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“機械制造工藝與夾具設計”課程的教學改革與實踐

2023-04-22 02:50朱節(jié)宏譚敬晃
裝備制造技術 2023年10期
關鍵詞:夾具專業(yè)課程實訓

朱節(jié)宏,譚敬晃

(北海職業(yè)學院,廣西 北海 536000)

0 引言

不斷深化專業(yè)課程的教育教學改革,促進技能人才培養(yǎng)質量的穩(wěn)步提升是現(xiàn)代職業(yè)教育高質量發(fā)展的重要支撐?!蛾P于推動現(xiàn)代職業(yè)教育高質量發(fā)展的意見》指出,專業(yè)課程要及時更新教學標準,要對接最新職業(yè)標準、行業(yè)標準和崗位規(guī)范,緊貼崗位實際工作過程,將新技術、新工藝、新規(guī)范、典型生產案例及時加入教學內容,同時要推廣項目教學、案例教學、情景教學、模塊化教學、工作過程導向教學,讓學生主動探究、廣泛參與討論協(xié)作,充分激發(fā)學生的學習興趣和積極性[1]?!皺C械制造工藝與夾具設計”是機械制造類、汽車制造類專業(yè)開設的主要專業(yè)課程,安排在第四學期,前導課程有機械制圖、機械基礎、公差配合與測量技術,后續(xù)課程是課程設計、畢業(yè)設計和頂崗實習,該課程強調理論與實踐相結合,要求與行業(yè)發(fā)展緊密對接,同時要注重學生機械制造領域技術應用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培育。

1 課程教學中存在的問題

1.1 實訓教學設備缺乏

“機械制造工藝與夾具設計”課程教學面臨的一個突出問題就是教學設備配套不齊全,主要缺乏毛坯制造、切削加工、材料熱處理等機械制造工藝裝備,以及行業(yè)主流的CAD/CAM、CAPP 等工藝設計軟件或集成系統(tǒng),無法開展有效的項目實訓。而實踐性教學是高職專業(yè)課程教學的重要環(huán)節(jié),項目實訓是專業(yè)知識運用、職業(yè)技能鍛煉的最好手段。《教育部關于深化職業(yè)教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質量的若干意見》要求專業(yè)課實踐性教學課時原則上要占總課時數一半以上[2]?!皺C械制造工藝與夾具設計”作為銜接課程設計、畢業(yè)設計和頂崗實習的專業(yè)課程,更是需要依托相關的機械制造設備、工藝夾具量具開展機械制造工藝規(guī)程的制訂、機械加工質量分析與控制、機床夾具綜合分析與設計等方面的實訓。該課程實訓用教學設備的缺乏,使學生在機械制造領域工程實際問題分析能力分析與控制機械加工精度及深入理解機械制造理念等方面舉步維艱。

1.2 課程數字資源不足

專業(yè)教學要適應信息社會學習方式的變化,順應數字時代潮流,發(fā)揮專業(yè)課程數字資源的作用,能很好地提升學生學習的效果和學習的效率。高質量、體系化、多類型的課程數字資源,能為在校學生提供“超市式”“自助點單式”供給服務,改善學生的學習體驗。大學生基本上都是成年人,成年人的學習,有控制過程進度自主性的特點,也有學習方式更具個性化的特點,隨時隨地可獲取的在線課程數字資源能更大限度滿足他們個性化的需求。當前,“機械制造工藝與夾具設計”課程數字資源捉襟見肘,除了教學課件之外,開展正常教學需要的音頻、視頻、動畫、圖形圖像、試題庫、素材等課程數字資源鳳毛麟角,這在很大程度上制約了混合式教學有效開展,也無法滿足不同學生個體多樣化學習的需求,不利于學生自主學習能力的培養(yǎng)。

