基于工作过程《夹具设计》项目化教学改革

阎青松+欧阳雪俊+付晓岚

随着制造技术的发展，专用夹具已成为机械制造业技术改造和技术更新的核心内容，它直接影响着产品的加工质量、加工精度、劳动生产率和加工成本，夹具的选择和设计是制定工艺规程里必不可少的环节，是保证产品加工质量和提高劳动生产率的重要技术工作，加速培养掌握夹具设计的应用型人才已成为当务之急。《夹具设计》作为机械类专业的技术基础课之一，在基础理论课与专业技术课之间起着承上启下的作用，在机械类专业的理论课教学中有着重要的地位。但《夹具设计》课程内容抽象，设计牵涉的知识点很多，对于高职生而言，掌握起来有相当的难度，影响了学生的学习积极性。随着职业教育课程与教学改革的不断深化，需要积极探索适合高职学生的教学模式。

基于工作过程的项目化教学方法是当前较为先进的职业教育教学方法，即师生通过共同实施一个个完整的工作项目而进行的教学活动。在教学过程中，学生通过完成工作项目任务，既可以掌握相关的理论和方法，又能养成独立解决问题的能力，同时还可以激发学习兴趣，使课程教学在师生共同研究、讨论和完成工作任务的过程中实现教学目标。

一、教学改革的目标

（一）初步建成以工作项目引领型课程

《夹具设计》课程按照工作体系构建知识体系，按工作任务引领课程内容，课程内容共分八大工作项目，其设计内容和工作任务如表1所示。

（二）按照工作项目的工作过程组织教学

按照工作项目的工作过程组织教学，从工件分析——确定夹具的类型——定位设计，根据六点定位规则确定工件的定位方式，选择合适的定位元件——确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。使夹紧力与切削力静力平衡，并注意缩短辅助时间——确定刀具的对刀导向方案，选择合适的对刀元件或导向元件——确定夹具与机床的连接方式——确定其它元件和装置的结构形式，如分度装置、靠模装置等——确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。并处理好定位元件在夹具体上的位置——绘制夹具方案设计图——进行工序精度分析——对动力夹紧装置进行夹紧力验算等一整套实际工作流程，进行设计、开发本学习领域。教学组织流程如图1所示：

（三）实现“开发型”“设计型”教学

把实际设计问题直接摆在了学生面前，如何设计也就成了自然而然的课题，学生的学习思维就有了明确的目标性，认知过程也就获得了内在的积极性与主动性，把以课堂讲解为中心转变为以实际设计为中心。待到一个实际设计设计完毕，这一设计过程中的一切有关知识和细节都被融入其中，实现“开发型”“设计型”教学，学生的学习质量自然就高。

如在完成简单通用夹具设计这个项目：首先给出套类零件的工件图纸，进行图纸分析，得到加工目标；通过提问芯轴有什么用途引导大家拟定通用夹具类型：芯轴；通过多媒体课件动画演示各种芯轴，选定设计最简单的芯轴——无夹紧装置的锥度芯轴；通过分析芯轴的最大和最小轴径、与工件的定位、夹紧、间隙等问题，介绍设计锥度芯轴所需要的公式尺等知识；然后指导学生设计计算、查表、制图。

二、教学改革的内容

改革的主要内容是打破以知识传授为主要特征的传统学科课程学习方法，建立以工作项目为中心组织的课程内容，让学生在完成具体工作项目的过程中来构建相关理论知识，并发展职业能力。

首先，根据调研，确定工作项目的制定，《夹具设计》应具备的理论知识与实践能力目标，通过分析高职学生的现有知识水平与能力，编写适合他们使用的专业课程教材，设计理论和实践两条路径实施工作项目的教学。其中理论路径包括：注重学生“四性”的培养，夯实基础，教学相辅；实践路径包括：采用启发、探索、反思、互动、六步法等工作项目导向策略，提高动手能力。《夹具设计》离不开课内理论知识的传授，更离不开设计的训练。而它们均共同服务于由教学目标、学习者、学习内容而决定的工作项目这一核心。拟采取的教学改革实施方案如图2所示。

