基于典型工作任务的“机械零件及子系统的设计与加工”课程的设计与开发

赵 飞

（晋城职业技术学院，山西 晋城 048026）

“双元制”概念最早出现于1964年德国教育事业委员会发布的《关于职业培训与教育事业的专家意见》中。所谓“双元制”指的是由营利为主的企业作为“一元”，与公益为主的职业学校作为“一元”，合作培养技术技能人才的职业教育制度。［1］从20世纪80年代起，德国“双元制”职业教育模式引入我国已有40余年的时间，为我国职业教育的改革发展提供了许多有益借鉴和重要参考。

2018年9月，晋城市政府与德国国际合作机构（GIZ）共同开展“中国山西省晋城市能力建设促进可持续经济转型和工业升级项目”。该项目是晋城市委、市政府确定的助力晋城市产业转型和工业升级的重大项目。目前，子项目“职业教育双元培育促进项目”正在学院稳步推进。学院在机电一体化技术、煤化工技术两个专业中引入“双元制”职业教育核心要素，建立试点班，围绕晋城市高质量产业转型格局，与晋城市相关龙头企业共同研究制定专业人才培养方案，改革人才培养模式，培养高质量技术技能型人才。本文在机电一体化技术专业人才培养方案的框架下，围绕机械部分相关知识与技能进行学习领域课程设计，开发学习情境，为“双元培育”人才质量的保障提供可行性方案。

为了培养符合晋城市产业发展方向、满足企业岗位需求的技术技能型人才，我们选取了晋城市重点龙头企业进行了实地调研。根据学习领域课程开发的基本流程（见图1），从行业情况分析、工作分析、典型工作任务分析、学习领域描述和学习情境设计等各个环节进行机电行业的职业资格研究，确定企业工作内容、职业要求与学生学习内容之间的联系。［2］

图1 课程开发基本流程

（一）行业情况分析

根据晋城市2021年国民经济和社会发展统计公报相关数据，我们选取了晋城富士康集团、晋钢集团、兰花集团、天巨重工、曼云自动化等具有行业代表的企业进行了实地调研，同时组织相关专业教师与企业实践专家、中层管理人员进行访谈，了解企业的技术与管理发展趋势、企业的工作组织形式、企业产品的特点、主要的工作岗位与工作任务等相关问题，形成行业分析报告。

（二）工作分析

在行业情况分析的基础上，对企业的工作流程和工作活动进行了调研，具体调研内容如表1所示。通过调研，我们对机电一体化技术专业的毕业生未来可能从事的各种工作的性质、任务、责任以及任职工作人员的知识、技能、能力和素质进行了全面的调查和分析。

表1 企业工作过程分析

（三）典型工作任务分析

通过对机电一体化技术专业工作岗位与工作能力的分析，我们将不同企业工作岗位中相同的工作任务进行了整合，并根据工作任务之间的关联性进行分类，同时结合学院具体的教学条件，构建了由10个学习领域课程为核心的专业课程体系，如表2所示。

表2 机电一体化技术专业学习领域课程

在机电一体化技术专业学习领域课程中，机械部分所对应的学习领域课程为“机械零件及子系统的设计与加工”。下面对该学习领域课程进行详细描述。

（一）典型工作任务描述

机械零件及子系统的设计与加工是指根据机械图样，使用生产企业中最常用的加工设备、加工工具完成机械零件或由机械零件组成的子系统的设计、加工、制造与装配。通过对实际操作技能的教学与实训，使操作人员初步具备相应的工作能力。

根据机电一体化技术专业人才培养方案中培养目标的要求，机电一体化专业技术人员应能够利用机械、电气和电子组件、元件构建复杂的机电一体化系统。因此，学习领域“机械零件及子系统的设计与加工”将学习目标定位于能够识读、绘制机械图样，使用相关CAD/CAM软件完成机械子系统的设计与装配，并使用相应的加工设备、加工工具完成机械子系统的手动机械加工、制造与装配。我们将这些工作情境定义为典型工作过程，操作人员应熟练使用软件、设备、工具，在规定的时间内完成机械子系统的制造与装配，达到相应的工作要求。具体如下：

1.接受工作订单，实施前期准备

工作人员接收工作任务，进行前期准备工作。内容包括了解机械子系统的组成、材料、规格、技术要求、功能，并检查机械子系统所需的技术文件、原材料、工具、加工设备等是否齐全。

2.机械子系统的设计

根据给定的技术图样，使用CAD/CAM软件完成机械零件的绘制，并完成机械子系统的虚拟装配，确定工作方案的可行性。

3.制订机械零件的加工工艺

根据机械零件的结构特点，结合现有的生产条件，合理制订零件的加工工艺，编制机械加工工艺文件。

4.根据工艺文件完成零件的机械加工

根据制订的机械加工工艺文件，使用加工设备、工具完成零件的机械加工，并检测零件的精度是否达到技术要求。

5.机械子系统的装配与调整

根据技术图样，使用相关工具完成机械子系统的装配与调整，使机械子系统能够实现预定的动作与功能。

6.工作成果的交付

工作人员对机械子系统进行最后的检查和清理，制定其安装和操作使用说明并将其交付使用人员。

（二）学习目标

学习完本课程后，学生应当能够胜任机电系统中机械子系统的设计与加工工作，完成机械子系统的设计、加工、装配。具体包括：

1.能够独立查阅相关手册和资料并获得所需信息；

2.能够识读机械图样，并使用CAD/CAM软件完成机械零件的设计；

3.能够根据零件结构、技术要求、材料、批量等编制工艺文件，准备相应的工艺装备；

4.能够按照安全操作规程熟练使用加工设备，完成零件的加工；

5.能够正确分析加工过程中出现的问题，并采取措施及时修正；

6.能够正确完成机械子系统的装配；

7.能够按照生产企业要求执行“6S”管理。

（三）工作与学习内容

工作与学习内容和实际工作过程相联系，它按照工作的三个维度（工作对象；
工具、工作方法和劳动组织方式；
工作要求）来进行表述。确定学习内容的过程，是将职业分析结果按照学校的教育性目标和人的全面发展目标进行“教育学处理”的过程，学习内容是“典型工作任务”与“教育性目标”从两个方向靠近并取得协调一致的结果。［3］

