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摘要：模具与数控专业应坚持真实生产过程导向—工作过程系统化课程开发的指导理念，设计模具与数控专业的学习情境（教学课题）。文章阐述了《斗牛机器人的制作》学习情境（教学课题）的设计思路、实践过程及实践效果。
关键词：真实生产过程；学习情境；工作过程系统化课程；斗牛机器人的制作
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）02-0155-03
在长期的模具与数控专业一线教学实践中，我们发现，本专业学生存在设计创新能力弱，除模具生产技术外，其他相关技术知之甚少的问题，在目前巨大的就业压力下，若不求变，他们的就业前景很难乐观。复合型人才是所有企业都急需的，提高学生自身的综合素质、技术水平以及技术的综合性和创新能力，是模具与数控专业毕业生优质就业的可靠保证。为了适应这一形势，改革旧的教学模式，探索、开发与新教学模式相适应的教学课题或案例迫在眉睫。由此，我们开展了对先进教研教改理念的学习，并提出开发真实生产过程导向—工作过程系统化课程，设计一系列基于真实生产过程的学习情境，让学生在真实的企业生产过程中去学习，掌握相关的核心技术与核心能力。本文以学习情境《斗牛机器人的制作》在模具与数控专业高级班学生（07预备技师班）中的实践为例加以阐述。
学习情境设计的思路
（一）真实生产过程导向—工作过程系统化课程的开发步骤
所谓工作过程是为完成一件工作任务并获得工作成果而进行的一个相对完整的工作程序，是一个综合的、时刻处于运动状态之中但结构相对固定的系统。生产过程导向—工作过程系统化课程的开发步骤是：（1）工作任务分析。根据专业对应工作岗位及岗位群实施典型工作任务分析。（2）行动领域归纳。整合典型工作任务形成行动领域序列。（3）学习领域转换。根据认知及职业成长规律递进重构行动领域，并将行动领域转换为学习领域，即课程。（4）学习情境设计。根据完整思维及职业特征分解学习领域为主题学习单元，即学习情境。
（二）《斗牛机器人的制作》学习情境设计的思路
以生产过程导向—工作过程系统化课程开发方法为指导，本学习情境以广州市创新设计大赛为“客户”，根据“客户要求”（大赛要求）设计生产符合要求的“产品”（参赛作品），学生以此为真实生产任务，进行设计、加工、包装、功能调试等工作。在此过程中，指导教师进行方法性的引导与阶段性评价。最终通过大赛评委的鉴定评价完成作品（产品）的品质评价，从而借该学习情境的实践过程调动学生的学习热情，变学生被动学习为主动学习，变教师给定知识为学生有目的地自主选择知识，变书本中的“死知识”为实际生产中的“活知识”，达到提高学生综合职业能力和专业技术、技能的目的，同时通过涉猎与模具生产相关的专业知识，有效提高学生知识的综合性。
《斗牛机器人的制作》学习情境的特点
通过一线教学观察发现，模具与数控专业的学生进入毕业设计阶段或下厂实习阶段后，经常表现出创新设计能力弱的特点。我们对此展开了探讨，发现一直以来本专业学生的实训课题都是由教师主动给出的，学生根据教师所给的零件图纸进行生产加工训练。其结果往往是，学生的机床操作和加工技巧得到了良好训练，加工水平有明显提高，但对机床电气知识和产品生产过程少有涉及和了解。当前，仅仅拥有良好的加工技巧已经不能完全满足竞争日益激烈的人才市场的需要，所以职业学校有必要拓宽该专业学生知识与技能的学习领域，甚至应让学生跨专业学习专业技术，从而培养出掌握多方面技术的高技能人才，保证该专业毕业生优质就业。
此次，我们将2010年广州市属技工院校首届师生创新设计大赛作为一次“真实生产任务”，设计一个涉及多技术、多生产环节、多核心能力的综合教学学习情境，让学生在“真实的生产任务”实践中去学习与锻炼。该学习情境具有以下几个创新点：
（一）教学理念应用创新——工学结合的具体实践
作为教育者，对缺乏经验和创新能力的学生，我们该怎样开展教育呢？在学习工学结合的职业教育理念后，我们认为，让学生在基于真实工作过程的学习情境中去锤炼，认识真实、完整的生产全过程，是学生积累经验、培养创新能力的有效途径。工作过程是工作人员在工作场所利用工作资源完成一项工作任务并获得工作成果的一系列活动，这些活动对学生而言，就是他们必须学会和掌握的核心技能。采用基于真实工作过程的学习情境作为教学课题来培养和训练学生，对学生学习兴趣的激发、职业能力的培养和专业技术技能的提高有着事半功倍的效果。