（一）加强教师自身建设

《夹具设计》上课的教师，不仅要系统地掌握机械设计与制造知识，具有夹具工程实际的背景，具备复杂工件加工工艺和夹模具设计能力、零件加工工艺编制能力、夹具装配与调整技能，还要掌握一定的教学方法与艺术。

积极培训担任《夹具设计》课的教师，使之教育观念更新，改革意识加强，到企业或专家工作室参与技术服务，使教师贴近社会需要，承接企业的真实项目，反过来又审视教学内容、计划，在此基础上不断调整自身的知识结构、提升教学实践与科研的能力。只有教师内涵提升了，具有很强的专业理论知识，在学生自主探究、设计和模拟操作中才能随时回答学生提出的问题，及时解决他们遇到的困难；掌握一定的教学方法与艺术，才能培养学生的兴趣和提高教学质量，才能在探索、解决问题的过程时向学生展示自己的认识过程，以引导学生积极探索与尝试，共同完成教学任务。

（二）对现有课程进行项目化教学改造

首先，进行“链条式”工作项目设计。工作项目的设计考虑到学生具备相应的知识和接受能力，考虑到与岗位实际工作的结合程度以及所涉及知识的全面性。《夹具设计》课程共分八个大工作项目，在工作项目训练中所有的工作项目都是环环相扣，一个工作项目的完成程度直接影响下个工作项目的开展。一个大项目按工作过程分解为若干小项目，课程教学围绕小项目展开，形成项目化教学。合理设计教学的工作项目，是项目教学法成功的关键。然后，以工作项目为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识，并发展职业能力；课程内容突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行。每个项目的学习都按以典型产品为载体设计的活动来进行，以工作任务为中心整合理论与实践，实现理论与实践的一体化。基于工作过程为导向的教学活动，把职业活动的各个元素渗透到整个教学过程中，培养出的学生能较快地适应工作岗位的要求，很受企业欢迎。

（三）教学按5WIH改革

教学按5WIH改革，确定每一个工作项目的5WIH。为什么设计（Why）——为什么非设计专用夹具不可？能不能选用通用夹具？为什么要设计成这个形状？为什么采用这个技术参数？ 设计什么（what）——设计什么类型的夹具？设计什么机床上用的夹具？设计什么样的定位元件？设计什么夹紧方式？何时设计（When）——为什么要在这个时候才能设计夹紧方案？把后面的设计提到前面行不行？能不能在设计后验算？公差值达到多少才可以设计？哪里设计（Where）——在哪里设计？为什么偏偏要在机房这里设计？是在课堂里画图还是课后宿舍里设计？谁设计（Who）——定位元件或对刀元件或导向元件谁设计？如何安排、分配组员？为什么要让他设计分度装置？如果他最擅长电脑软件，但计算粗心，是不是安排他画图？如何设计（How））——我们是怎样设计的？为什么用这种方法来设计？有没有别的方法可以设计？到底应该怎么设计？有时候设计方法一改，全局就会改变。

（四）培养学生的四性

培养学生的主动性、灵活性、综合性、独特性。激活学生的主动性是教师的重要工作，学生主动积极地学习是获取知识的来源和动力；教师要引导学生克服习惯性心理，从多角度多方面启发学生的设计意识，培养学生的灵活性；教师还要积极结合生产实际综合选工作项目，结合多门学科知识培养学生的综合性，使学生的知识有机结合和整体化；学生因性格兴趣不同、成长环境、知识积累、学习程度等差异，设计的夹具也会不同，对那些有自己想法和创新的设计给予特别赞扬，培养学生的独特性。

三、教学改革的措施

以工学结合为平台，以课程建设为根本，以工作项目为驱动，以典型零件为载体，按工作体系设计课程并选择教学内容，实现知识体系按工作体系的重构，实现“开发型”“设计型”教学。