1.3 理論講授占主導,學生學習積極性低

學習金字塔理論揭示了通過講座(理論講授)形式的知識傳授,學習內容平均留存率為5%,遠不如小組討論的50%、行動實踐的75%和教授他人立即運用學到的知識90%,這是美國著名學習專家愛德加·戴爾發(fā)現(xiàn)并提出的?!皺C械制造工藝與夾具設計”的課堂教學就存在純理論講授占主導、課堂教學形式單調、內容枯燥、學生動手實踐機會少的情況,學生對課堂學習的內容提不起任何興趣。除了少數示范性的高職院校,余下的大多數高職院校,對口、單招的生源類型占了很大比例,以北海職業(yè)學院2021 級汽車制造與試驗技術專業(yè)為例,學生總人數146 人,“3+2”本校中職直升的學生人數占比90%以上,課堂上很難集中注意力,對概念性、邏輯性、抽象性較強的專業(yè)知識和技術方法的學習普遍興趣不高。因此,理論講授占主導的課堂,“注入式教學”顯然已不能滿足信息時代科學學習的需求,以教師為中心的課堂,一定程度上剝奪了學生主動積極思考的權利,轉而去做很多跟學習無關的事情,這種現(xiàn)象根據美國認知教育心理學家奧蘇伯爾有意義學習理論可以很好地解釋,現(xiàn)在的大學生對學習的主動發(fā)現(xiàn)和接受的意愿大大減弱,課堂上的內容不如手機網絡的信息更有吸引力。教師主宰的課堂,沒有學生接受、理解、運用知識的反饋,真正有效的教學時間會被壓縮,學習積極性和學習效率相對較低。

1.4 課程學習評價形式單一,評價內容不夠科學全面

一般的說,專業(yè)課程的學習評價大多仍以終結性評價為主,而終結性評價的主體內容還是理論知識、理論計算和方法措施等,課程期末考核也以開卷筆試的形式居多,這種評價方式在職業(yè)教育領域還是普遍存在的。這種對教學活動結束后的終結性學習效果評價,本身是沒有任何問題的,問題之一就在于其評價的內容不夠全面,基本上以識記、理解水平層次的考核內容為主,而應用、分析、綜合及判斷評價水平層次的較少,所以實際終結性評價的科學性大大降低。其次,課程學習評價沒有重視學生學習過程的評價,大多只考慮出勤率和一兩次作業(yè)完成情況,學習態(tài)度、課堂互動、小組討論、練習、線上學習完成情況并未能悉數納入到課程學習評價當中,平時成績要不就大部分優(yōu)秀以上,要不就大部分良好以上,這種過程性評價的客觀性和公平性是不足的,基本上也是流于形式?!皺C械制造工藝與夾具設計”課程的學生學習評價基本如此,課程終結性評價采用開卷理論筆試的形式,過程性評價也主要考慮學習態(tài)度和出勤率,評價結果很難科學精準地反映學生的學習效果。

2 課程教學改革的思路

2.1 專業(yè)課程教學改革要緊跟產業(yè)發(fā)展趨勢

為區(qū)域經濟社會發(fā)展培養(yǎng)高質量技術技能人才,始終是高職教育的使命所在。“機械制造工藝與夾具設計”作為機械制造、汽車制造類專業(yè)的專業(yè)核心課程,其任務就是為本地區(qū)機械制造企業(yè)、汽車制造企業(yè)培養(yǎng)具備機械制造工藝規(guī)程的制訂、機械加工質量分析與控制、機床夾具綜合分析與設計能力的技術技能人才。隨著我院與區(qū)內汽車制造企業(yè)合作的深入,這些專業(yè)培養(yǎng)的人要能更好地適應企業(yè)的需求,專業(yè)課程教授的內容必須充分對接企業(yè)生產、制造技術發(fā)展趨勢。以減速器殼體為例,其制造已經可以實現(xiàn)一次裝夾就能完成全部加工,裝配過程更是實現(xiàn)全電動扭矩扳手控制扭矩,這在以前是不敢想象的。這種智能制造精益化生產模式的成熟應用,對專業(yè)課程的教學改革來說,是不能被忽視的重要方面。所以,“機械制造工藝與夾具設計”課程,以及其他同類專業(yè)課程的教學改革,要始終堅持圍繞著專業(yè)所服務產業(yè)發(fā)展的各種技術技能人才需求開展,專業(yè)課程教學要緊貼技術進步和生產實際,把職業(yè)崗位所需要的知識、技能和職業(yè)素養(yǎng)融入相關專業(yè)教學中;對于專業(yè)課程教師來說,要不斷提高綜合素養(yǎng),掌握行業(yè)前沿知識與專業(yè)技能,扎實提高教研科研能力、創(chuàng)新與服務能力;教材要適應產業(yè)發(fā)展,教學內容及時更新,實時對接行業(yè)新技術、新工藝、新崗位的需求[5];教法要適應教育信息化新生態(tài),充分利用好各種數字資源,探索符合專業(yè)實際的產教深度融合新模式,增強相關專業(yè)技術技能積累能力和學生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力,切實提升校企協(xié)同育人的水平。

