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2022年第34期·制造类高技能人才培养数字化转型研究与实践——以数字化先进成型技术专业群为例

来源:教育教学论坛 2023/5/29 16:06:39

[出处] 教育教学论坛_2022年第34期

李厚佳,许耀东

(1.上海市高级技工学校 制造工程系,上海 200051;2.上海工程技术大学 高职学院,上海 200433)

2021 年11 月30 日,工信部对外发布《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》(以下简称《规划》),明确到2025年,信息化与和工业化在更广范围、更深程度、更高水平上实现融合发展,新一代信息技术向制造业各领域加速渗透,范围显著扩展、程度持续深化、质量大幅提升,制造业数字化转型步伐明显加快。

随着智能制造和工业4.0时代的到来,传统学科的知识结构发生巨大变化。专业课程的设置要与智能化、信息化、数字化相结合,这就需要在专业方向、培养目标上进行调整,使专业教学计划紧密联系智能化、网络化、信息化、数字化等要素;专业课程的内容也要发生转变,理论授课应替代传统书本式教学,实训授课面向基于项目导向、工作过程的实践,更多融入仿真加工、虚拟制造、数字化检测、产品数据管理等,通过数据采集和闭环管理,使教学过程可控制、教学质量可追溯。

从专业教学大纲的制定、专业方向的设置、课程标准的实施上,都要体现全闭环、可追溯的人才培养战略,依靠数字化转型手段,实现人才学业周期内成绩管理、数字化测评和质量评价。

一、实施策略

(一)转型之标:数字化人才培养方案

转型的根本目标是培养合格的高技能人才。根据上海高端装备制造业、新型数字产业对制造类高技能人才培养的要求,通过调研、研讨,专业委员会调整人才培养方案,调整、增加针对数字化设计与制造相关课程及新知识、新工艺,使人才培养更加符合智能制造产业的发展需要。

随着产业的不断升级,制造类高技能人才的培养亟待进一步转型升级,不应仅是简单培养设备操作等专业技能,更应注重专业数字化技术的培养与应用。

因此,制造类专业群的数字化转型发展,是解决制造类高技能人才培养的根本方法。现有数字化转型后的专业培养方案,更多地融入了数字化软件设计、CAM仿真加工、数字化质量分析、数字化检测等。特别在增材制造技术应用专业,通过正向逆向设计、增材减材制造、数字化三维检测等内容,培养了学生综合实践技能,使学生在全国职业技能大赛屡获奖项,在创新创业大赛崭露头角,不仅契合了企业岗位需求,也适应了人才可持续发展战略。

(二)转型之本:数字化师资团队培养

转型的根本保障是教师队伍数字化应用能力的培养。先进制造业快速地向数字化、网络化、智能化方向发展,传统制造技术的人才培养已难以满足行业发展的需要,专业教师的数字化转型势在必行。

针对专业教师平均每年开展5~6次二维和三维CADCAM等加工制造类软件的专项培训,提升教师专业软件的应用水平;每年开展1~2次在线课程、办公软件等基础软件的培训,提升教师的数字化教学应用能力;通过各类师资培训,提升教师对新技术、新工艺、新设备的数字化应用能力。

(三)转型之基:数字化教学资源

转型的基础条件是数字化教学资源的构建。数字化教学资源是专业数字化转型的基础,没有数字化教学资源,就难以进行数字化教学。数字化改革需完善网络基础设施、打造智慧教学环境、深耕数字化教学资源、规划并集成应用服务、建设大数据协同中心。

经过多年建设,共开发“机械设计基础”“数控铣”“数控车”“多轴加工”“3D打印基础”“数控加工工艺”等课程数字化教学资源18门,资源总量112G;开发校企合作教材、活页式教材、竞赛成果转化教材等电子或纸质教程8本;建成实训中心的瀑布流专业资源一体机,实现移动数字化网络图书教材自助借阅服务;虚拟现实VR仿真实验资源建设;成功获批上海市中职在线开放课程4门;成功获批上海市精品在线开放课程3门。通过资源建设,以及教学手段的不断提高,我校教师获得上海市教学能力大赛三等奖1项,中职教学法评优三等奖1项。

