“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程的開發與教學實踐

隨著機械零部件設計和制造技術的不斷發展，“機械零部件三維造型”能力已經成為機械類專業中職學生必備的核心能力之一。然而，目前大多數中職學校在該課程的開發和教學中存在很多問題，導致學生的學習效果并不理想。究其原因在于，課程內容過于陳舊且理論化傾向嚴重，難以對接企業崗位最新的職業標準和要求，教學方法以講授為主且難以實現教學過程與生產過程對接，學生缺乏操作環節，導致學生的學習興趣、積極性和主動性不高。為此，必須“完善‘崗課賽證’綜合育人機制，按照生產實際和崗位需求設計開發”[1]“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程，校企“雙元”合作開發新型活頁式、工作手冊式教材[2]，不斷提高課堂教學質量，提升學生的實踐能力。

一、“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程的開發目標

1.工作過程系統化課程開發模型概要

工作過程系統化課程隸屬于行動邏輯課程開發模式的范疇，它以典型工作過程為課程內容載體，以普適性工作過程為教學方法，以由易到難的學習性工作任務為梯度結構，通過典型工作過程的每個典型工作環節與普適性工作過程耦合形成小步驟循環，實現培養學習者的“綜合職業素質和行動能力”[3]（圖1）。其中，完成機械零部件三維造型的典型工作過程由“1.填寫圖紙檢驗單—2.排列繪圖步驟—3.進行三維造型—4.審訂三維模型—5.交付客戶驗收”5個典型工作環節構成，它既是教師教學的過程，也是學習者學習的過程，符合“教學過程與生產過程相對接”[4]的改革要求；鑒于記憶規律，典型工作過程的典型工作環節的數量為7±2個；普適性工作過程就是“資訊—計劃—決策—實施—檢查—評價”（以下簡稱：IPDICE）6個維度，各自承擔著引導學習者完成每個典型工作環節（比如2.排列繪圖步驟）的“搜集完成該典型工作環節的具體步驟所需要的資訊—制定完成該典型工作環節的具體步驟的計劃—通過比較和遴選，從若干個計劃中選擇出一個最優計劃—通過行動完成具體步驟實施—檢查完成每個具體步驟是否符合規定的職業要求或者技能標準—從整體上比較每個完成該典型工作環節的結果或者產品的優劣和高下”；學習情境是在合適的參照系下設置的“機械零部件三維造型”這個學習場的三種以上、由易到難的、具有學習遷移的可能性的工作情況，如跑車模型車軸的三維造型、跑車模型車輪的三維造型、跑車模型前翼的三維造型、跑車模型后翼的三維造型、跑車模型車體的三維造型等；一般來說，參照系主要從工作的對象、內容、手段、組織、產品、環境及其特征等方面任意進行選擇，但是最合理的是能夠促進學生遷移的參照系；在此，參照系就是將“機械零部件三維造型”這個學習場劃分成三個以上的學習情境的標準，即“造型對象的復雜程度”；鑒于學習情境已經具有可操作性，因此不需要在學習情境之下再行設計學習性工作任務。在教學過程中，學習者對于完成“機械零部件三維造型”這個學習場的典型工作過程以及完成每個典型工作環節的普適性工作過程越來越熟練，這說明學習者的操作技能和心智技能越來越熟練，則教師指導學習者的時間就需要越來越少，逐漸讓學習者能夠從教師指導下完成學習情境到獨立完成學習情境。