2.2 注重價值引領,將工匠精神融入到教學全過程

工匠精神是時代精神的生動體現(xiàn),具有價值引領的作用,將工匠精神融入到教學全過程,逐步培養(yǎng)學生敬業(yè)、專注、精益、創(chuàng)新的職業(yè)理念和職業(yè)追求[6],激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。精雕細琢的產品、卓越的服務一直是機械、汽車行業(yè)從業(yè)人員的品質追求。“機械制造工藝與夾具設計”作為機械制造、汽車制造類高職專業(yè)的必修課程,為培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)扎實的、具有職業(yè)精神的新時代技能人才,執(zhí)著專注、精益求精、追求極致的本質價值取向需要貫穿教學的全過程。換言之,專業(yè)技術教育不僅僅要錘煉技術技能,更需要厚植工匠精神的土壤,為塑造高素質技術技能人才,淬煉大國工匠,奠定精神價值的基礎。

2.3 教師要關注課程目標達成度,不斷提升課程教學質量

專業(yè)課程教師作為教學服務的提供者,要理清專業(yè)畢業(yè)要求指標點與課程目標之間的關系,深刻領會專業(yè)課程對專業(yè)核心能力的支撐作用,關注并對課程目標進行目標達成度分析,不斷改進教學策略,提升課程教學質量。課程目標達成評價方法根據課程類型,可采用課程考核成績分析法、量表、問卷分析法等[7]?!皺C械制造工藝與夾具設計”是一門理論加實踐的課程,采用課程考核成績分析法和量表組合的評價機制。課程考核成績分析法是以課程總目標達成度(課程學生總評成績平均值與該課程總評成績總分的比值)作為分析核心指標的評價方法。課程總目標可以分解為多個課程分解目標,課程分解目標可以根據課程整體設計的模塊、項目、學習階段設置多個,每個模塊、項目、學習階段中的出勤率、作業(yè)、知識測驗、實驗實訓、課堂表現(xiàn)設置成一定的比例。課程目標的設置是動態(tài)的,它與教學內容息息相關,它在某個時期內是穩(wěn)定的,但當學科與行業(yè)技術進步驅動教學內容更新時,課程目標也需要進行相應的調整。

2.4 良好的線上線下師生教學互動,有助于學生掌握更多的知識并活學活用

美國著名高等教育專家喬治·庫教授認為,課堂學習活動參與度越高,學生掌握的科學知識與職業(yè)技能就越多?!皺C械制造工藝與夾具設計”課程的教學實踐表明,借助智慧教學平臺,通過搶答、問卷、提問、隨堂練習等在線學習活動,線下的小組討論匯報、案例分析、小組自評、小組互評和教師總評的過程,學生可以比較輕松地參與到課堂教學互動當中,小組之間的競爭機制,讓所傳遞的專業(yè)知識能高頻呈現(xiàn),學生能主動關注知識的實際應用,并通過課后作業(yè)、項目實訓和課程設計表達出來,同時也能保持相當的學習緊迫性。學習是刺激與反應之間的聯(lián)結,需要一個持續(xù)刺激與反應的過程,多多益善,這種師生之間的良好互動,相當于知識的碰撞刺激,其反應就是學生對知識的掌握與活學活用。

3 課程教學改革的策略

3.1 運用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)設教學場景,解決實訓設備缺乏的難題

“機械制造工藝與夾具設計”課程實訓用教學設備的缺乏是一個現(xiàn)實問題,與行業(yè)企業(yè)技術要求、工藝流程、管理規(guī)范和設備水平同步的實習實訓裝備更是不足。在教學實踐中,解決方法之一就是運用虛擬現(xiàn)實技術和資源創(chuàng)設一些替代教學實訓場景。以“典型零件夾具設計”內容為例,借助虛擬現(xiàn)實軟件,創(chuàng)設所繪制的典型零件夾具圖形或三維模型的VR 形態(tài),增強教學標的形象性;更高級的則是利用VR-CAD集成系統(tǒng),實現(xiàn)虛擬環(huán)境下的整體建模并實時編輯,全面地展示相關產品或實體的外形外貌特征的同時,也能表現(xiàn)其組成零部件的物理特性[3]。虛擬現(xiàn)實技術的應用,還可以對相關機械裝配工藝流程進行仿真,比如虛擬裝配,利用三維建模軟件建立產品各零部件的模型,在仿真軟件中預先編制產品的裝配順序,最后進行仿真組裝和運動干涉檢查的整個裝配工藝過程。此外,通過行業(yè)主流的Creo、CATIA、UG 交互式的CAD/CAM 系統(tǒng),或者ADAMS 軟件進行虛擬樣機的機械運動分析,動態(tài)可視化地開展裝配工藝、夾具設計的虛擬實訓教學,提高學生實踐能力。