数字化教学资源的建立,使实训设备虚拟化、实训动作标准虚拟化,解决了实训场地匮乏、部分实训教师短缺的问题。利用钳工信息化实训平台,将钳工的标准站姿、手势通过信息系统传递给学生,由原来40人需要2名实训教师指导,转变为仅需1名指导教师,解决了部分实训教师短缺的问题。

(四)转型之径:数字化教学方法与管理

转型的实施路径是数字化教学与管理方法的实施。现代化、数字化的教学与管理手段是提升教学质量、保证教学效果、提高教学效率的必由之路。教师利用移动教学系统网络开展线上与线下课程教学活动;利用网上小程序进行当堂课程的小测试,实训课程教学信息化,实时传输教学加工程序;利用相应软件进行课程的录播等新的数字化教学手段的应用,大幅提高了教学效率,显著提升了教学质量。学生在全国职业院校技能大赛“注塑模具设计与制造”“复杂零部件多轴加工技术”“产品数字化设计与快速成型”“零部件测量与CAD制图”等项目比赛中获得多个奖项。

数字化教学手段的利用使课堂的表现形式更丰富多样,例如利用图形、文字、录像等多种手段进行展示和讲解。另外,学生的课堂互动更加积极、更加踊跃,参与度更高。借助平台聊天工具、在线讨论、在线作业、在线答疑等形式,可以使师生互动更加直接,效果更好。

借助在线课程平台的专用评价软件,教师可以对学生作业的完成情况有所了解。例如,对差错率及提交情况进行统计分析,生成数字报告或图形报告,方便教师更直观、清楚地了解每位学生的作业情况,从而对这门课的学习做出恰当的总结和评价。

在教学管理上,数字化技术的应用实现了设备台账、资料管理信息化、物料管理信息化、设备维修和保养信息化、运行设备监控管理信息化,建成教学管理大数据中心。2020年12月数控开放实训中心被评为上海市五星级实训中心。信息化手段的应用,提高了整个实训中心的运行效率,对教学质量的提高具有保障和促进作用。

(五)转型之果:数字化教学检控

转型的控制与保障是数字化人才培养质量检查与控制的推行。数字化教学检控是保证专业教学效果、检验教学成果、控制教学质量的最终手段,也是专业数字化转型检验成果的最终体现。完成电子习题册、教考分离考试系统、机械零件智能评测系统等教学检控系统的应用,从数字化课程资源的个性化推送,到学生习题的自动评分;从数字化平台的考试组卷、打印、分发,到考试结果的自动评分;从实操加工零件的自动化测量,到加工结果的大数据分析,记录学生的每一个成绩,分析经常性错误、可能的加工错误,为指导教师上课的重点难点提供数据支持,更为衡量教师教学水平、教学效果、教学质量提供了数据支撑。

通过数字化技术,构建数字化考试考试平台,逐步实施教考分离,利用题库导向教学内容,使用数字化平台自动组卷,使不同教师、不同时段考试的同一门课程出卷更加公平合理,从而有效衡量教师的教学水平与教学质量。同时,建设实操全过程数字化考评、分析、存档,使实操过程有据可查,评价更加合理客观,对结果的分析应用,也能充分调动实训教师的积极性与教学的参与度。

二、创新与成效

(一)构建“人培方案、师资、教学资源、教学方法与管理、教学检控”五位一体的全闭环数字化专业转型整体方案

通过对师资团队、教学资源、教学管理、教学方法、教学检控的数字化转型,全方位、全闭环的数字化改革,专业转型成果显著。“五位一体”的数字化转型缺一不可,形成人机协调、软硬兼施的无缝衔接,贴合教学现场实际,使教师更有针对性地实施教学任务,激发学生学习热情,提高学习效率,提升教学水平,从而形成专业整体的数字化转型方案。