（二）教学课题创新——先进加工、生产、控制技术的集成
“真实工作过程”的学习情境横跨三个专业（模具设计与制造、数控加工、机电一体化），涉及四门先进技术（模具设计、先进数控加工技术、光机电一体化技术、计算机控制技术）。通过此学习情境，学生亲历了一个产品（斗牛机器人）创作设计、部件生产加工、电气装调、总装验证的全部过程，全面了解了一个产品的真实生产过程，掌握了模具设计、数控加工、机电一体化与计算机控制等方面的相关核心技术，培养了团队合作能力。至此，该学习情境的综合性和实践性之强可见一斑。
《斗牛机器人的制作》学习情境作为教学课题，其创新具体表现为：（1）先进的产品外形模具设计软件：采用UG、PowerMill两款高性能模具设计与加工设计软件，提供产品外形模具加工的可行性与安全性验证，同时保证加工的可靠性与加工精度。（2）先进的加工设备：选用进口MIKRON五轴数控加工中心进行产品外形模具与零件加工，五轴加工中心加工可以减少模具与零件加工中的装夹次数，减少产生误差的机会，同时高性能的机床也可以进一步保证加工精度。另外，斗牛机器人的外形采用快速成型技术制作，减少加工环节，提高加工精度。（3）先进的控制技术：斗牛机器人控制部分是一个集光、机、电为一体的工作任务，其采用以AVR单片机为控制核心的控制器，通过一定的技术开发后，开发出一种简便的控制语言与编程模式，使其控制开发平台不再是较为难懂的汇编语言或者C语言。这样，在保证控制精度的前提下，简化了编程的操作过程，降低了编程难度，使非电类专业学生可以轻松上手。
（三）教学方法创新——先进教学方法的集成
在整个《斗牛机器人的制作》学习情境中，坚持生本主义原则，进行了项目教学法、行为引导法、头脑风暴法、思维导图法等教学方法的实践。
《斗牛机器人的制作》学习情境的实施计划与组织分工
（一）学习情境的指导原则与实施计划
指导原则 由教师主导（思路），学生自行设计、加工、安装、调试具有一定功能、节能、环保、有创新特色的产品。
实施计划 （1）学生以大赛主题为“客户需求”，进行产品设计创作。（2）学生根据提出的创作设想搜集信息。（3）学生进行外形、零件、功能方面的设计。（4）指导教师给予加工、调试方面的方法性指导。（5）学生进行组装、调试工作。（6）学生进行后期的技术文件整理，教师负责审阅。
（二）项目人员与分工
参与学生及分工 参与学生为07模具与数控预备技师班学生陈真汉、曹鉴龙和胡浩杰。三者的分工如表1所示。
指导教师及分工 杨伟明负责模具设计与模具加工方面的指导；庄伟负责机器人电气安装与控制程序编制方面的指导。
（三）项目实施步骤（如表2所示）
（四）项目工艺流程
部件及整体设计 斗牛机器人由核心控制器芯片组、光电传感器、直流电机与电池构成的控制系统开始，初步定义控制系统整体尺寸后，进行后续各部件的针对设计并验证尺寸且装配成功。装配后的产品要求结构完整，功能达到设计要求，满足设计需要。
产品造型 本产品各部件按照“牛”的身体线条造型及控制系统与执行系统的尺寸进行设计，并验证后成型，各部件设计应合理可行。
加工过程 （1）启动Aurora软件，连接“快速成型机”并初始化系统，导入牛身图。将牛身置于机床工作台中心位置，利用X、Y轴的旋转来转动牛身，使其位于一个有利于加工的角度。此角度的选择应尽可能达到：节省加工时间、节省支撑材料、同时工件也不易于变形。（2）进入调试操作阶段。打开机床温控，设置牛身参数。由于牛身尺寸较大，曲面多，而且厚度较薄，加工难度较大，容易变形，所以牛身的参数设置必须精细，但这也将会大大延长加工时间。（3）参数设置完毕后，按恢复就绪状态，开始打印模型；喷头设置为双喷头打印，输入工作台高度，开始打印。
产品后处理 （1）边角表面处理。产品由快速成型机进行加工生成造型。加工过程存在着需简易处理的边角或者表面缺陷，须用砂纸或其他工具进行边角表面处理。（2）上色。加工成品需要上色来达到美观和产品自身设计所需的目的。本设计产品需喷染黄色涂料并烘干，用以修饰并达到设计所追求的视觉效果。
（五）学生阶段性成果
建立模型如图1所示。绘制零件图纸如图2所示。实物产品如图3所示。本斗牛机械人项目获得“联拓杯”广州市属技工院校首届师生创新设计大赛二等奖。
