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高职院校《机械创新设计与实践》课程的教学设计与实施

2022-01-12苏州工业职业技术学院石皋莲

内江科技 2021年12期
关键词:机械评价能力

◇苏州工业职业技术学院 崔 勇 石皋莲 耿 哲

为了在高职院校机械制造类专业有效开展创新创业教学,苏州工业职业技术学院开设了机械创新设计与实践课程。本文介绍了课程设置的整体定位,分析了授课学生的具体情况,明确了教学的重点和难点,设计了以问题导向(PBL模式)为主线的教学实施方案,课程的实施激发了学生的创新思维和创新意识,提升了学生的创新实践能力。

为适应“大众创业、万众创新”的时代发展趋势,响应国务院《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》的政策要求,培养学生的创新精神和创业能力成为高职教育人才培养的一项重要任务[1-2]。依据机械制造类专业教学标准、职业技能标准和人才培养方案的要求,结合苏州工业职业技术学院工程实训中心的实际情况,充分利用丰富的机械产品创新设计案例资源,开设了《机械创新设计与实践》课程,让更多的学生参与机械创新设计相关的实践项目和技能竞赛,有效提高机械设计能力、独立思考能力、机电一体化综合实践能力[3]。

1 课程概述

《机械创新设计与实践》是我校机械制造类专业的一门专业核心课程,旨在培养学生的创新思维,激发学生的创新意识,锻炼学生的创新实践能力,使学生能够综合运用机械设计、数控加工、电气控制等专业知识与技能,成为该专业培养目标设定的创新型技术技能人才。

本课程秉承“以学生为中心、以学为中心”的建设理念,围绕机械产品结构设计、零件加工、电气编程、样机装调等基本创新技能要求,构建理实一体、项目贯穿、能力序化的教学体系,整体教学设计以培养学生“自主创新能力、综合实践能力、团队合作能力、职业精神和素养”为目标;课堂教学采用“以讨论形式开展教学、以团队方式组织教学、以创新大赛引领教学、以参赛作品实践教学”的授课模式,着力提升学生的创新创业能力。

本课程基于企业真实产品的工作内容,按照认知、结构、功能、难度等不同的分类方法,确定了机械产品创新设计方法、复杂机械零件创意设计与加工、自动化机械夹具设计与制造、非标自动化设备设计与装调等四个教学项目,依据“创新、设计、加工、编程、仿真、装调”的技术逻辑链安排教学任务,形成分门别类、循序渐进、重点突出的知识架构。

参赛的教学内容为连续16个学时的非标自动化设备设计与装调,案例为“汽车滤清器装配与检测一体机”,该项目分为机械设计、电气设计、仿真分析和装配调试等四个任务,每个任务分别安排了4个学时,并按照参赛作品的真实工作过程,进一步细分子任务实施教学。

图1 课程模块体系及项目四教学内容

2 学情分析

本课程开设在第四学期,学生已经学习了《机械设计基础》《机械加工工艺》《数控机床机械部件的装调》《可编程控制器与传感器应用技术》、《机器视觉检测技术及应用》等专业课程,应当能将所学机械设计、数控加工、电气控制、设备装调等相关专业知识与技能综合运用于机械产品的创新实践。

图2 机械制造类专业课程学习进程

图3 教学目标及教学重难点

本项目学习之前,学生已经接触了创新设计基本原理、叶轮零件创新设计与加工、螺母内孔加工夹具设计与制造,应当能够使用创新设计方法、CAD三维建模软件、西门子PLC编程软件(TIA博途软件)、职教云教学平台、小组合作探究法等继续学习非标自动化设备的设计与装调。

但是,本项目中的自动回转分度机构的结构设计、较为复杂的顺序动作控制等新知识学习,以及数字化虚拟仿真软件(西门子MCD)、伺服电机控制、视觉识别技术、机电一体化联调等技术深入应用,都需要安排更多的学习指导。

3 教学设计

(1)课程思政强调“三个融入”。一是融入“劳模、大师”工匠精神,邀请“江苏省劳动模范、国家级技能大师”参与本课程教学,传授“电气编程”和“机械装调”的实践经验,讲述自己成长为“劳模、大师”的亲身经历,向学生传递“勤劳诚恳、刻苦钻研、崇尚技术、勇于创新”的工匠精神。二是融入“防疫、防护”常态意识,讲诉疫情期间的防疫英雄事迹和设备装调实践过程中的安全事件,通过老师的“讲解、示范、监督”,使学生树立牢固的疫情防控和安全防护意识。介绍防疫所采用的自动化设备,以“口罩机制造与装调”在疫情防控中的重要作用为例,突出数控加工、自动化设备专业人员的重要性,教育学生学好专业知识、掌握服务社会本领。三是融入“新技术、新应用”科技热点,在应用“数字化虚拟仿真”和“视觉识别”技术过程中,进一步拓展介绍“工业分析软件”和“人工智能技术”的相关知识及发展方向,教育学生要及时关注科技热点、学习新技术。

