—研”銜接問題進行了研究，發現技能競賽各環節內容與專業課程具有高度相關性，專業課程為競賽內容基礎，同時發現技術技能的研究是對專業課程、技能競賽的進一步深化，從而探索了“課—賽—研”一體化漸進式高職人才培養模式。

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