高职机械设计课程体系教学内容一体化设计探索与实践

黎少辉，唐昌松

专业课程体系教学内容科学构建仍是高职教育中重点探索的领域，是提高职业教育水平的关键举措。同时，国家一直高度重视高职教育教学改革:国务院2010年发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》提出，职业教育要“把提高质量作为重点，以服务为宗旨，以就业为导向，推进教育教学改革”。随后在教育部发布的《中等职业教育改革创新行动计划(2010～2012年)》中也把“中等职业学校专业课程体系改革创新计划”列入重点任务，明确要求“推进中等职业学校课程改革”。目前，高职课程体系教学内容建设为区别于本科教育，大多只是压缩部分知识点或以知识点的梳理与整合为目标，缺乏清晰的知识主线与着力点，同时，教学内容组织缺乏系统性、完整性、层次性，教学活动中缺乏学生主动参与教学的动力之源，对培养学生学习兴趣及解决实际问题的综合能力有限。

由于高等职业教育的职业属性及其短周期性，专业课程构建怎样以“窄”入手而最终实现学生工作能力“宽”的目标，也就是说，利用较少的内容在较短时间使学生具备相关专业综合能力是教学内容改革的关键。［1］对于机械类专业，依托典型产品为项目的课程体系教学内容一体化构建为此找到突破口。机械类产品不像电子、信息类产品，更新换代较快，具有一定的稳定性、代表性，同时又具备一定的发展特性。因此，依托现代典型产品构建高职机械设计课程体系教学内容，有助于实现教学知识的时代性、实践性、完整性、系统性、动态性、扩展性，在一定的时空内有效地实现学生综合能力培养。

一、依托典型产品的机械设计课程体系教学内容一体化设计

本次机械设计相关课程教学内容改革主要涉及:“机械原理模块”、“机械设计模块”、“Pro/Engineer应用技术”、“机械设计课程训练”四部分教学模块。教改前，“机械原理模块”教学偏重于分析推证，“机械设计模块”教学偏重于强度校核技术，教学手段以多媒体教学为主，教学模式主要强调基本概念和基本理论的科学性推导验证。这种教学内容组织及教学方式对于高职学生理论基础薄弱、课时较少的现状，很难提高学生的学习兴趣，教学效果欠佳。“Pro/Engineer应用技术”课程具有较强的工具特性，主要培养学生零件造型、零件装配、运动仿真与分析、机构分析等。本课程的传统教学内容主要以不同的零件为案例展开教学，该方式尽管能有效提高学生的学习兴趣，实现课程培养目标，但教学内容处于孤岛式状态，不仅内容上缺乏衔接性，课程之间也缺乏关联性，不利于学生综合能力的系统性培养，体现不出该课程在机械行业中工具性的平台作用。［2］“机械设计课程训练”课程设置目的为强化“机械原理”与“机械设计”模块的教学内容的掌握，以各种减速器的设计为任务，主要进行选型、结构设计及强度校核，并利用AutoCAD软件进行二维图数字化生成，没有充分利用已学过的现代三维设计技术，对于理论基础及实践经验较为薄弱的高职学生来讲，极易产生枯燥乏味，导致盲目抄袭，降低教学效果。

针对以上所述以及高职学生学习现状、高职教育的短周期性，采用以Pro/Engineer软件为平台贯穿四门课程教学，依托典型产品展开教学内容一体化设计，以“窄”入手实现技术能力“宽”目标的实现。［3-4］具体实验实训平台建设、教学内容构建及组织教学方式如下。

(一)实验实训平台建设

机械专业相关知识的学习大都具有“看得见、摸得着”的特性，学习前的感性认识至关重要，建立相关实训室是有效展开教学的关键。［5］本次课改的教学理念是采用认识、学习、实践、验证的分层递进的方式，以符合学生学习认知规律。基于此教学理念，徐州工业职业技术学院对机械设计课程体系先后建设了相应实训室:机械设计实训室、机械拆装实训室、CAD/CAM实训室。机械设计实训室针对“机械原理模块”及“机械设计模块”知识点对应购买了多种模型，如表1所示，以便学生在教学前及教学中对教学内容有充分的感性认识;机械拆装实训室主要以真实的产品牛头刨床机构、减速器、缝纫机、内燃机配气机构等为教学对象，通过拆装使学生直观了解各种机构及工作原理，同时也是进行“机械设计课程训练”课程教学的平台;CAD/CAM实训室配置了大量安装有Pro/Engineer软件的计算机，是有效展开“Pro/Engineer应用技术”与“机械设计课程训练”课程教学的基础。

表1 机械设计实训室建设项目与教学内容的对照

(二)教学内容一体化构建

“机械原理模块”、“机械设计模块”、“Pro/Engineer应用技术”、“机械设计课程训练”四个教学模块内容设计均以三典型产品机构展开。实验室的真实产品主要通过拆装和演示，培养学生对相关机构运动、连接方式、传动方式等内容的感性认识，通过Pro/Engineer软件生成的三产品的数字化模型库便于课堂教学中演示，形成以数字化模型与实物模型优势互补的课堂与实践教学形式，以提高学生学习兴趣及教学的便利性，提高教学效果。四个教学模块内容一体化设计如图1所示，“机械原理模块”中的三大机构与三大分析内容与三典型产品分别对应:减速器对应齿轮机构、内燃机配气机构对应凸轮机构、缝纫机驱动机构对应连杆机构，同时每个产品均进行三大分析;“机械设计模块”与“机械设计课程训练”主要以产品“减速器”展开，减速器机构基本涵盖该教学模块的所有内容;“Pro/Engineer应用技术”教学素材均依托三典型产品而展开，不仅实现该模块的学习，同时深化了对先修课程“机械原理模块”与“机械设计模块”的认识。四个教学模块均以Pro/Engineer软件为平台而贯穿教学始终。