结语
《斗牛机器人的制作》学习情境借2010年广州市属技工院校首届师生创新设计大赛为实践机会，在模具与数控技师班的学生中进行具体实践，检验该学习情境的设计是否符合一体化教学和实训的需求。实践证明，该学习情境的设计达到了预期效果，学习情境中项目教学法和行为引导法等先进教学方法的综合使用，很好地调动了学生的学习积极性与主动性，培养了学生的自学能力、沟通能力和创新设计能力，提高了他们对模具加工与装配技术、计算机编程与调试技术的掌握水平。同时，学生还涉猎了传感器技术、系统集成技术和机电安装调试技术，为我们培养具有跨专业、跨技术领域的复合型模具数控技术人才提供了借鉴。此次由学生设计的斗牛机器人在创新大赛上经过众多评委的评审，最终获得了二等奖的好名次，此种学生培养方式也得到了大赛评委的一致好评。评委一致认为，这样的培养方式让学生自主学习，学生通过自己摸索、实践确实可以提高各方面的综合职业能力。我们应该不断进行实践探索，开发出更多更好的学习情境，为职业教育的改革与发展做出贡献。
参考文献：
[1]赵志群.对工学结合课程的认识（一）[J].职教论坛，2008，（1）.
[2]赵志群.对工学结合课程的认识（二）[J].职教论坛，2008，（2）.
[3]赵志群.对工作过程的认识[J].职教论坛，2008，（7）.
[4]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南[M].北京：清华大学出版社，2009，（5）.
[5]姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础[J].职教通讯，2006，（1）：7-9．
[6]姜大源.职业教育：程序与过程辩[J].中国职业技术教育，2008，（10）：1，9．
[7]蒋庆斌，徐国庆.基于工作任务的职业教育项目课程研究[J].职业技术教育，2005，（22）．
[8]唐强奎.任务驱动法、行为引导法、项目课程开发与活动课程开发的关系研究[J].机械职业教育，2008，（11）：50-52.
作者简介：
庄伟（1981—），男，江苏南京人，硕士，广州技师学院讲师，研究方向为控制工程及自动化专业技术一体化课程开发与实践。
（本文责任编辑：谢良才）
关键词：真实生产过程；学习情境；工作过程系统化课程；斗牛机器人的制作
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）02-0155-03
在长期的模具与数控专业一线教学实践中，我们发现，本专业学生存在设计创新能力弱，除模具生产技术外，其他相关技术知之甚少的问题，在目前巨大的就业压力下，若不求变，他们的就业前景很难乐观。复合型人才是所有企业都急需的，提高学生自身的综合素质、技术水平以及技术的综合性和创新能力，是模具与数控专业毕业生优质就业的可靠保证。为了适应这一形势，改革旧的教学模式，探索、开发与新教学模式相适应的教学课题或案例迫在眉睫。由此，我们开展了对先进教研教改理念的学习，并提出开发真实生产过程导向—工作过程系统化课程，设计一系列基于真实生产过程的学习情境，让学生在真实的企业生产过程中去学习，掌握相关的核心技术与核心能力。本文以学习情境《斗牛机器人的制作》在模具与数控专业高级班学生（07预备技师班）中的实践为例加以阐述。
学习情境设计的思路
（一）真实生产过程导向—工作过程系统化课程的开发步骤
所谓工作过程是为完成一件工作任务并获得工作成果而进行的一个相对完整的工作程序，是一个综合的、时刻处于运动状态之中但结构相对固定的系统。生产过程导向—工作过程系统化课程的开发步骤是：（1）工作任务分析。根据专业对应工作岗位及岗位群实施典型工作任务分析。（2）行动领域归纳。整合典型工作任务形成行动领域序列。（3）学习领域转换。根据认知及职业成长规律递进重构行动领域，并将行动领域转换为学习领域，即课程。（4）学习情境设计。根据完整思维及职业特征分解学习领域为主题学习单元，即学习情境。
（二）《斗牛机器人的制作》学习情境设计的思路