(2)教学内容突出“两个结合”。一是学习过程与工作流程结合,依据案例真实的设计开发过程,即“方案设计”、“机械设计”、“电气设计”、“装配调试”的技术链,安排教学内容,实现学习领域与行动领域的对接、学习线索与工作线索的对接。二是虚拟仿真与实践操作结合,依托基础雄厚的虚拟仿真实训资源,利用西门子NX CAD三维设计软件、西门子TIA博图软件、AutoMation Studio软件、西门子NX MCD虚拟仿真软件,对“机械结构设计与装配”、“PLC编程与调试”、“气动系统设计与调试”和“机电一体化联合调试”等学习任务,有效开展以虚助实、虚实结合教学。

(3)教学实施围绕“一条主线”。教学实施以问题导向(PBL模式)为主线,按照布置任务、汇总问题、引出问题、分析问题、解决问题、总结评价、复习巩固和学习拓展等8个环节进行“线上+线下”混合式教学[4]。在课前,了解项目背景,激发创新意愿。老师推送学习资源,发布创新任务要求,分析学情并调整教案;学生自由分组在线学习资料,完成方案设计及课前测试。在课中,优化创新设计方案,提升创新技能水平,增强职业精神素养。老师引出问题,分析问题,指导示范,跟踪协助,组织总结,课内评价;学生思考问题,讨论探究,虚拟练习,实践操作,成果展示,自评互评。在课后,锻炼创新实践能力,形成创新创业思维意识。老师在线答疑,综合评价,教学反思;学生完成作业,拓展学习,成果转化。

图4 教学实施过程

(4)教学评价贯穿“三个阶段”。一是课前评价(占比25%),通过“在线学习参与度、预设方案合理性和课前测试成绩”,了解学生对预习任务的完成情况以及创新方案的设计情况;二是课中评价(占比50%),通过“课堂教学参与度、团队协作能力、项目任务完成度、课堂测试成绩、职业基本素养”,主要考察学生对机械制造类专业知识的掌握情况以合作实践完成创新方案的能力;三是课后评价(占比25%),通过“课后作业成绩、总结报告质量、拓展任务完成度”,促进学生巩固所学知识、提高创新意愿,帮助老师评估教学质量。整个教学评价过程强调“三个多元化”,即评价“手段”多元化、评价“对象”多元化和评价“主体”多元化。

图5 综合评价“三个多元化”

4 实施成效

(1)学生学有所获。一是强化了专业知识,学生对非标自动化设备设计与装调有了完整的认知与实践,特别是对汽车滤清器装配与检测设备涉及的机械、电气和装调知识,有了融会贯通的理解和应用。二是提高了创新能力,学生锻炼了创新思维,增强了创新实践能力,提高了创新创业的意识与热情;在课后,各组学生都提出了自己的机械创新设计作品,并且部分作品已经参加各类比赛或申请专利。三是增强了职业素养,学生对“劳模、大师”工匠精神有了更深入的理解,对疫情防控常态化、安全防护重要性有了更清楚的认识,进一步明确了技术技能人才的职业担当和使命。

(2)老师教有所获。一是打造了优秀教师团队,教师团队构建了“劳模、博士、教授、工程师”的混编人员结构,形成了“设计、加工、控制、调试”的混合专业特长,完成了本课程的项目化教学改革和活页式讲义编制,促进了课程标准的重新研制。二是提升了社会服务能力,教师团队发挥理论基础扎实、技术能力精湛的专业优势,协助XXX公司完成了汽车滤清器装配与检测设备的模块化设计和系列化开发,可用于燃油小汽车、工程和军用车辆空气滤清器的装配与检测。

5 教学反思

一是扩充教学资源,吸收更多竞赛获奖作品,进一步丰富课程案例,形成内容不断创新、技术不断更新的教学资源库;二是优化教学模式,改变老师规定具体学习项目的固有模式,课前学生可以在网络平台按照个人兴趣选择学习项目,教师根据学生选择结果和教学内容安排,最终确定具体学习项目;三是推广创新成果,与企业深入合作,制定操作性强的创新成果转化办法,促进教学过程中产生的“创新性好、应用性强”的技术和作品,更好的转化为具有经济效益和社会效益的企业产品。

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