專創(chuàng)融合的產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程改革與實踐

王敬 張政梅

摘 要：產(chǎn)品設(shè)計與3D打印是高職機械設(shè)計與制造專業(yè)非常重要的專業(yè)核心課程，課程項目使用工業(yè)軟件與增材制造設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)意作品的數(shù)字化設(shè)計與快速制造，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力的同時提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，在課程實施過程中以專創(chuàng)融合為改革思路，重構(gòu)了課程內(nèi)容、轉(zhuǎn)變實施方式，在理念與實踐上取得了一定的效果，本文闡述了課程改革的具體內(nèi)容與實踐。

關(guān)鍵詞：專創(chuàng)融合? ? 課程改革? ? 創(chuàng)新能力

課? ?題：本文系山東省教育科學(xué)規(guī)劃創(chuàng)新素養(yǎng)專項課題一般課題“專創(chuàng)融合視角下智能制造技能型創(chuàng)新人才培養(yǎng)策略研究”（課題編號：2022CYB337）、“高職院校教師創(chuàng)新素養(yǎng)的職前、職后一體化培育研究”（課題編號：2022CYB322）、山東省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題“產(chǎn)教融合背景下高職高端制造業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提升路徑研究”（課題編號：2021ZC122）的階段性研究成果。

產(chǎn)品設(shè)計與3D打印是機械設(shè)計與制造專業(yè)一門主要的專業(yè)核心課程，是對學(xué)生進(jìn)行機械設(shè)計能力、增材制造能力訓(xùn)練的主干課程，對于培養(yǎng)學(xué)生的核心職業(yè)能力有重要作用。該課程理論性和實踐性都很強，是基于實物制作的理實一體課程，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的良好載體，因此可以把該課程教學(xué)作為進(jìn)行專創(chuàng)融合教育的一個重要途徑。

一、傳統(tǒng)課程內(nèi)容在創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足

智能制造是建立在數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)上的，增材制造技術(shù)是快速制造的核心基礎(chǔ)技術(shù)，3D打印在產(chǎn)品研發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計上有幾大優(yōu)勢：縮短生產(chǎn)時間、提高了材料的利用率、實現(xiàn)輕量化、降低成本、提高工藝、快速生產(chǎn)、提高精度、實現(xiàn)個性化定制。產(chǎn)品設(shè)計完成后，傳至CAD/CAM系統(tǒng)，送到快速原型成型機，將樣品模型制作出來。產(chǎn)品設(shè)計與3D打印在企業(yè)中是設(shè)計新產(chǎn)品的一個重要方法。傳統(tǒng)的課程內(nèi)容不能有效對接制造業(yè)領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范，無法滿足以強化能力培養(yǎng)的項目化教學(xué)的要求。

二、專創(chuàng)融合的課程改革理念

增材制造技術(shù)與新設(shè)計理念的加速融合，改變制造過程，重塑商業(yè)模式，以快速制造、工藝改進(jìn)帶動產(chǎn)業(yè)升級；產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程對接智能制造的前沿技術(shù)，采用新的設(shè)計理念，以智能工廠的智能裝備為載體，依據(jù)CDIO模式進(jìn)行教學(xué)改革，以C（構(gòu)思）、D（設(shè)計）、I（制作）、O（運行）工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計與制造的全流程理念序化工作任務(wù)。

其總體設(shè)計思路是：以完成典型工作任務(wù)為主線，將相關(guān)的理論知識、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)能力等融合于具體工作任務(wù)中，本課程以產(chǎn)品設(shè)計與3D打印基礎(chǔ)能力、產(chǎn)品設(shè)計與3D打印核心職業(yè)能力、機械設(shè)計崗位職業(yè)能力的三層能力遞進(jìn)設(shè)計了“領(lǐng)域—項目—工作任務(wù)”的課程框架，課程內(nèi)容包括：四大模塊、六大項目，典型零件的每個項目又按照產(chǎn)品從測繪、數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造、虛擬裝調(diào)的工作流程來設(shè)計4～8個工作任務(wù)。課程體系的設(shè)計實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)融通合一、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對接、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對接、畢業(yè)證書與職業(yè)等級證書對接。課程內(nèi)容的設(shè)計既有難度梯度，也為學(xué)生考取證書、參加比賽打下了基礎(chǔ)。

