基于OBE理念的3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程教學(xué)研究

李永湘 方永鋒

摘 要：針對傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生主動性和獨立思考能力差等問題，引入OBE教學(xué)理念對3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程教學(xué)進行改革，改進了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計和教學(xué)評價體系。以學(xué)生學(xué)習成果為核心標桿，細化學(xué)生能力培養(yǎng)要求，制定了基于OBE的課程教學(xué)目標和實訓(xùn)項目。將實訓(xùn)課程與省級3D打印比賽相結(jié)合，完善了實訓(xùn)流程和課程教學(xué)評價標準。以36位學(xué)生為教學(xué)對象實踐了新的教學(xué)模式。研究結(jié)果表明基于OBE教學(xué)理念的教學(xué)效果要好于傳統(tǒng)式教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：OBE;3D打印技術(shù);實訓(xùn)

0 引言

近年來，隨著國家“雙一流”建設(shè)方案的提出和新工科教育的發(fā)展[1]，基于成果導(dǎo)向的教育理念（Outcomes-based Education，OBE）在國內(nèi)大學(xué)教育研究中越來越受到關(guān)注。OBE是一種圍繞學(xué)生學(xué)習成果為核心來計劃、執(zhí)行、評估教學(xué)活動的教育理念。OBE教育理念源于20世紀80年代美國教育界提出的OBE教育范式，澳大利亞、加拿大、日本等國也先后提出了OBE認證標準[2]。國內(nèi)部分大學(xué)對OBE進行了探索，例如東莞理工學(xué)院黃衛(wèi)清等提出了將原理教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計相結(jié)合的OBE交叉教學(xué)模式[3]。安徽工程大學(xué)鳳權(quán)研究了紡織專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的OBE教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)體系設(shè)置[4]。欽州學(xué)院肖寶等用OBE理念改進了項目驅(qū)動的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程模塊化教學(xué)評價體系[5]。然而，將OBE教育理念引入3D打印技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)在國內(nèi)還較少考慮。3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程是機械制造及其自動化專業(yè)大專班學(xué)生的一門專業(yè)實訓(xùn)課，對鞏固學(xué)生理論知識、鍛煉學(xué)生動手能力有著重要意義。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要根據(jù)老師指定的實訓(xùn)題目將學(xué)生安排到相應(yīng)的實訓(xùn)場所進行實訓(xùn)，學(xué)生按照老師制定的實訓(xùn)流程走過場，學(xué)生獨立思考得少、學(xué)習主動性差。針對傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，本研究引入OBE教育理念對3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實施計劃、教學(xué)評價等進行改進、研究和實踐。

1 教學(xué)設(shè)計

1.1 教學(xué)目標

根據(jù)機械制造自動化專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標和學(xué)生能力培養(yǎng)要求，基于OBE教學(xué)理論設(shè)計了3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程教學(xué)目標。

（1）使學(xué)生了解3D打印機的工作原理，相關(guān)三維建模軟件、逆向工程設(shè)計軟件、3D打印機控制軟件的基本知識等。

（2）掌握正向三維工程設(shè)計，掌握Solidworks等至少一種三維建模軟件的操作應(yīng)用，具備獨立完成三維模型設(shè)計和識圖繪圖的能力。

（3）掌握逆向工程設(shè)計，掌握三維掃描儀的操作使用和Geomagic Studio 逆向工程軟件的基本操作，例如如何將三維掃描的點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形，如何調(diào)整多邊形數(shù)量，如何由多邊形構(gòu)造Nurbs曲面，如何輸出3D打印機可識別的STL格式文件等。

（4）掌握3D打印機的操作使用，具備獨立完成3D打印模型設(shè)計、3D打印機調(diào)試和3D打印機使用操作的能力。

（5）了解3D打印機的常見故障，掌握常見故障的處理方法。

（6）掌握工程應(yīng)用文寫作的基礎(chǔ)技能，會寫實訓(xùn)報告等。

本課程的教學(xué)目標與學(xué)生能力培養(yǎng)要求緊密相關(guān)，其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

在明確了3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程教學(xué)目標和學(xué)生能力培養(yǎng)要求的基礎(chǔ)上，基于OBE教學(xué)理念，緊密圍繞學(xué)生學(xué)習成果這個核心，對實訓(xùn)項目做了新的探索和調(diào)整，將學(xué)生的實訓(xùn)課程與參加省級3D打印比賽相結(jié)合，只對總體的實訓(xùn)項目作指導(dǎo)性要求，每位學(xué)生的3D模型、作品故事、軟件選擇、工藝流程、3D打印機選擇等皆由其自由發(fā)揮，老師對學(xué)生的進度、疑難進行解答、引導(dǎo)和督促。

1.3 教學(xué)計劃實施

為便于學(xué)生相互交流和管理，按照學(xué)生學(xué)號依次將每6人劃分為1組，共分為6組，每組選一位組長和副組長。學(xué)校工程實訓(xùn)中心有2臺三維掃描儀、56臺計算機和23臺不同型號的3D打印機，可供36位學(xué)生自由選擇使用。教學(xué)計劃實施流程如圖1所示。

2 教學(xué)效果評價

本課程以36位學(xué)生為教學(xué)對象，實施OBE教學(xué)理念的改革探索。學(xué)生的課程成績主要由作品成績（占50%）、考勤成績（占20%）、提問成績（占10%）和實訓(xùn)項目參與度成績（20%）四個部分組成，參加省級3D打印大賽的同學(xué)進入決賽的可加分，在決賽中獲獎的同學(xué)根據(jù)獲獎等級分別加分。通過3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程，學(xué)生基本達到了能力培養(yǎng)要求，53%的學(xué)生完成了所有實訓(xùn)項目，17位同學(xué)沒有參加省級3D打印大賽，5位同學(xué)因只采用正向設(shè)計，沒有參與三維掃描儀操作實訓(xùn)。19位同學(xué)參加了省級3D打印大賽，7位同學(xué)進入決賽，5位同學(xué)獲獎。學(xué)生課程成績分布如圖2所示。學(xué)生代表作品如圖3所示。

3 結(jié)束語

基于OBE教學(xué)理念的3D打印技術(shù)綜合實訓(xùn)課程的教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習積極性和獨立思考能力，學(xué)生的課堂學(xué)習參與度、責任心和動手能力得到提高，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神和組織表達能力，教師的教學(xué)責任心和培養(yǎng)學(xué)生的成就感也得到提高，增進了學(xué)生與老師之間的交流和感情?？傮w上基于OBE教學(xué)理念的教學(xué)效果要好于傳統(tǒng)式教學(xué)模式。后續(xù)工作是進一步加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（04）：1-4.

[2]姚靜，王佩.基于OBE教學(xué)理念的項目驅(qū)動式專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計-以《液壓與氣壓傳動》為例[J].教學(xué)研究，2017（03）：87-91.

[3]黃衛(wèi)清，楊國軍，李永梅等.《化工原理》課程群基于OBE的交叉教學(xué)模式探討[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報，2018（01）：108-111.

[4]鳳權(quán).OBE教育模式下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報，2016（03）：81-85，95.

[5]肖寶.OBE理念項目驅(qū)動法在模塊化教學(xué)中的應(yīng)用[J].欽州學(xué)院學(xué)報，2018（01）：67-72.