融合技能大赛的高职“专业综合实训”课程改革与实践

胡双喜

(湖北科技职业学院 机电工程学院，湖北 武汉 430074)

一、引言

高职“专业综合实训”是机械设计与制造专业的必修课，一般设置在大三的第一学期。课程设置的目的是将学生前期所学的核心内容系统化进行综合汇总，将各个核心技能和知识模块进行有机整合并加强，从而达到巩固加深学生各项专业核心技能和全面提高综合实践应用能力的目标，是学生走上工作岗位的关键环节。

机械设计与制造专业“专业综合实训”是一门重要的综合技能实训课，以往的教学内容都是以开展数控技能操作为主，教学内容单一，专业内的其他核心内容无法得到整合巩固，实施效果也差强人意，无法起到对学生的综合能力和专业核心技能的加强作用，无法达到课程教学的总体目标。如何改革“专业综合实训”课程，提高教学效果，是值得深入思考的问题。

为促进高技能型、应用型人才的培养，湖北省高职院校开展了多项省级技能竞赛项目，选拔人才参加国家级技能竞赛。各高职院校为了取得好的成绩，一般做法是从班级里选拔最优秀的学生，加以专门的集中培训和训练。这种以竞赛为目的的培养方式，学生受益面很窄，只有参加比赛的几人能够获得较为优质的培养，切实地提高专业技能水平，是偏离职业教育宗旨的[1-2]。近两年湖北省对技能竞赛做了改革，增加了抽测组的竞赛项目，即在比赛前一周内从全专业学生中临时抽签选取一组参加比赛，针对抽测组临时抱佛脚进行训练就来不及了。为了应对比赛，更重要的是为了提高教育的公平性和学生受益面，将比赛内容训练融合到平常的教育教学环节中是最好的做法。

“工业产品数字化设计与制造”是湖北省2019年新增的职业院校大赛赛项，比赛内容涉及热门的逆向工程技术，并且集合设计与制造为一体，符合企业产品设计制造实际工作流程，具备一定的创新性、先进性和综合性。

在这种情况下，本文尝试融合技能大赛[3]“工业产品数字化设计与制造”赛项，对“专业综合实训”进行课程改革，期望真正从整体上提高学生的专业核心技能、综合技能、创新应用能力，既满足参加大赛的训练要求，又扩大学生的受益面，达到“专业综合实训”课程的培养目标。

二、融合大赛的“专业综合实训”课程改革设计

分析了“工业产品数字化设计与制造”赛项的专业核心能力要求，将专业综合实训课程依照该大赛内容改革，对课程教学内容和和方式进行了重新设计，对教学进行了总体安排。

(一)课程能力要求

从分析赛项核心能力来看(见图1)，该赛项注重锻炼学生的数据采集能力、正逆向建模能力和创新设计能力、计算机辅助编程和数控铣床加工能力。这些核心能力的培养来源于对应的四门核心课程“三维检测与逆向工程”[4]“计算机辅助设计”“计算机辅助制造”“数控加工与编程”。“专业综合实训”课程的顺利实施，需要专业学生在前期学过这四门课程。而机械设计与制造专业已经在大二开设过这四门课程，这为以技能大赛为载体的专业综合实训的实施打下了良好的基础。在综合实训阶段，依照大赛内容，综合实训以项目为载体，将四种核心能力串联起来，既对各核心能力加以巩固提高，又提高学生专业综合能力。

(二)课程总体规划

依据大赛对学生的能力要求，“专业综合实训”课程总规划分为三大模块，设置总课时为四周。根据内容关联度原则，将计算机辅助正向设计和逆向工程融合成一个模块——三维检测与创新设计模块，设置一周时间加以巩固提高；计算机辅助编程和数控铣床操作融合成另外一个模块——数控加工模块，设置两周时间，安排了计算机辅助编程、机床操作熟练度训练等项目，对核心能力巩固提高；最后一个模块则是仿比赛流程的训练，将前期两项内容设计和加工模块综合到一起，按照比赛内容进行多套比赛样题的演练，设置在第四周。课程内容总体安排如表1所示。

无论是哪一个模块的训练，课程教学内容都主要来源于国赛和省赛赛题以及企业项目。如“基于连杆的逆向重建与制作”“基于剃须刀的逆向建模与创新设计制作”“基于猫眼的逆向设计与创新制作”等多个综合项目分别就是2016年和2017年的国赛赛题和样题。

图1 “综合实训”课程体系结构图

三、融合大赛的“专业综合实训”课程教学实施

“专业综合实训”课程改革实施按照课程设计规划来进行，共分为三个大的教学模块。以大赛项目为实训内容，以大赛所需要的硬件和软件为教学条件，以大赛比赛过程为教学流程，主要针对产品设计的逆向检测与扫描、模型逆向重建、正向创新设计、并对零件进行编程和操作数控机床加工等工作流程进行训练，融合设计与制造一体，实施项目化教学。

(一)第一个模块：分组教学

该阶段目的为巩固加强三维扫描数据采集和逆向建模能力，在理论实践一体化教室开展，任课教师一名。教学项目为选取该赛项全国和其他省历年的比赛样题和赛题，使用大赛指定的三维天下单目扫描仪，由学生完成扫描仪设备的标定、采集数据，然后使用大赛指定的Wrap处理数据软件、逆向建模软件DesignX、正向创新软件完成该阶段的设计工作。学生遇到困难时，教师给予一定的指导，并在每个子项目完成后，教师对普遍性的问题和难点进行讲解，最后由学生再加以修改完善，教学流程见图2。