三、產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程改革實踐

為落實人力資源社會保障部《關(guān)于加強新職業(yè)培訓(xùn)工作的通知》要求，課程改革對標(biāo)新職業(yè)《增材制造設(shè)備操作員》《智能制造工程技術(shù)人員》國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程對智能工廠的檢測機器人、巡檢無人機、搬運機器人、自動引導(dǎo)小車（AVG）、自動化倉儲等智能裝備進(jìn)行解構(gòu)，重構(gòu)課程內(nèi)容為：智能之“眼”（視覺識別）、智能之“翼”（巡檢無人機）、智能之“手”（搬運物料）、智能之“足”（物料轉(zhuǎn)運）四大領(lǐng)域。具體的項目分別為：攝像頭支架、無人機機架、無人機機翼、機械手、無人導(dǎo)引車的創(chuàng)新設(shè)計與增材制造。

個性化定制、柔性化生產(chǎn)是智能制造的重要特色，同一條生產(chǎn)線可以生產(chǎn)、組裝不同的零件，只需更換部分夾具和機械手。項目設(shè)計針對企業(yè)問題，以解決智能工廠真實問題、完成產(chǎn)品設(shè)計與試制為導(dǎo)向，依據(jù)增材制造設(shè)備操作員新職業(yè)規(guī)范，對接世界CAD機械設(shè)計賽項的標(biāo)準(zhǔn)與評價指標(biāo)，把《增材制造設(shè)備操作與維護(hù)》職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)技能點融入教學(xué)目標(biāo)，提取逆向工程設(shè)計工作流程的典型工作任務(wù)序化教學(xué)內(nèi)容，任務(wù)流程為：任務(wù)分析—市場調(diào)研—數(shù)據(jù)測量—模型修改—數(shù)字化設(shè)計—增材制造—打磨裝配—試車驗證。

四、教學(xué)實施總體框架

產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程的組織以“培養(yǎng)與調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性，訓(xùn)練與提高學(xué)生創(chuàng)新思維和設(shè)計能力”為目標(biāo)，針對機械設(shè)計課程長期存在的“重知識輕技能，重理論輕思維”的落后的教學(xué)理念，借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”“項目驅(qū)動”“探究式”等先進(jìn)的教學(xué)理念，借助MOOC、超星學(xué)習(xí)通、智慧課堂三個平臺，設(shè)計并構(gòu)建優(yōu)秀的教學(xué)資源庫。

設(shè)計“三階段六環(huán)節(jié)兩融合一貫穿”教學(xué)組織模式，產(chǎn)教融合、專創(chuàng)融合兩大融合的產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)育人機制，引入企業(yè)真實問題，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與設(shè)計能力；設(shè)置課前探學(xué)、課中啟智、課后拓研“三階段”，課前學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行自學(xué)與測試，課中分組合作學(xué)習(xí)，通過探新知、明任務(wù)、研方案、練技能、評結(jié)果、拓創(chuàng)業(yè)教與學(xué)的“六環(huán)節(jié)”，掌握重點、突破難點，課后拓學(xué)，雙創(chuàng)導(dǎo)師指導(dǎo)，營造“個性化、主動自主、合作式”的學(xué)習(xí)氛圍；將“匠心鑄魂、勞動踐行”兩個維度的課程思政內(nèi)容貫穿于教學(xué)活動之中，培養(yǎng)“知行合一、德技并修”的新時代智能工匠。

五、產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程改革效果

產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程整體教學(xué)設(shè)計打破以知識傳授為主要特征的傳統(tǒng)課程模式，將知識傳授變?yōu)橐酝瓿傻湫凸ぷ魅蝿?wù)為主線的學(xué)習(xí)任務(wù)，將相關(guān)的理論知識、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)能力等融入具體的學(xué)習(xí)活動中，以學(xué)生為中心，打造金課，深入開展課堂革命，有效提升教育質(zhì)量。