以生产过程导向—工作过程系统化课程开发方法为指导，本学习情境以广州市创新设计大赛为“客户”，根据“客户要求”（大赛要求）设计生产符合要求的“产品”（参赛作品），学生以此为真实生产任务，进行设计、加工、包装、功能调试等工作。在此过程中，指导教师进行方法性的引导与阶段性评价。最终通过大赛评委的鉴定评价完成作品（产品）的品质评价，从而借该学习情境的实践过程调动学生的学习热情，变学生被动学习为主动学习，变教师给定知识为学生有目的地自主选择知识，变书本中的“死知识”为实际生产中的“活知识”，达到提高学生综合职业能力和专业技术、技能的目的，同时通过涉猎与模具生产相关的专业知识，有效提高学生知识的综合性。
《斗牛机器人的制作》学习情境的特点
通过一线教学观察发现，模具与数控专业的学生进入毕业设计阶段或下厂实习阶段后，经常表现出创新设计能力弱的特点。我们对此展开了探讨，发现一直以来本专业学生的实训课题都是由教师主动给出的，学生根据教师所给的零件图纸进行生产加工训练。其结果往往是，学生的机床操作和加工技巧得到了良好训练，加工水平有明显提高，但对机床电气知识和产品生产过程少有涉及和了解。当前，仅仅拥有良好的加工技巧已经不能完全满足竞争日益激烈的人才市场的需要，所以职业学校有必要拓宽该专业学生知识与技能的学习领域，甚至应让学生跨专业学习专业技术，从而培养出掌握多方面技术的高技能人才，保证该专业毕业生优质就业。
此次，我们将2010年广州市属技工院校首届师生创新设计大赛作为一次“真实生产任务”，设计一个涉及多技术、多生产环节、多核心能力的综合教学学习情境，让学生在“真实的生产任务”实践中去学习与锻炼。该学习情境具有以下几个创新点：
（一）教学理念应用创新——工学结合的具体实践
作为教育者，对缺乏经验和创新能力的学生，我们该怎样开展教育呢？在学习工学结合的职业教育理念后，我们认为，让学生在基于真实工作过程的学习情境中去锤炼，认识真实、完整的生产全过程，是学生积累经验、培养创新能力的有效途径。工作过程是工作人员在工作场所利用工作资源完成一项工作任务并获得工作成果的一系列活动，这些活动对学生而言，就是他们必须学会和掌握的核心技能。采用基于真实工作过程的学习情境作为教学课题来培养和训练学生，对学生学习兴趣的激发、职业能力的培养和专业技术技能的提高有着事半功倍的效果。
（二）教学课题创新——先进加工、生产、控制技术的集成
“真实工作过程”的学习情境横跨三个专业（模具设计与制造、数控加工、机电一体化），涉及四门先进技术（模具设计、先进数控加工技术、光机电一体化技术、计算机控制技术）。通过此学习情境，学生亲历了一个产品（斗牛机器人）创作设计、部件生产加工、电气装调、总装验证的全部过程，全面了解了一个产品的真实生产过程，掌握了模具设计、数控加工、机电一体化与计算机控制等方面的相关核心技术，培养了团队合作能力。至此，该学习情境的综合性和实践性之强可见一斑。
《斗牛机器人的制作》学习情境作为教学课题，其创新具体表现为：（1）先进的产品外形模具设计软件：采用UG、PowerMill两款高性能模具设计与加工设计软件，提供产品外形模具加工的可行性与安全性验证，同时保证加工的可靠性与加工精度。（2）先进的加工设备：选用进口MIKRON五轴数控加工中心进行产品外形模具与零件加工，五轴加工中心加工可以减少模具与零件加工中的装夹次数，减少产生误差的机会，同时高性能的机床也可以进一步保证加工精度。另外，斗牛机器人的外形采用快速成型技术制作，减少加工环节，提高加工精度。（3）先进的控制技术：斗牛机器人控制部分是一个集光、机、电为一体的工作任务，其采用以AVR单片机为控制核心的控制器，通过一定的技术开发后，开发出一种简便的控制语言与编程模式，使其控制开发平台不再是较为难懂的汇编语言或者C语言。这样，在保证控制精度的前提下，简化了编程的操作过程，降低了编程难度，使非电类专业学生可以轻松上手。
（三）教学方法创新——先进教学方法的集成
在整个《斗牛机器人的制作》学习情境中，坚持生本主义原则，进行了项目教学法、行为引导法、头脑风暴法、思维导图法等教学方法的实践。
《斗牛机器人的制作》学习情境的实施计划与组织分工
（一）学习情境的指导原则与实施计划
指导原则 由教师主导（思路），学生自行设计、加工、安装、调试具有一定功能、节能、环保、有创新特色的产品。
实施计划 （1）学生以大赛主题为“客户需求”，进行产品设计创作。（2）学生根据提出的创作设想搜集信息。（3）学生进行外形、零件、功能方面的设计。（4）指导教师给予加工、调试方面的方法性指导。（5）学生进行组装、调试工作。（6）学生进行后期的技术文件整理，教师负责审阅。