2.“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程開發的目標

“機械零部件三維造型”的工作過程系統化課程，以典型工作任務為載體，以學生為中心，能夠達成多個目標。首先，從典型工作過程來看，它以完成“機械零部件三維造型”的典型工作環節的時間順序逐步推進，學習者在完成這些典型工作環節的過程中，既需要動腦，還需要動手，能夠調動的感知覺器官多，學習者的記憶績效可以達到80%以上，且按照其典型工作環節的數量控制在7±2個，符合學習者的記憶規律，而每個典型工作環節又包括若干具體步驟，每個具體步驟按照“行動方向、目標值、保障措施”三個要素進行描述，能夠培養學生精益求精的工匠精神；可見，典型工作過程不僅能夠培養學習者的操作技能，還能夠提高學習者的記憶效率；其次，從普適性工作過程來看，每個典型工作環節均需要與普適性工作過程的“IPDICE”六個維度耦合，它們分別培養學習者的陳述性知識、程序性知識、策略性知識、操作技能、心智技能和智慧型技能，且普適性工作過程本身也是完成每個典型工作環節的策略（表1）；此外，每個典型工作環節均有階段性成果，每個階段性成果均需要使用普適性工作過程的“評價”維度對其優劣高下做出評判，從而為學習者提供正向反饋，不僅能夠提高學習者的自信心，還能夠使學習者形成運用普適性工作過程完成每個典型工作環節的習慣，從而改變其不良的行為習慣；可見，普適性工作過程不僅能夠培養學習者的心智技能，還能夠讓學習者在完成不同的典型工作環節的過程中克服技能的瓶頸；再次，在一個學習場內，通過難易程度不同的三個以上的學習情境，以及學習情境中若干個難易程度不同的學習性工作任務，能夠達到四個目標：第一，學習者完成若干次典性工作過程，并且運用普適性工作過程的“IPDICE”六個維度完成每個典型工作環節，學習者可以在這種定式學習的過程中形成穩固的操作技能；第二，學習者完成的每個學習性工作任務或者每個學習情境的同一個名稱的典型工作環節的具體內容并不相通，且每個學習性工作任務或者每個學習情境都存在難易程度的梯度差異，可以確保學習者在上述定式學習的基礎上獲得變式學習的機會，從而實現技能的遷移；第三，學習者通過學習不同學習情境或者不同學習性工作任務，其職業綜合素質和行動能力不斷提升，而教師的教學過程其實也是教學生完成這些學習情境或者學習性工作任務的過程，從而使學生職業和教師的專業素質通過教學相長的形式獲得了同步提升；第四，在學習者技能不斷提升的學習過程中，教師指導學習者的工作量則逐漸減少，從而實現了翻轉課堂，使學生從有教師指導的情況下完成學習性工作任務，逐漸能夠實現獨立完成學習性工作任務。最后，學習者完成每個典型工作環節的“資訊—計劃—決策”三個維度，實際上是在積累和學習完成該典型工作環節的理論知識，因而可以借助信息系統學習者在課前預習并完成；而學習者完成每個典型工作環節的“實施—檢查—評價”三個維度，實際上是在展現完成該典型工作環節的技能，因而可以在課堂上借助信息系統或者虛實結合的實訓資源完成學習過程。

二、“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程的開發步驟

1.通過企業崗位調研明確崗位內容

課程內容來源于企業崗位的行動場。為此，通過對機械類企業2021、2022屆數控、模具等機械類專業畢業生實習及就業崗位的調查，畢業生到機械加工行業中主要從事排名前三個崗位是機床操作員工作崗位、機械繪圖員崗位和機械質檢員等，這是機械類專業確定培養方向和培養定位的主要依據。據此，明確機械繪圖員在崗位上完成“機械零部件三維造型”的具體要求（見表2）。

2.確定職業崗位從業人員的職業角色及行動場

通過調研機械類企業機械繪圖員的崗位，確定其職業角色包括2D繪圖員、3D繪圖員和3D打印員等。通過進一步調研，得知企業的真實生產內容主要是接單、產品設計、產品生產、產品檢驗、出貨。其中，產品設計中的3D繪圖員的典型行動場為“機械零部件三維造型”（見表2）。

3.明確每個典型行動場的典型工作環節及職業要求

通過調研得知，機械類企業3D繪圖員職業角色的“機械零部件三維造型”行動場的典型工作環節主要有5步，即“填寫圖紙檢驗單—排列繪圖步驟—進行三維造型—審訂三維模型—交付客戶驗收”，其中每個典型工作環節的職業要求見表3。

4.制訂工作過程系統化課程標準，編寫活頁式教材

首先，根據企業調研內容，確定課程標準。根據3D繪圖員職業角色的“機械零部件三維造型”行動場的企業調研，本課程以機械零部件跑車模型為學習載體，設計了2個學習場8個學習情境，每個學習情境的典型工作過程包括5個典型工作環節，明確每個典型工作環節的具體步驟和技能標準，從而確定課程標準。

