OBE-CDIO理念下3D打印技術(shù)的應(yīng)用探究

周蘇潔

摘 要：近年來(lái)，隨著OBE-CDIO教育理念在高職教學(xué)改革中越來(lái)越普及，將3D打印技術(shù)與專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行融合，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力以及順應(yīng)社會(huì)人才發(fā)展的需求至關(guān)重要。文章在基于OBE-CDIO理念指導(dǎo)下，將3D打印技術(shù)與“機(jī)械制圖”課程相結(jié)合，可以在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與綜合技能的同時(shí)，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而顯著提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：OBE-CDIO;3D打印;“機(jī)械制圖”

0? ? 引言

目前，企業(yè)對(duì)高職工科畢業(yè)生的實(shí)踐技能要求越來(lái)越看重。因此，旨在培養(yǎng)符合社會(huì)發(fā)展需求的綜合技能型人才的OBE-CDIO教育理念在高職教學(xué)改革中得到了推廣，這就要求高職院校在課程建設(shè)中要注重以?xún)蓚€(gè)需求為導(dǎo)向：（1）一是注重以市場(chǎng)人才需求為導(dǎo)向;（2）二是注重以學(xué)生多樣化發(fā)展為導(dǎo)向，遞進(jìn)式地挖掘?qū)W生潛能。同時(shí)隨著智能化生產(chǎn)時(shí)代的到來(lái)，培養(yǎng)技術(shù)性及復(fù)合型的技能人才日益迫切，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和普及成為OBE-CDIO理念與專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革實(shí)現(xiàn)融合的橋梁。

“機(jī)械制圖”是高職工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)大一必修的一門(mén)知識(shí)和技能并重的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用性，目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生繪制和識(shí)讀機(jī)械圖樣的基本技能。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的“老師講，學(xué)生練”的教學(xué)模式，學(xué)生容易被局限在一個(gè)狹小的知識(shí)層面上，“圖-物”之間的相互轉(zhuǎn)化只停留在腦海的想象和紙面上，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和工程素質(zhì)的培養(yǎng)，已不再滿(mǎn)足目前市場(chǎng)對(duì)人才的要求。因此，針對(duì)“機(jī)械制圖”課程進(jìn)行教學(xué)改革，更新教學(xué)理念和教學(xué)模式是非常有必要的。

1? ? 研究背景

1.1? OBE-CDIO理念

OBE（Outcome Based Education）是一種以成果為導(dǎo)向的教育理念，核心是強(qiáng)調(diào)學(xué)生在接受教育后獲得的學(xué)習(xí)成果和實(shí)際技能。OBE理念要求圍繞學(xué)習(xí)產(chǎn)出這個(gè)終極目標(biāo)， 以“學(xué)習(xí)成果-能力培養(yǎng)-課程設(shè)計(jì)”為這條反向路線，組織開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)以及實(shí)施教學(xué)考核評(píng)價(jià)[1-3]。

CDIO教育理念是將構(gòu)想、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行4個(gè)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，將實(shí)際項(xiàng)目作為載體，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地、實(shí)踐性地完成實(shí)際項(xiàng)目，在過(guò)程中不斷鞏固理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提升個(gè)人、團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作以及工程系統(tǒng)能力，成為一名真正符合企業(yè)需求的人才[4]。

以產(chǎn)品產(chǎn)出為導(dǎo)向的OBE和項(xiàng)目式主導(dǎo)的CDIO教學(xué)理念有共同之處，它們都是以培養(yǎng)學(xué)生能力作為目標(biāo)，是相輔相成的關(guān)系。OBE理念具體指導(dǎo)“培養(yǎng)什么學(xué)生”，而CDIO教學(xué)模式就“怎樣培養(yǎng)”作出了解答[5]。CDIO項(xiàng)目式教學(xué)的開(kāi)展是OBE理念得以實(shí)現(xiàn)的一種方式。由以上分析可知，OBE-CDIO融合的教學(xué)模式，首先應(yīng)該根據(jù)企業(yè)的人才需求合理地制定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃，以項(xiàng)目為載體實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。