（一）改革教材——按工作体系构建知识体系

《夹具设计》新教材的编写以工作项目为核心重新选择和组织专业知识体系，围绕夹具设计的能力培养，用工作任务引领专业知识，尽可能全面地介绍夹具设计各方面的内容，侧重知识的应用，重点突出专用夹具设计，适应职业教育。

（二）改革学习环境——模拟工作氛围

通过一项项工作任务，模拟夹具设计工作的场景，让学生不仅置身于学习环境中，更置身于职业氛围中，在校期间就已经开始涉足、熟悉真实职业岗位的典型工作任务是怎样被完成的，从而实现毕业生与就业岗位的无缝对接。

（三）改革学习方式——让学生主动学习

师生共同实施一个完整工作项目的学习、研究过程中，学生会积极主动地去探索、尝试，改变学生被动接受的学习方式。从信息的收集、计划的制订、方案的选择、目标的实施、信息的反馈到成果的评价，学生参与整个过程的每个环节，成为学习活动中的主人。

（四）改革学习方法——“茶馆式”分组讨论法

首先分组，同一小组的学生坐在一起，教师在布置设计任务后，学生分组讨论——“茶馆式”分组讨论法，并分别上讲台阐述本小组讨论的设计方案，教师对各组的结构、方案进行比较和评估，指出各优缺点，充分利用学生的好胜心理调动学生的主观能动性，让学生在辨析中得到较好的设计方案。

（五）改革教学设计——“链条式”工作项目

《夹具设计》的工作项目训练中，一个大项目按工作过程分解为若干小项目，所有的工作项目都是环环相扣，一个项目的完成程度直接影响下个项目的开展，构建了递进式、知识点内在逻辑联系紧密的课程体系。

（六）改革训练方法——“无纸化”设计法

让学生的夹具设计过程大部分采用三维软件，如ProE软件、CAWCAM/CAE软件或UG软件等，让学生在软件中客观地看到自己的设计结果，知道自己设计方案的优缺点，让学生“学中做、做中学”。而且夹具元件的制作、装配、定位误差的计算、夹紧误差、影响夹具精度的因素等各方面的知识都变得非常直观。通过三维软件建模、虚拟装配等功能，降低了学习的难度，提高了授课效率。最后还可利用其NC模块模拟加工使用过程，验证其设计夹具的实用性。

（七）改革考核评价方法——过程性考核

废除传统的一考定乾坤的课程考核和评价的模式，积极探索以学生为中心、切实提高学生就业能力的考核评价方法。实行多元、动态发展的过程性考核，在学习过程中时刻检验学生的接受掌握情况，用“知识技能考核+综合素质考核”的模块化积分，通过平时设计作业；阶段设计考核；课堂提问；设计演讲；实验操作情况等层层监控，加大了课程全程质量监控力度，考核结果基本能够反映学生学习后真正的设计应用能力。《夹具设计》课程总体考核和具体设计实践考核标准见表2和表3。

四、结语

对高职学生来说，学习成果的精髓不是知识的积累，而是职业能力的提高，职业的形成不仅是靠教师的教，更重要的是在亲自参与职业实践中形成的。基于工作过程的《夹具设计》项目化教学改革，师生共同实施一个完整工作项目的学习、研究过程中，从信息的收集、计划的制订、方案的选择、目标的实施、信息的反馈到成果的评价，学生会积极主动地去探索、尝试，成为学习活动中的主人；将相对独立的工作项目在教师引导下，通过学生在小组中各自分工合作、共同努力来完成工作任务，培养了学生团队、交流、妥协等综合职业能力和社会能力；让学生在校学习期间就已经置身于真实的职业氛围和环境之中，熟悉真实职业岗位的典型工作任务是怎样被完成的，将会实现毕业生与就业岗位的无缝对接。

责任编辑 何丽华