其次，依據課程標準的要求和工作過程系統化課程基本模型的理論，編寫工作過程系統化課程的活頁式教材，設計活頁教材的篇章結構和內容。“機械零部件三維造型”課程具體包括“學習場一機械零部件的三維造型”和“學習場二機械零部件的三維裝配”（如圖2）；其中，“學習場一機械零部件的三維造型”設置了車軸、車輪、前翼、后翼、車身等5個學習情境，“學習場二機械零部件的三維裝配”設計了車體、輪系、整車等3個學習情境，充分體現由簡單到復雜、由易到難的邏輯關系，以及由三維造型到三維裝配的完整的學習過程，目的是促進學習者形成自遷移、近遷移和遠遷移等三個層次的技能遷移；每個學習情境為5個典型工作環節，即“填寫圖紙檢驗單—排列繪圖步驟—進行三維造型—審訂三維模型—交付客戶驗收”，每個典型工作環節均編寫“資訊單、計劃單、決策單、實施單、檢查單、評價單”6個活頁表單；詳細描述典型每個工作環節的職業要求或職業標準的內容，并按照IPDICE的次序完成每個典型工作環節的教學實施，使學生掌握三維建模的基本知識和技能，學會正確使用CAD/CAM軟件，并能進行機械零部件的三維造型，培養學生綜合職業能力和良好的行動能力。

5.開發課程的教學資源

根據企業調研、課程標準和活頁教材等，為每個學習性工作任務的每個典型工作環節，特別是重要的典型工作環節配套教學資源。“機械零部件三維造型”課程的教學資源以工作過程系統課程理論為指導，根據課程標準和活頁式教材內容，為兩個學習場八個學習情境配置了教學微課48個，總時長4小時17分鐘，教學課件48個，教材480頁，作業訓練庫54次，總題量345道題，遴選來自企業的典型零件30多個作為零部件庫，考證題庫10套，并建設在線課程，促進了課堂教學信息化，課程管理規范化和課業評價多元化。需要特別提醒的是，建議各個學校結合自己學校的實習實訓資源打造校本教學資源，這樣可以拉近師生之間的距離，促進師生的技能互動。

三、“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程的教學實施

1.課程教學的指導思想

“機械零部件三維造型”課程的教學實施，要以學習者為中心，突出職業教育的類型特征，凸顯職業教育培養技能的實質定位，以行動為導向推進教學過程；以學習性工作任務的典型工作過程為載體，培養學習者的操作技能；以普適性工作過程為引導，培養學習者的心智技能；以難易程度不同的學習情境或學習性工作任務作為內容梯度，培養學習者的梯度遞進的遷移能力；以每個典型工作環節與普適性工作過程的IPDICE相耦合的形式，促進學習者通過小步循環，形成激勵和反思，形成良好的職業習慣，并通過每個典型工作環節的階段性產品帶來的激勵和反思，提高自信心并正確認識自己；在整個教學過程中，教師是“工具性的存在”，除非必要，教師不干預學習者的自主性的學習行動，而是通過維持秩序和給出具有提示功能的教學引導文，引導學生完成每個典型工作環節。

2.課程教學的主要流程

根據上述教學指導思想，“機械零部件三維造型”的工作過程系統化課程按照典型工作環節的時間順序推進教學流程，按照普適性工作過程的IPDICE六個維度引導學習者完成每個典型工作環節（如圖3）。首先，要對學習者進行分組，目的是培養學習者的集體主義精神和團隊合作能力；其次，教師按照時間順序逐漸發放IPDICE六個活頁表單，學習者在教師的組織和引導下依次完成上述六個表單，比如教師發放“學習情境2跑車車輪三維造型”的第1個典型工作環節“填寫圖紙檢驗單”的資訊單，學習者完成該資訊單，教師確定其正確之后，才能發放第1個典型工作環節“填寫圖紙檢驗單”的計劃單，以此類推；再次，教師一般不直接干預學習者完成IPDICE的進度，而是主要在決策單和評價單兩個維度進行一定程度的指導，其原因主要有二：其一，學習者的工作經驗沒有教師豐富，他們可能會難以判斷各個小組的計劃的優劣，從而影響其決策，并最終導致該典型工作環節實施失敗，甚至產生嚴重的工作事故；其二，學習者的工作經驗薄弱，導致他們可能會難以判斷各個小組計劃完成該典型工作環節的階段性結果的優劣，從而影響其反思，并最終導致其難以獲得準確的行動反饋，從而踟躕不前，不敢進行下一個典型工作環節的學習；最后，一定要明確學習者在學習過程中的主體地位，在檢查維度要進行自查和互查，在評價維度要進行自評、互評和教師總結性的評價，其中教師評價還可以邀請企業人員進行評價，從而實現多元評價；在此需要注意的是，自查和自評體現的是自由和民主的社會主義核心價值觀，讓學習者要對自己的行動負責，做一個敢于擔當的公民；互查和互評體現的是通過相互監督的方式避免了工作事故，且體現了平等和公正的社會主義核心價值觀。