3.2 推進精品在線開放課程建設,豐富課程數字化教學資源

精品在線開放課程是信息技術與教育教學深度融合的產物,是一種新型的課程與教學模式。通過院級精品在線開放課程建設,豐富完善“機械制造工藝與夾具設計”的課程介紹、教學大綱、教學日歷、課程導學、教師授課視頻、教學演示文稿、在線作業(yè)、拓展資源(案例庫、素材資源庫、試題庫)等課程數字資源[4],讓學生隨時隨地都能進行在線自主學習、疑難反饋、自主測試和作業(yè)提交等,撬動學生學習的主觀能動性,幫助學生對所學知識“全天候”全方位的意義建構,使其更快更好地理解并掌握。數字化轉型已成為各行業(yè)提高要素生產率的關鍵途徑,職業(yè)教育也不例外。豐富的課程數字資源的應用,既方便了學生,也促進了課程團隊教師的教學理念、教學設計、授課技巧、信息化手段使用等綜合能力的提升,實現(xiàn)教學主客體教學相長,共同進步。

3.3 改進課堂教學方法,提升學生學習興趣和獲得感

“機械制造工藝與夾具設計”課程的理論性和技能性都比較強,傳統(tǒng)理論講授式教學的學習效果,很難支撐起專業(yè)畢業(yè)要求指標點。大部分學生素質基礎也比較薄弱,理解能力有限,學習主動性較差,教師必須根據具體的教學內容,選擇合理的教學方法,盡可能地吸引學生參與課堂活動,關注個體差異,因材施教。該課程經過畢業(yè)要求分解指標的分析,課程團隊對課程內容進行了項目化重構,總體上采用項目教學、案例教學和模塊化教學的教學方法,以隨堂練習、虛擬實訓、小組討論、知識搶答等教學形式開展課堂教學。

以“機械加工工藝路線的擬訂”內容為例,該教學項目分成機床與工藝裝備認識與選擇、加工路線擬訂原則、加工階段的劃分和加工順序的安排四個部分。實際教學以案例分析引入,以模塊化教學來實施該內容的課堂教學。“機床與工藝裝備認識與選擇”的教學是讓學生小組通過課前資料搜集自學、課堂討論與分享;“加工路線擬訂原則”的教學采用案例教學法,學生小組進行案例分析,教師按預設目標進行適當的引導;“加工階段的劃分”和“加工順序的安排”的教學則是參考案例分析得出的實際工作流程,學生小組借助教材、機械設計手冊,自主完成發(fā)動機連桿工藝路線的設計制訂,教師進行現(xiàn)場的指導與答疑,直至各個小組完成發(fā)動機連桿工藝路線的擬訂、加工工序卡片和匯報展示,接著對照實際生產工藝路線圖,各組自評、組間互評和教師的總結點評,最后就是對該教學項目進行在線測驗并對結果進行分析?!皺C械加工工藝路線的擬訂”教學的各個任務節(jié)點都會設置相應的得分,并計入過程性評價當中。需要說明的是,各小組成員的確定,采用隨機組合形式,每個教學項目(一般是8 學時/項目)結束后會進行隨機抽簽組合,為下一個教學項目做好分組準備,這種定期隨機抽簽成組的方式,可以有效提升學生的學習興趣,改善課堂學習體驗,較好地預防了學生課堂學習中“怠工”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.4 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力納入課程評價,激勵學生參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽

課程過程性評價的比重由原來的40%增加到70%,新增的比重放在學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力方面。機械設計、機械制造的概念與實際產品,一直是一個機械制造、汽車制造類專業(yè)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的方向或突破口,在“機械制造工藝與夾具設計”實際教學中,將學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力作為一個重要的評價指標,鼓勵學生利用課外時間,自行組隊參加中華職業(yè)教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國國際“互聯(lián)網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“中國創(chuàng)翼”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽項,并作為指導教師進行指導,對于入圍校級復賽遴選、獲得省級賽推薦的團隊,課程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面的考核全部按滿分計算?!皠?chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力”,上到國家如此,下到個人更是如此。通過鼓勵學生結合課程所學,積極投身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽的方式,培育學生主動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識,提升獨立思考與解決實際問題的能力,以更好達到對專業(yè)知識的理解與綜合性、創(chuàng)新性應用的目的。

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