1.工作对象

即具体工作情境和工作行动的内容，包括：机械子系统加工前的准备工作，成本核算与工时计算，机械子系统技术文件的识读与绘制，CAD/CAM软件的操作与使用，加工设备、加工工具的操作与使用，加工设备、加工工具的安全管理，加工设备、加工工具的日常维护与保养，《机械设计手册》《机械加工工艺手册》的查阅与使用，机械加工工艺文件的填写，检测设备、工具的使用与维护，机械子系统的装配与调试，工作过程的反思与持续改进。

2.工具、工作方法和劳动组织方式

（1）工具材料 加工机械子系统的加工设备与工具，相应的设备使用说明书、安全操作手册，机械设计手册、机械加工工艺手册，加工耗材，加工设备正常使用的辅助用品；
操作人员的劳保安防用品，白板、投影仪、办公软件、CAD/CAM软件挂图等。

（2）工作方法 查阅设备技术文件的能力，加工设备、工具的正确操作、使用、维护和保养，手册与资料的查阅，上下级沟通能力，资料编辑与整理，培训和教导的能力，异常处理与反馈能力，总结与持续改进，劳保用品的配备与合理穿戴。

（3）劳动组织 与同部门同事进行加工方案的交流，与同部门同事的相互配合、相互辅助，与设备厂商和供应部门进行设备、工具、材料、用品的需求、维护、保养等方面的交流。

3.工作要求

能运用机电专业知识读懂机械子系统的零件图与装配图，能使用CAD/CAM软件进行机械子系统的设计与前期装配验证，能根据技术文件并结合生产部门的条件，制订机械子系统的加工方案计划，能根据加工方案进行生产要素的准备，能制订机械零件的加工工艺文件，能正确选择机械工艺装备并熟练操作加工设备完成机械子系统的加工与装配，能正确处理工作中的紧急事件，具有工作的成本意识和社会环境责任，能自觉遵守安全操作规程，能及时、规范地完成工作总结任务，个人保护用品和工具符合劳动保护要求。

学习情境是在典型工作任务基础上设计的、用于学习的“情形”和“环境”。［4］在进行学习情境设计时，应按照典型工作任务涉及的岗位、产品、操作系统、复杂性、工艺流程或服务对象的不同进行，同时考虑教学资源、教师和学生等实际情况。

根据机电一体化技术专业的培养目标，学生应能够利用机械、电气和电子组件和元件构建复杂的机电一体化系统。因此，按照本专业各学习领域提出的学习目标和工作要求，合理选择或设计满足其要求的工作载体至关重要，工作载体应尽可能地涵盖机械、电气、电子等相关内容。学习领域“机械零件及子系统的设计与加工”所采用的机械子系统应是机电一体化系统的一部分，它具有可扩展性，为电气、电子系统设计与开发奠定了必要的物质基础。

我们选取了大小球分拣装置作为机械子系统的工作载体，其工作原理如图2所示。该装置通过气缸内活塞的运动，带动滑阀在底板上运动，让滑阀内的小球根据直径的大小从分类板中流出，实现对小球的分拣功能。“大小球分拣装置的设计与加工”涵盖了机械制图、公差配合、金属材料、钳工、普通机床加工、CAD/CAM等专业知识，将必要的理论知识融合在具体的学习情境中，通过让学生完成学习情境中的工作载体，达到人才培养方案所要求的培养目标。

图2 大小球分拣装置

在设计学习情境时，我们根据组成大小球分拣装置的机械零件，按照各个零件的结构特点与加工难易程度，将学习领域“机械零件及子系统的设计与加工”划分为10个学习情境，具体学习情境如表3所示。每个学习情境完成了1个机械零件的设计与加工。这些零件将由学生通过CAD/CAM软件完成其建模与装配，然后由学生根据零件图样，利用相应的加工设备与加工工具，综合应用相关理论知识，完成小球分拣装置主体零件的加工与制造，并完成小球分拣装置的装配，为后续小球分拣装置的自动控制部分的实现提供基础。

学习领域“机械零件及子系统的设计与加工”的设计是在机电一体化技术专业人才培养方案的基础上，对原有知识结构和课程内容的一次重新构建。教师、学生、教学环境、实训设备、教学管理、教学组织、教学方法等诸多因素的改变都会对教学效果产生一定影响。在中德试点班的教学实践过程中，学生的学习内容是工作，学生通过工作完成学习任务。学生在学习中体会到了工作的乐趣，教师角色也由主导者转变为引导者和指导者。这种良性课堂教学关系的实现不仅在于好的学习情境设计，更在于教学过程的实施。在教学实施的过程中不断调整和优化，以期达到最佳的教学效果。

表3“机械零件及子系统的设计与加工”学习情境

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