需要說明的是，當學習者學習第一個學習情境或者第一個學習性工作任務的時候，其認知水平和技能遷移水平都較低，教師需要指導的時間較多，而隨著學習者完成每個學習性工作任務，其認知能力和技能遷移水平均會不斷提升，教師則可以逐漸退到“幕后”。因此，在學習者認知能力和技能遷移水平提高的情況下，教師可以將資訊單和計劃單等比較容易完成的學習內容放在課前作為學習者的預習內容，讓學習者借助線上線下的資源以及學習性工作任務單自主完成，而把決策單、實時單、檢查單和評價單等放在課中進行重點教學。但是，無論如何，必須堅持以學生為中心的原則，盡量讓學習者自主完成學習內容。

3.課程教學的質量評價

“機械零部件三維造型”課程教學的質量評價可以從評價主體、評價方式、評價內容和評價結果三個方面進行闡述（如圖4）。首先，從評價主體而言，包括學習者、學校教師以及參與教學的企業教師三類；其次，從評價方式而言，包括學習者自查自評、學習者之間或者小組之間的互查互評以及教師總結評價三類，以及過程性評價、階段性評價和結果性評價三種；再次，從評價的內容來看，既有知識和技能的單項評價，也有綜合職業素質和行動能力的整體評價；其中，IPDICE分別評價的是陳述性知識、程序性知識、策略性知識、操作技能、心智技能和智慧型技能；IPD三個維度的成績的平均值，就是學習者知識點的得分；ICE三個維度的成績的平均值，就是學習者技能點的得分；IPDICE六個維度所圍成的不規則雷達圖占規則雷達圖的面積比，就是學習者素質點、綜合職業素質或者行動能力的得分；此外，學習者在完成不同的典型工作環節、不同的學習性工作任務、不同的學習情境或者不同的學習場的時候，上述各個評價得分可能會存在差異，這個差異就是增值性評價。

4.課程教學的實施成效

本課程經過一年多的開發，通過在數控專業、模具專業進行兩次三個班級的教學實施（第一次是21數控1班，第二次是22數控1班、22模具班），取得良好的實施成效（見圖5）。

一是從養成良好的學習習慣分析。本課程的教學以學生為本，在教學生做事的過程中，把職業素養和倫理道德貫穿全過程，學生能主動根據典型工作環節按照資訊、計劃、決策、實施、檢查、評價的教學方法進行自主學習、小組合作，主動解決問題、完成工作單的任務，大幅度提升學生的學習興趣、積極性和主動性，養成良好的學習習慣。而傳統的教學方法以教師講授為主，學習通過被動接受知識和技能操作，沒有小組合作且授課進度一致，不利于照顧全體學生水平。

二是從課程學業成績分析。21級數控1班、22級數控1班采用工作過程系統化課程進行教學實施，學業成績平均分為90.3分、86.6分。21級數控2班、22數控2班采用傳統課程進行教學實施，學業成績平均分為87.6分、83.9分。因此，采用工作過程系統化課程比傳統課程的教學實施的學業成績效果好。

三是從參加相關技能考證和技能大賽結果分析。22級模具班采用工作過程系統化課程進行教學實施，“機械產品三維模型設計”考證通過率100%，21級模具班采用傳統課程進行教學實施，“機械產品三維模型設計”考證通過率95%。22級數控1班采用工作過程系統化課程進行教學實施，有10名優秀學生參加技能大賽機械類（需要三維造型項目）集訓隊，占22級大賽集訓隊人數的50%，其中，22級數控1班童世明、姜劭男同學代表學校參加2024年廣東省模具制造技術項目的比賽，是22級唯一參加比賽的學生。

綜上，通過對“機械零部件三維造型”工作過程系統化課程的開發與教學實施，創新課程教學的流程和方法，重構課程教學的內容和優化評價方式，取得良好的教學實施成效，驗證了該課程對于提高學生學習興趣、積極性和主動性、養成良好的學習習慣有重要的作用，證明了該課程對提高學生的實際操作能力和實踐能力的有效性。

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