1.2? 3D打印技術(shù)

《中國(guó)制造2025》文件中明確提出推進(jìn)制造過(guò)程智能化，而3D打印技術(shù)的蓬勃發(fā)展是實(shí)現(xiàn)推進(jìn)智能化制造的有利途徑。3D打印技術(shù)可以直接通過(guò)三維數(shù)字化模型生成模型實(shí)體。相比于傳統(tǒng)的加工技術(shù)，利用自下而上層層堆疊的增材制造方式，可以加工出任何具有復(fù)雜形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物體，具有快速自由成型、高柔性以及經(jīng)濟(jì)性等顯著特點(diǎn)[6]。近年來(lái)，3D打印技術(shù)已經(jīng)普及到各行各業(yè)，企業(yè)對(duì)于熟悉和掌握3D打印技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)的人才需求日益增加。

為提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合工程素養(yǎng)，開(kāi)拓學(xué)習(xí)視野，本文基于OBE-CDIO理念的指導(dǎo)，將3D打印技術(shù)引入“機(jī)械制圖”課程建設(shè)。并且針對(duì)“機(jī)械制圖”課程目前存在的問(wèn)題，基于學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，借助3D打印技術(shù)的CDIO項(xiàng)目為載體，對(duì)傳統(tǒng)的“機(jī)械制圖”課程進(jìn)行教學(xué)改革。

2? ? OBE-CDIO理念下3D打印技術(shù)在“機(jī)械制圖”中的應(yīng)用

2.1? “機(jī)械制圖”課程“教”與“學(xué)”過(guò)程中的問(wèn)題分析

在“教”方面，傳統(tǒng)的“機(jī)械制圖”課堂更多地以老師為中心，屬于“老師教什么，學(xué)生學(xué)什么”的模式，學(xué)生被動(dòng)式地被灌輸知識(shí)，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，甚至容易產(chǎn)生厭學(xué)心理。在課程內(nèi)容的講解上，更多偏向于理論知識(shí)的講解，實(shí)踐內(nèi)容主要以手工繪圖為主。在教學(xué)手段的使用上，比較單一，課堂教學(xué)以PPT、板書(shū)為主，利用動(dòng)畫(huà)、視頻、掛圖以及實(shí)物模型等教具加以輔助，但是，PPT課件展示模型大多以平面圖形為主，缺乏三維空間感，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，加上實(shí)體模型不足和課時(shí)的縮減，整個(gè)教學(xué)過(guò)程缺乏互動(dòng)體驗(yàn)，枯燥乏味，導(dǎo)致教學(xué)效率低下，教學(xué)效果不佳。

在“學(xué)”方面，“機(jī)械制圖”注重二維圖形和三維模型之間的相互轉(zhuǎn)化，特別是識(shí)圖方面，高職學(xué)生的空間想象能力普遍不足，無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜二維圖形的三維表達(dá)，這將導(dǎo)致一些課程中的重難點(diǎn)內(nèi)容知識(shí)教學(xué)效果不理想。例如，截交線與相貫線一直是“機(jī)械制圖”教學(xué)的重要模塊，但也是教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生很難從投影視圖直觀地想象出其三維模型。

2.2? “機(jī)械制圖”教學(xué)活動(dòng)的反向設(shè)計(jì)