表1 课程安排表

图2 第一阶段教学流程

在创新设计中，学生会设计出相似的结果，指导教师需要让学生去查询网络资料，启发学生发散思维，设计出符合题意又更有创意的结果。

(二)第二个模块：数控加工实训

为期两周时间的辅助制造编程和数控铣床加工实训，主要目的是进一步提高学生辅助编程水平和机床操作熟练度。

在该阶段，依照大赛要求，数控编程的软件选取了学生已经学过的编程软件UG10.0，并选择大赛要求的凯恩帝加工中心为训练加工的机床。按照大赛的要求，学生需要掌握虎钳的校核、机床界面的熟悉、刀具的选择和对刀操作、零件的各个特征的编程与加工,包括孔的加工。教师需要从工艺、参数等几个方面，将大赛中分解并筛选出适合教学的案例，发布给学生。并根据学生现有的知识，针对难点、重点统一讲授，主要教学流程如图3所示。

图3 第二阶段教学流程

为保证教学开展的安全性，由2～3名教师合作教学。教学分为集中式和分组式。一名教师进行CAM编程教学和程序检查调试，1～2名教师进行数控加床操作教学，并指导学生进行操作机床完成零件项目的加工。

学生分成两部分，一部分学生由一名教师带去熟悉机床界面和基本操作，一部分学生留下来完成项目编程，然后两部分学生对调。编程完工的学生经过教师检验无误后，可以先转移到机床加工区域，由另一名教师指导学生完成零件的加工。没有完成的学生继续在计算机辅助制造教室完成程序编程和调试。

在这一阶段，为了保证上机床进行加工的程序正确，减少刀具和机床损坏的风险，对于每个项目的加工程序，必须经由教师一对一指导调试过关后才允许上机床加工，给教师带了巨大的工作量。在该过程中，可选拔优秀的学生作为助教，和教师一起进行程序调试、修改程序，这样可以达到锻炼学生的目的。这一阶段可结合实训中心现有的机床设备数量来进行，如果机床数量较多，两人一台，配备至少两名现场操作教师，可以加快教学进度。

(三)第三个模块：比赛流程训练

该模块的目的是让学生完整独立完成整个项目流程。按照比赛规程，分两人组进行竞赛，且分两个场地进行，一个是设计场地，另一个为加工场地。设置两名指导教师，布置项目任务后，比赛也分为两场进行，两场时间尽量参照比赛要求。上场在设计场地完成设计和编程，下场转移到数控场地完成加工。

本阶段要求学生独立完成，因此赛题内容比各专项训练设置稍简单。上午先做完设计模块和编程模块的学生，下午先进行加工。每组学生按照比赛的要求，提交扫描数据、逆向设计和正向创新设计结果和创新设计报告、编程程序和加工结果以及加工工艺报告。该阶段由于参赛选手水平层次不同和设备数量有限，大部分组并不能按照实际比赛时间完成，因此对部分组延长了时间，要求学生都能完整地做完竞赛流程，以耗时长度和提交内容、加工结果作为评分依据。

该阶段完成后，最后教师对每组结果进行现场讲解点评，让学生了解自己的不足。

四、融合大赛的课程评价与效果

(一)课程评价

“专业综合实训”围绕比赛分成不同的模块进行，参与教学的教师有多人，由课程负责人设计好每个模块的教学内容，按照三个模块课时，分别占分数比分为30%、40%、30%，总分100分。每个模块由进行教学的主课教师根据学生课程表现和设计结果给与评分，最后由课程主课教师进行汇总评分。其中第三个模块为赛项过程演练，所以评分也参照比赛评分进行设计。

(二)教学效果

本学期进行综合实训课程改革，在进行为期一个月的实训中，学生参与积极性较高，普遍反映在逆向设计、正向设计、数控加工与编程方面均获得了综合性的提高，能够进行复杂产品的设计和制造。通过这次实训课程，不仅增强了学生的正、逆向建模能力和计算机辅助制造能力，也强化了创新设计能力。

在随后开展的“工业产品数字化设计与制造”省赛中，湖北科技职业学院推荐组获得了三等奖，抽测组获得二等奖的好成绩。这也是对教学效果的一个正面验证。

五、结语

融合技能大赛对机械设计与制造专业“专业综合实训”课程的改革，将逆向检测与扫描、逆向重建、正向创新设计、零件辅助编程和操作数控机床加工等工作任务进行项目化实训教学，各项分散的技能得到整合和加强，有利于提高学生的专业综合应用能力，达到了“专业综合实训”课程应有的教学目标，扩大了学生技能培训的受益面。而实现融合技能大赛的教学实施，需要认真研究赛项内容，筛选和转化大赛项目为实训内容，以该比赛过程为教学流程，精心设计教学过程和评价措施。

围绕省赛展开课程改革，虽然取得一定效果，在实施中也发现了不少问题：

1.设备有限，尤其是数控铣床，设备的数量限制了教学的效率，实施中不得不多人一组进行加工，实施下来，有部分学生没有摸熟机床。需要思考在设备有限的情况下，如何更好地加快教学效率，或者需要继续增添数控机床，真正达到两人一组进行独立编程和机床操作，切实提高教学效果。

2.第四周实施中，由于仿照比赛流程进行，部分学生能力欠缺，导致上午无法完成设计部分的工作，下午只有部分学生实施加工。需要充分考虑学生能力，分难度分层次布置任务。对于无法完成任务的学生，需要教师进一步指导。

3.部分学生由于前期基础差，较少动手。需要采取有效恰当的激励措施，推动他们参与实训。

在以后的综合实践课程中，将在以上几个方面进行优化，争取更好地提高学生专业综合能力，为他们走上工作岗位打下坚实的基础。