工业设计技术赛项对高职院校机械类相关课程的促进作用

(辽宁建筑职业学院,辽宁 辽阳 111000)

0 引言

在我国,面向职业院校学生所开展的职业技能大赛,主要是指某项专业技术为目标导向,组织行业内的工作人员与对应专业的学生分组进行比赛,获胜者可获得相应的奖励,并以此来了解职业院校学生的学习情况,为今后的学生培养指定方向,同时也为企业选拔人才提供参考依据[1]。

在众多技能大赛中,全国职业院校技能大赛(后简称大赛)是其中最为重要的比赛之一,大赛是由教育部发起并牵头,联合国务院有关部门及有关行业、团体和地方共同举办的一项公益性且面向全国职业院校学生的综合技能竞赛活动[2]。大赛主要分中职组和高职组。以2021年为例(因疫情影响,2022年部分竞赛环节进行了简化和取消),高职组共有62个赛项,涵盖了高职院校众多专业和学科。近年来,专业技能竞赛的赛题也越发贴合工程实践,更加注重实践技能的培养[3]。本文以大赛高职组中的“工业设计技术”赛项为例,来说明其对高职院校机械类相关课程的教学促进作用。

1 “工业设计技术”赛项简介

1.1 竞赛内容

“工业设计技术”是机械大类中的重要赛项,主要考核的是参赛选手利用三维扫描设备对给定产品进行扫描,获得该产品外形的“实样”点云后,再进行三维逆向建模和产品创新再设计,并生成产品装配图及零件图,采用CNC 机床和3D打印设备将“创新产品”零部件部分加工出来,最后进行“创新产品”装配验证,最终实现从“实样”到“创新产品”的设计研发和制造过程。

1.2 竞赛流程

“工业设计技术”赛项主要分为三个阶段完成,第一阶段即数字化设计、数据采集和逆向建模与创新设计;第二阶段为CNC编程与加工;第三阶段3D打印与装配、主要完成3D打印与装配验证二个竞赛任务。在竞赛过程,也同时考核文明生产、职业素养、规范操作、绿色环保、循环利用等多方面的职业素养。竞赛内容、分值和竞赛时间见表1。

由表1可以清晰的看到,本赛项从点云数据采集、点云数据处理、模型重构(逆向建模)、对产品某一部分创新设计、数控加工仿真程序编制与现场加工、3D打印模型制作和装配的干涉检验等众多方面来考核参赛学生的专业知识水平和技能操作水平。在比赛过程中,也可以对学生的整个专业素养和职业习惯有一个良好的考核与检验。同时,通过学生在参赛过程的综合表现,也能侧面反映出学生对所学课程中知识点的消化、吸收和理解情况,也是对相关课程教学情况的一次有效检验。

2 赛项对课程教学的影响

2.1 与本赛项相关的机械类专业课程

整体的赛项任务完成的过程,是对机械类参赛选手综合能力的一次考核与检验,并与今后学生的就业方向和工作内容十分相近。同时,也是对高职院校机械类专业开设课程有着指导性作用。

目前,辽宁建筑职业学院与本赛项竞赛内容相贴合的专业课程设置主要有3门课程。

1)逆向工程技术课程。该课程的教学内容为对产品的三维数据扫描及模型重构,能够完成的是竞赛内容的前两个部分任务,即三维数据采集环节和模型重构环节。在教学过程中,使学生具备对典型特征且结构鲜明的自由曲面产品或零部件产品进行三维数据扫描和数字化建模的能力,同时这检验了学生对前期机械制图和机械设计基础等课程的基础知识掌握是否扎实。图1为学生在课堂上分组对双翼飞机玩具进行三维数据扫描的操作练习。

图1 学生在对双翼飞机玩具进行三维扫描练习

模型重构环节即逆向建模设计,要求学生学会使用逆向建模软件,对生成的点云数据文件进行合理的数据处理,达到高精度的模型重建及实物模型还原。对学生的建模能力和工作态度都是一个良好的锻炼。图2为学生完成对双翼飞机玩具的模型重构。

图2 双翼飞机玩具的模型重构

2)三维建模与自动编程和金工实习课程。该课程教学内容为对产品的创新设计及CNC编程与加工,能够完成的是竞赛内容的中间两部分任务,即对产品的某一部分结构进行创新设计和数控仿真编程。

产品结构创新任务环节要求学生能够结合机械制图和机械设计等课程的相关知识,按赛项任务书要求进行结构和功能的合理创新设计,同时兼顾美观性、可行性和经济性,并生成零件图和装配图,最后以编写创新设计方案说明书来对任务进行阐述和表达。这样很好地考核了参赛学生的空间想象能力和结构创新能力及专业的交流表达能力。

图3为学生的课后练习作业,对壁挂式电话底座的创新设计。在电话筒与底座凹槽之间设计了一个卡扣,使电话筒挂在墙壁上时不易掉落;同时卡扣设计为装配在底座上,独立零件,使其结构和配色有较大的变化空间,灵活且适应性强。这部分主要考核学生的机械制图和机械制造基础等课程知识点的掌握情况,并按照要求对产品或零件的结构进行合理优化、改造和创新。