教學(xué)的最終目的是學(xué)生能力的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)成果則是衡量學(xué)生能力的高低的標(biāo)尺?！皺C(jī)械制圖”的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該基于OBE理念，逆向設(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，自上而下進(jìn)行分析，首先要從企業(yè)目前對(duì)畢業(yè)生的要求出發(fā)，分析學(xué)生應(yīng)該從課程獲取什么能力，包括3個(gè)方面：（1）培養(yǎng)繪圖和識(shí)圖的能力，提高學(xué)生的空間思維能力，能夠利用二維和三維繪圖軟件將“物”“圖”之間進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)化，并且具有一定地設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力;（2）培養(yǎng)一定的工程實(shí)踐能力，能夠完整地完成一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目;（3）培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作能力。其次，根據(jù)培養(yǎng)能力的分析，引入3D打印產(chǎn)品作為課程學(xué)習(xí)成果的形式。再則，堅(jiān)持以“學(xué)生為中心”的原則，對(duì)“機(jī)械制圖”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，依托CDIO項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，最后建立多元化的教學(xué)考核方案，根據(jù)CDIO項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程以及學(xué)習(xí)成果作品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如圖1所示。

2.3? 教學(xué)內(nèi)容與項(xiàng)目實(shí)踐的整合探索

教學(xué)內(nèi)容是對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行的反向設(shè)計(jì)，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定應(yīng)與最終的培養(yǎng)能力目標(biāo)保持一致，由培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)反推出各個(gè)教學(xué)模塊的子目標(biāo)，并將這些子目標(biāo)與課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。需要以知識(shí)能力目標(biāo)和素質(zhì)能力目標(biāo)為指導(dǎo)，梳理和歸納知識(shí)點(diǎn)模塊，同時(shí)更重要的是要利用CDIO教學(xué)理念，將3D打印實(shí)踐項(xiàng)目作為學(xué)習(xí)成果與課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，如表1所示。

由表1可見(jiàn)，每一個(gè)知識(shí)模塊的最終學(xué)習(xí)成果都是相關(guān)的3D打印模型，這樣學(xué)生在可以在理解本章知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)3D打印技術(shù)這個(gè)載體，將理論和實(shí)踐進(jìn)行緊密的結(jié)合，在過(guò)程不僅掌握了二維制圖和三維建模的技能，又親身參與了模型的加工實(shí)踐，完全符合總培養(yǎng)能力的目標(biāo)要求。

2.4? 教學(xué)過(guò)程的實(shí)施

在課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，要靈活應(yīng)用多樣化的教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，老師為引導(dǎo)，使理論教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)相結(jié)合，并融入啟發(fā)式、討論式、問(wèn)題提交式等新的教學(xué)方法。例如在講授“繪制和識(shí)讀零件圖”模塊時(shí)，首先可以將已經(jīng)打印好的齒輪 軸作品展示給學(xué)生，讓學(xué)生事先明白要做什么，下一步再將學(xué)生進(jìn)行分組，以小組為單位就 “怎么做”這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析和討論，通過(guò)小組代表發(fā)言的形式，讓學(xué)生發(fā)表自己的想法思路?；诖?，通過(guò)教師的引導(dǎo)，指出齒輪軸打印任務(wù)的關(guān)鍵步驟，再映射到本章節(jié)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行逐一講解，學(xué)生可以結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)開(kāi)展實(shí)踐訓(xùn)練，首先利用二維CAD軟件對(duì)齒輪軸進(jìn)行工程圖的繪制，并利用三維建模軟件將其轉(zhuǎn)換為三維空間模型，再將三維模型導(dǎo)入3D打印機(jī)進(jìn)行實(shí)物的打印。最后，通過(guò)小組匯報(bào)的形式進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)，使學(xué)生梳理學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程，并且可以就過(guò)程中的疑惑提出問(wèn)題，教師和其他組學(xué)生共同來(lái)答疑，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、問(wèn)題和解決的能力。

并且可以通過(guò)以賽促學(xué)的方法，在課程末尾階段組織院內(nèi)的3D打印大賽，作品展示和小組匯報(bào)可以作為比賽的內(nèi)容，例如課程的最后一個(gè)模塊就可以作為比賽的主題。通過(guò)競(jìng)賽的形式，對(duì)獲獎(jiǎng)的隊(duì)伍進(jìn)行適當(dāng)?shù)鬲?jiǎng)賞，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而且通過(guò)競(jìng)賽，可以檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)接受程度，作為最后成績(jī)考核重要指標(biāo)之一。