（二）项目人员与分工
参与学生及分工 参与学生为07模具与数控预备技师班学生陈真汉、曹鉴龙和胡浩杰。三者的分工如表1所示。
指导教师及分工 杨伟明负责模具设计与模具加工方面的指导；庄伟负责机器人电气安装与控制程序编制方面的指导。
（三）项目实施步骤（如表2所示）
（四）项目工艺流程
部件及整体设计 斗牛机器人由核心控制器芯片组、光电传感器、直流电机与电池构成的控制系统开始，初步定义控制系统整体尺寸后，进行后续各部件的针对设计并验证尺寸且装配成功。装配后的产品要求结构完整，功能达到设计要求，满足设计需要。
产品造型 本产品各部件按照“牛”的身体线条造型及控制系统与执行系统的尺寸进行设计，并验证后成型，各部件设计应合理可行。
加工过程 （1）启动Aurora软件，连接“快速成型机”并初始化系统，导入牛身图。将牛身置于机床工作台中心位置，利用X、Y轴的旋转来转动牛身，使其位于一个有利于加工的角度。此角度的选择应尽可能达到：节省加工时间、节省支撑材料、同时工件也不易于变形。（2）进入调试操作阶段。打开机床温控，设置牛身参数。由于牛身尺寸较大，曲面多，而且厚度较薄，加工难度较大，容易变形，所以牛身的参数设置必须精细，但这也将会大大延长加工时间。（3）参数设置完毕后，按恢复就绪状态，开始打印模型；喷头设置为双喷头打印，输入工作台高度，开始打印。
产品后处理 （1）边角表面处理。产品由快速成型机进行加工生成造型。加工过程存在着需简易处理的边角或者表面缺陷，须用砂纸或其他工具进行边角表面处理。（2）上色。加工成品需要上色来达到美观和产品自身设计所需的目的。本设计产品需喷染黄色涂料并烘干，用以修饰并达到设计所追求的视觉效果。
（五）学生阶段性成果
建立模型如图1所示。绘制零件图纸如图2所示。实物产品如图3所示。本斗牛机械人项目获得“联拓杯”广州市属技工院校首届师生创新设计大赛二等奖。
结语
《斗牛机器人的制作》学习情境借2010年广州市属技工院校首届师生创新设计大赛为实践机会，在模具与数控技师班的学生中进行具体实践，检验该学习情境的设计是否符合一体化教学和实训的需求。实践证明，该学习情境的设计达到了预期效果，学习情境中项目教学法和行为引导法等先进教学方法的综合使用，很好地调动了学生的学习积极性与主动性，培养了学生的自学能力、沟通能力和创新设计能力，提高了他们对模具加工与装配技术、计算机编程与调试技术的掌握水平。同时，学生还涉猎了传感器技术、系统集成技术和机电安装调试技术，为我们培养具有跨专业、跨技术领域的复合型模具数控技术人才提供了借鉴。此次由学生设计的斗牛机器人在创新大赛上经过众多评委的评审，最终获得了二等奖的好名次，此种学生培养方式也得到了大赛评委的一致好评。评委一致认为，这样的培养方式让学生自主学习，学生通过自己摸索、实践确实可以提高各方面的综合职业能力。我们应该不断进行实践探索，开发出更多更好的学习情境，为职业教育的改革与发展做出贡献。
参考文献：
[1]赵志群.对工学结合课程的认识（一）[J].职教论坛，2008，（1）.
[2]赵志群.对工学结合课程的认识（二）[J].职教论坛，2008，（2）.
[3]赵志群.对工作过程的认识[J].职教论坛，2008，（7）.
[4]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南[M].北京：清华大学出版社，2009，（5）.
[5]姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础[J].职教通讯，2006，（1）：7-9．
[6]姜大源.职业教育：程序与过程辩[J].中国职业技术教育，2008，（10）：1，9．
[7]蒋庆斌，徐国庆.基于工作任务的职业教育项目课程研究[J].职业技术教育，2005，（22）．
[8]唐强奎.任务驱动法、行为引导法、项目课程开发与活动课程开发的关系研究[J].机械职业教育，2008，（11）：50-52.
作者简介：
庄伟（1981—），男，江苏南京人，硕士，广州技师学院讲师，研究方向为控制工程及自动化专业技术一体化课程开发与实践。
（本文责任编辑：谢良才）