(二)实施制造类专业群数字化转型方案

面向数控技术应用、材料成型及控制工程、机械制造与自动化、增材制造技术应用、机电一体化专业主干课程,依托内涵建设,利用专业化的制作团队,建设一批高质量的微课、慕课等课程资源。项目组成员全员参与课程的构建,从课程的顶层设计、任务划分、组织实践等环节入手,致力于将其打造成专业品牌资源。

(三)构建全过程数字化教学质量检控方法

通过数字化网络课程平台、机械零件智能评测系统等软件,在课程中进行实时课程联系或测量反馈,并生成相应记录,从而对理论课程或实训课程的教学过程进行监控与反馈;通过教考分离考试平台,建立课程考试题库,真正实现教考分离;利用题库指导教师课程内容,导入新技术与新技能,对课程教学效果及教学质量进行检查与控制。

三、问题与对策

(一)数控技术专业发展瓶颈问题

现代化的智能制造类专业人才必须掌握综合实践技能。传统制造专业往往只注重单一工种或单一技能人才培训,如数控车、数控铣或模具电火花加工,人才技能培养过于狭隘,就业岗位过于单一。现有数字转型专业培养方案,更多地融入了数字化软件设计、CAM仿真加工、CAE质量分析、数字化检测等,实现从设计、加工、装配再到设计全闭环的并行工程训练,从简单的协同制图,逐渐过渡到协同仿真与协同调试。特别在增材制造技术应用专业上,通过正向逆向设计、增材减材制造、数字化三维检测等,培养了学生综合实践技能,学生在全国职业技能大赛屡获奖项,在创新创业大赛崭露头角,不仅契合了企业岗位需求,也适应了人才可持续发展战略。

(二)疫情阶段有效开展在线教学问题

在线课堂比传统课堂的表现形式更丰富多样,可利用图形、文字、录像等多种手段进行展示和讲解。借助平台聊天工具、在线讨论、在线作业、在线答疑等形式,可以使师生互动更加直接,效果更好。另外,在线课程具有学生随时随地学习的功能,学生不必局限于学校,在家就可以完成学习,也不必局限于时间,可以随时通过扫描二维码或登录课程网站进行浏览学习。

教师可以借助在线课程平台的专用评价软件,了解学生作业的完成情况。例如,统计分析对错率及提交情况,生成统计分析的数字报告或图形报告,便于教师更直观清楚地了解学生的作业情况,从而对这门课的学习情况做出较好的总结和评价。

(三)场地和实训资源匮乏问题

利用数控加工环境的数字化转型,建立数控仿真模拟机和数控仿真软件,在机房和实训室中完成程序的编写与调试,通过加工仿真模拟走刀路径,检查干涉,生成CN程序;通过网络接口直接传入数控机床,完成加工,减少了在实际机床上编程的时间,以及工件加工试错的成本,提高了实训效果。建立三坐标离线仿真测量软件,在机房脱机完成数模的三坐标测量程序的编制、自动运行干涉检测,最终形成自动测量程序在实际机器上完成工件检测,弥补了学校三坐标测量机工位的不足,且减少了实际运行中因误操作造成的设备故障。利用VR虚拟仿真系统,模拟柔性制造系统生产线的操作,通过沉浸式的虚拟现实场景体验,有助于学生掌握柔性制造生产线流程,减少实际设备运行能源消耗和工件损耗,降低了实训成本,以及误操作带来的设备停工检修的时间损失及维护成本。

从数字化人才培养方案入手进行顶层设计,以数字化教学资源作为基础,以教师队伍数字化教学手段为根本,结合数字化教学管理途径,对制造类专业数字化转型进行了有效的探索。实践证明,数字化转型不仅是形式的转变,更重要的是思想的转变,除了数字化资源建设及平台建设之外,专业人才培养计划、课程教学标准、教学组织方式、成绩考核方式及教学管理模式都要进行改变。数字化转型将成为制造类专业发展的契机,因此,应不断拓宽专业建设的深度和广度,突破传统发展的瓶颈,寻找专业发展的新的增长点,引领未来人才培养模式的巨大变革。


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