在課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，要充分利用信息化教學(xué)平臺(tái)來(lái)延伸教學(xué)時(shí)空，可以提供微課、網(wǎng)絡(luò)視頻等在線資源，方便學(xué)生利用課余零碎化的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)和鞏固。并且可以針對(duì)學(xué)生的3D打印作品和三維模型建立對(duì)應(yīng)的資源庫(kù)，可以供下一屆的學(xué)生參考和學(xué)習(xí)。

2.5? 多元考核評(píng)價(jià)制度的制定

教學(xué)考核評(píng)價(jià)制度的制定是教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一，基于OBE-CDIO教學(xué)理念，教學(xué)考核制度應(yīng)該體現(xiàn)多元化。多元化考核評(píng)價(jià)制度的設(shè)計(jì)需要結(jié)合過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)兩種方式，設(shè)置多項(xiàng)考核內(nèi)容和指標(biāo)，全面考核學(xué)生的綜合能力，特別是考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用創(chuàng)新能力、項(xiàng)目實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生達(dá)成的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行全面的、綜合惡的考核評(píng)價(jià)?？己艘刂饕蓪W(xué)習(xí)過(guò)程（30%）、理論考試（30%）和項(xiàng)目實(shí)踐（40%）3個(gè)方面構(gòu)成。

其中，針對(duì)項(xiàng)目實(shí)踐方面，主要考核以下幾個(gè)內(nèi)容：

（1）繪圖識(shí)圖能力的考核，占比為40%：通過(guò)學(xué)生上交的二維圖紙，考核學(xué)生對(duì)“機(jī)械制圖”知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力以及二維CAD軟件的操作能力;

（2）3D打印實(shí)踐能力的考核，占比為30%：通過(guò)學(xué)生上交的三維模型和3D打印實(shí)物模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);

（3）語(yǔ)言表達(dá)能力的考核，占比為15%：通過(guò)項(xiàng)目分組匯報(bào)的形式，考查學(xué)生是否能夠清晰地闡述項(xiàng)目?jī)?nèi)容以及回答教師的提問(wèn);

（4）團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考核，占比為15%：通過(guò)組內(nèi)互評(píng)的方式考核學(xué)生是夠具備優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)溝通和協(xié)作能力。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文以“機(jī)械制圖”為例，基于OBE-CDIO教育理念，從企業(yè)需求能力培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，將3D打印技術(shù)引入課程并作為實(shí)踐項(xiàng)目的主題，對(duì)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容、教學(xué)組織形式和教學(xué)考核評(píng)價(jià)制度進(jìn)行了逆向設(shè)計(jì)。引入3D打印的項(xiàng)目式教學(xué)模式不僅可以提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，掌握必須的繪圖識(shí)圖技能，還可以增強(qiáng)其工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提升其綜合素質(zhì)，使其成為真正符合企業(yè)需求的綜合性應(yīng)用人才。

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（編輯 傅金睿）

Research on the application of 3D printing technology based on OBE-CDIO concept：

taking the course of “Mechanical Drawing” as an example

Zhou Sujie

（Zhejiang College of Security Technology， Wenzhou 325016， China）

Abstract：In recent years， as the OBE-CDIO educational concept has become more and more popular in higher vocational teaching reforms， the integration of 3D printing technology with professional courses is essential for cultivating students comprehensive practical ability and meeting the needs of social talent development. Under the guidance of the OBE-CDIO concept， this article combines 3D printing technology with the “Mechanical Drawing” course， which can effectively stimulate students interest in learning while cultivating students innovative thinking and comprehensive skills， thereby significantly improving the quality of teaching.

Key words：OBE-CDIO; 3D print; “Mechanical Drawing”