二、教学内容组织安排及教学方式

四个教学模块均是以三大典型产品:减速器、内燃机配气结构、缝纫机而展开的，每个教学模块均按照认识、学习、实践、验证的分层递进教学理念进行，另外，再利用机械设计实训室陈列大量机构模型根据课时安排进行相关知识的扩展。

“机械原理模块”及“机械设计模块”教学内容组织:传统机械专业中这两个教学模块分成两个课程来讲解，不利于培养学生机械产品综合设 计能力，本次教学内容一体化设计教学改革中将两个教学模块进行整合。传统机械原理教学中的材料力学与理论力学内容放在第一章讲解，由于其理论性较强，单独列出讲解缺乏着力点，学习枯燥，不利于高职生的学习，本次教改是将力学相关知识融合到相应的机构中讲解。“机械原理模块”及“机械设计模块”作为基本专业课程内容授课时间安排在“Pro/Engineer应用技术”之前，此时的学生并不熟悉Pro/Engineer软件，没有能力亲自进行虚拟设计与仿真，教学条件也很难满足每位学生利用Pro/Engineer软件平台进行课堂学习。因此，授课前教师先把三产品利用Pro/Engineer软件数字化，生成虚拟样机。教学时由教师进行操作演示，利用该软件各模块的强大功能演示相应的教学内容，相对于其它多媒体课件具有更强的真实感、灵活性、可操作性，有利于学生的学习，提高学习兴趣，同时，便于教师的教学，再基于课前学生对三大机构的感性认识，较容易短时间内实现教学目标。相对于“机械原理模块”来讲，“机械设计模块”部分内容具有较强的直观性、自学性，鼓励学生主动参与到该部分内容的教学中去，但大部分内容教学仍由教师主导。

图1 基于典型产品课程体系教学内容一体化设计

“Pro/Engineer应用技术”教学内容组织:整个课程内容以三个典型产品设计与主要零部件制造为项目载体，教材采用校本教材的形式，为简化内容，教材主要以三个典型产品零部件二维工程图构成，除机构运动仿真、机构分析、数控加工仿真等教学模块内容介绍每一步的操作外，教材中三维造型模块以教学素材的形式出现，不详细介绍Pro/Engineer软件的具体操作，培养学生产品造型的灵活性、创意性，提高学生创新意识。教学过程中更多地强化学生主动参与教学意识，除基本工具讲解外，更多的教学内容以学生为主导，教师以引导学生发散思维为主，并注重过程考核。

“机械设计课程训练”教学内容组织:该课程是“机械原理模块”及“机械设计模块”学习后设置一个理论联系实际的非常重要的实践性教学环节，是使学生得到相关的基本知识综合运用和基本技能训练的重要环节，具有强化学生机械专业综合技能培养的有效手段。该课程主要以三产品中的“减速器”设计为目标任务，学生根据减速器实现工作条件要求，制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，并计算出零件的尺寸和机构设计，并生成二维工程图，最后利用Pro/Engineer软件生成数字化样机。设计中充分利用Pro/Engineer软件参数化设计、多目标优化设计功能，培养学生绿色设计意识。同时，利用Pro/Engineer软件的数控加工仿真、机构运动仿真、动力学分析等模块，全面对制造工艺、使用、维护、安全性等方面的仿真分析，以培养学生系统性的综合设计与分析能力。该课程的教学任务主要在老师指导下由学生独立完成。

根据四个教学模块理论与实践内容比例以及自学的方便性，尽可能培养学生主动参与教学的积极性，安排学生参与教学行为程度由图2课程体系教学行为连续区所示。

图2 “机械设计课程训练”体系教学行为连续区

综上所述，依托典型产品的高职机械设计课程体系教学内容一体化建设，有效实现了高职教学内容以“窄”入手、实现“宽”的技能培养，符合高职教育的职业属性及其短周期性，通过实训室的建设以及Pro/Engineer高端三维造型软件平台的应用拓展，实现认识、学习、实践、验证的分层递进教学理念，保证理论知识与实践知识有效衔接，使教学内容组织符合学生认知规律，在教学中突出学生的主体作用，提高学生的学习积极性，提高整体教学效果。

［1］童乃诚.高职课程教学内容建设探讨［J］.中国职业技术教育，2010(14):5-7.

［2］张毅杰，孔令琼.SolidWorks在机械设计基础课程体系中的应用研究［J］.云南农业大学学报，2014(1):67-71.

［3］朱振林.课程群建设断想［J］.黑龙江教育:高教研究与评估，2011(5):93-94.

［4］李云.高职课程群建设探讨［J］.哈尔滨职业技术学院学报，2013(1):29-30.

［5］张海伟.我国高职课程改革的策略研究［J］.职教论坛，2013(4):13-15.