（一）重構(gòu)課程體系

針對實際工作崗位重新構(gòu)建課程體系，并按實際工作流程重新設(shè)計課程結(jié)構(gòu)。落實職業(yè)教育國家教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）、職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)等，基于真實工作任務(wù)、工作流程進(jìn)行改革，以崗課賽證融通的理念進(jìn)行課程的頂層設(shè)計。

（二）重組教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)學(xué)科型課程以學(xué)科知識邏輯為主線、專業(yè)理論知識為主體，針對實際工作任務(wù)需要，以職業(yè)活動為主線，以培養(yǎng)職業(yè)能力為本位，在教學(xué)內(nèi)容中滲透家國情懷、勞動教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，以“專創(chuàng)融合+課程思政”為宗旨，重新組織和設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)課程內(nèi)容。

（三）轉(zhuǎn)變實施方式

轉(zhuǎn)變學(xué)科型課程主要進(jìn)行知識灌輸、學(xué)生被動接受、實踐與理論脫節(jié)的實施方式，形成主要進(jìn)行任務(wù)實施、學(xué)生主動構(gòu)建、實踐與理論一體化的實施方式。打破單一的教學(xué)模式、教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)設(shè)盡可能與工作實境接近的教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)校環(huán)境與工作環(huán)境、校園文化與企業(yè)文化的有機融合，按照課程改革的要求進(jìn)行資源建設(shè)。在產(chǎn)品設(shè)計與3D打印的課程教學(xué)中利用新媒體、新技術(shù)、新評價標(biāo)準(zhǔn)，通過教學(xué)平臺實現(xiàn)對教學(xué)實施全過程的信息采集與監(jiān)控。

六、產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程改革的特色

（一）“專創(chuàng)融合”培養(yǎng)技能創(chuàng)新人才

對接智能工廠真實項目，產(chǎn)教融合、專創(chuàng)融合，產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)一體，促進(jìn)了科技成果轉(zhuǎn)化，使學(xué)生在基于問題導(dǎo)向的工作流程中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富完善了學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程建設(shè)，使人才培養(yǎng)更貼近崗位實際，提升了專業(yè)服務(wù)社會的能力，并以此為契機推動專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對接，助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級。

（二）“新標(biāo)新技”加強新職業(yè)培訓(xùn)

在逆向工程設(shè)計課程中，融入《增材制造設(shè)備操作與維護(hù)》新職業(yè)要求。通過課程的學(xué)習(xí)培訓(xùn)促進(jìn)崗課賽證的融通合一，促進(jìn)學(xué)生盡快適應(yīng)職業(yè)崗位新需求，提高學(xué)生的就業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)，以適應(yīng)高端制造領(lǐng)域?qū)θ瞬诺母邩?biāo)準(zhǔn)高要求。

七、對產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程改革的反思

（一）校企深度融合，擴充企業(yè)案例庫

任務(wù)源于企業(yè)真實案例。企業(yè)需求是機械創(chuàng)新設(shè)計的起點，產(chǎn)業(yè)升級是專業(yè)與課程變革的動力，智能制造催生了新業(yè)態(tài)、新模式、新職業(yè)，產(chǎn)品設(shè)計與3D打印課程的內(nèi)容將進(jìn)一步跟隨新技術(shù)不斷更新，擴充企業(yè)案例庫。加強校企合作，讓前沿技術(shù)進(jìn)校園，科研成果服務(wù)于企業(yè)，形成校企共贏的協(xié)同育人生態(tài)平衡。

（二）開發(fā)新形態(tài)資源，充實線上實訓(xùn)教學(xué)

制造類專業(yè)技能訓(xùn)練高度依賴設(shè)備與資源，目前線上教育難以滿足實訓(xùn)的要求，數(shù)字孿生技術(shù)伴隨智能制造技術(shù)而生，在以后的課程改革中，可以利用數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)不受地域限制的遠(yuǎn)程教學(xué)和遠(yuǎn)程實操，解決多類型生源線上教學(xué)問題。

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（作者單位：山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院）