图3 壁挂式电话底座的创新设计

CNC编程与加工任务环节,主要培养学生能够使用CAD/CAM软件对产品或零件进行合理的数控加工仿真编程,检验无误后将所编程序导入数控机床进行加工。同时,学生根据所用的机床、刀具和毛坯等加工条件,分析指定零件的加工工艺,确定其加工工艺过程,编制加工工艺工序卡、对工件的定位装夹、刀具的选取与装夹、对刀和刀具更换等操作技能都是考核学生实际操作能力的重要环节。并通过零件加工后的表面质量及加工精度来判断其编排设计的加工方案是否合理。以上任务环节主要考核高职院校学生的数控加工工艺编制和CNC编程与加工的能力及技巧。图4为学生在金工实习课堂练习上完成的金属零件加工成品。

图4 学生完成的金属件成品

以上竞赛环节是本赛项的重要内容,也是与高职院校所开设的课程有着紧密的联系,是学生需要重点学习和掌握的内容。至于“3D打印与装配”任务环节,则会以选修或开设课后兴趣小组的方式,让感兴趣的同学积极参加进来。这样安排可以使课程体系重点更加突出,学生在学习的过程中能够更好的来安排学习的重点和难点。

通过以上分析可以看出本赛项涵盖了机械类众多的相关课程,并通过一次比赛将多门课程有机结合起来,从而让学生对整个专业的课程体系有更好理解,懂得学好各个课程的最终目的是能够有效完成生产加工任务。

2.2 该赛项对机械类专业课程教学的促进作用

机械类学科是理论联系实际极强的学科,所有相关知识的学习到最后都是为实际的生产加工制造所服务,所以机械类很多相关课程都有着极强的操作性和实践性。

由于高职院校对机械类专业学生培养的侧重点为实际操作和动手能力,所以在教学过程中实施“理实一体化”教学则显得尤为重要[4-6]。但是由于各个高职院校的教学任务、教学环节侧重点和教学资源及设备不同,对“理实一体化”教学的具体实施情况和实践程度也不尽相同,难免存在教学差异。但随着本赛项的设立,以上问题顺利解决。同时技能大赛反映的是行业企业的最新动态,透视的是职业院校教学质量[7],更适合做为检验各院校的教学效果的衡量标准。本赛项设立的初衷,就是要全面考核高职院校学生机械类专业课程的工程实践能力和创新能力的掌握情况。各参赛院校通过参加本赛项,可以将本赛项的任务和要求作为衡量自身院校教学质量的标准,使得各院校人才培养方案的整体目标相对统一,使得院校间机械类专业存在的教学差异降到最低,对今后各院校课程培养方案的制定起到了较明确的指导性作用。

同时,通过技能大赛,也可使各参赛选手充分展示出各具特色的参赛技能,并能够给观摩者创造很好的学习机会,使来自不同地区、不同院校的参赛选手之间可以互相交流和学习[8]。

指导教师则通过参赛学生临场表现和比赛结果,可以更好地了解本校学生目前知识能力水平的掌握情况,今后则会更加清晰地完成对教学目的、课程安排和教学内容设置等环节的制定,对今后教学安排与调整具有很好的指导性作用。指导教师的能力水平对竞赛成绩的影响是至关重要的[9],同时参赛本身也是对指导教师能力水平及教学方式方法的一次侧面检验,从而提升今后教学的实用性与针对性,达到“以赛促教、以教练赛”的良性互动,并实现教师与学生的专业技术水平共同提升的良好效果[10],也以此督促指导教师不断学习、进步和提升。

而且,指导教师在通过组织学生参赛的过程中,可以有效提升自身的组织能力、工作能力和沟通水平。参赛之余,指导教师在了解本专业前沿技术的同时,还可以与行业内的专家与业务骨干进行学术交流,从而提升自身专业知识和技能。

随着技能竞赛的开展,赛教融合是教学改革的必由之路[11],也是机械类专业课程今后的主要教学方向。更需要指导教师将选手参加竞赛时所积累和反馈的经验有机融入今后的日常教学,让学生能够更系统地学习和掌握相关知识和操作。

同时,本赛项的举办,也是对承办院校竞赛实训基地建设的一次良好检验。竞赛实训基地除了承办比赛之外,还承担机械类相关课程的日常教学工作及实训任务。较高水平的竞赛实训基地及相关比赛设备既是提升参赛选手综合竞争实力的关键因素,也是日常教学中,学生了解行业前沿技术、设备的更新迭代和相关设备的操作技能的有效途径,是不可或缺的重要教学组成部分[12]。而通过承办比赛,对竞赛实训基地的发展与建设也有着重要的促进作用,可以使其更加规范与合理。

3 结论

通过以上的分析和论述,可以看到工业设计技术赛项设置的环节和任务内容,可以作为各高职院校机械课程的教学目标和课程设置的标杆和参考依据,对高职院校机械类相关课程的设置提供良好的示范作用和明确的指导作用。使各院校的人才培养方案整体目标加以统一,使得院校间机械类专业存在的教学差异降到最低。赛项提供较为先进的技术和设备让学生进行操作和锻炼,将课堂教学和生产加工有机结合起来,使学生对相关课程知识点的学习理解得更深入,很好地解决了高职院校理论教学与实际生产结合较弱的问题,也使教师在课程讲解和授课过程中某些关键环节的教学目的更加明确,从而对机械类专业相关课程的整体教学目标、人才培养方案的制定和竞赛实训基地建设等都有着良好的推动和促进作用。