陳 詩(shī) 祁 超

（[1]陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 陜西·西安 710119；[2]陜西漢中市漢臺(tái)中學(xué) 陜西·漢中 723000）

0 引言

近年來(lái)，CDIO 工程教育模式在國(guó)際教育領(lǐng)域取得了巨大成果，在我國(guó)各大高校實(shí)踐類課程教學(xué)中也得到了大力推廣和發(fā)展。CDIO 理念包括了構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）四部分，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)”，樹(shù)立“以學(xué)生為中心”的新觀念，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。在CDIO 教育理念的指導(dǎo)下，教學(xué)內(nèi)容循序漸進(jìn)，逐層展開(kāi)。在課堂教學(xué)中，采取翻轉(zhuǎn)課堂、線上教學(xué)相結(jié)合的雙重模式；在實(shí)踐操作中，以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主動(dòng)手實(shí)踐；在仿真運(yùn)作中，以團(tuán)體合作為主，提升協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力。[1]

為了應(yīng)對(duì)新的經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，服務(wù)國(guó)家高速發(fā)展的科技需求，響應(yīng)“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略，高校人才培養(yǎng)形成了新工科理念，各學(xué)校大力開(kāi)展實(shí)踐類課程建設(shè)，力爭(zhēng)為社會(huì)培養(yǎng)更多應(yīng)用型技術(shù)人才。其中3D 打印作為一種全新的快速成型技術(shù)，完全顛覆了傳統(tǒng)加工制造行業(yè)減材制造的理念和模式，成為世界各國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的實(shí)踐類課題。我國(guó)各大高校紛紛開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，并由高校逐步向中學(xué)普及。目前我國(guó)制造業(yè)人才缺口巨大，其中3D 打印應(yīng)用型人才更是供不應(yīng)求，這些應(yīng)用型人才主要來(lái)自于各大高校，[2]是未來(lái)社會(huì)的建設(shè)者和接班人，因此，加強(qiáng)3D 打印課程建設(shè)，是我國(guó)躋身世界科技強(qiáng)國(guó)的重要舉措之一。

1 3D 打印課程教學(xué)現(xiàn)狀

我國(guó)3D 打印教育起步相對(duì)較晚，普及范圍還停留在個(gè)別發(fā)達(dá)地區(qū)。在國(guó)際范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力、抗風(fēng)險(xiǎn)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力等與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距。[3]在理論研究向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化方面還存在一些問(wèn)題。

1.1 教學(xué)方面

目前，雖然一些高等院校和職業(yè)院校已經(jīng)開(kāi)始重視3D 打印，但大多都是掛靠在機(jī)械相關(guān)專業(yè)下，沒(méi)有完整的課程體系指導(dǎo)。主要教學(xué)內(nèi)容為三維建模軟件的使用和機(jī)械模具制造。教學(xué)形式單一，深入性不夠，缺乏創(chuàng)新轉(zhuǎn)化的內(nèi)在動(dòng)力。

1.2 評(píng)價(jià)方面

評(píng)價(jià)模式依然采用傳統(tǒng)課堂的考勤成績(jī)和卷面成績(jī)相結(jié)合的方式，忽略了3D 打印教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐的特質(zhì)。只重視結(jié)果，不重視過(guò)程，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作等綜合性能力評(píng)價(jià)不到位。教師也無(wú)法根據(jù)評(píng)價(jià)真正掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，一定程度上影響了教學(xué)效果。

2 CDIO 理念下的3D 打印教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前3D 打印教學(xué)中存在的問(wèn)題，結(jié)合CDIO 工程教育理念，該課程應(yīng)將課堂教學(xué)與項(xiàng)目教學(xué)有機(jī)結(jié)合，落實(shí)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，讓學(xué)生體會(huì)“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)快樂(lè)。

結(jié)合3D 打印課程學(xué)習(xí)軌跡，我們將整個(gè)課程分為三個(gè)階段，分別為三維軟件學(xué)習(xí)，3D 項(xiàng)目工程實(shí)訓(xùn)和大學(xué)生3D 眾創(chuàng)空間運(yùn)營(yíng)。第一階段主要學(xué)習(xí)3ds max 軟件操作，以“學(xué)校沙盤模型設(shè)計(jì)”“畢業(yè)生文創(chuàng)禮物設(shè)計(jì)”“抗擊病毒，3D 打印口罩調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)”為教學(xué)項(xiàng)目，要求學(xué)生熟練掌握軟件基本操作，能夠設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理，富有創(chuàng)意的三維模型，是CDIO 理念中構(gòu)思（C）和設(shè)計(jì)（D）的體現(xiàn)。第二階段在大學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)中心完成，利用3D 打印機(jī)和各種加工工具，完成第一階段模型的打印實(shí)踐，要求學(xué)生了解3D 打印機(jī)工作原理，掌握聚合物成型工藝，熟悉零件的二次加工和組裝，是CDIO 理念中實(shí)現(xiàn)（I）的體現(xiàn)。第三階段在學(xué)校和教師的支持下成立大學(xué)生3D 眾創(chuàng)空間，邀請(qǐng)行業(yè)專家定期舉行行業(yè)新技術(shù)培訓(xùn)講座，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加國(guó)內(nèi)外相關(guān)比賽，探索3D 打印商業(yè)化模式，聯(lián)系校外企業(yè)進(jìn)行模擬創(chuàng)業(yè)，挖掘3D打印商業(yè)價(jià)值，是CDIO理念中運(yùn)作（O）的體現(xiàn)。

表1 小組評(píng)價(jià)量表

整個(gè)課程以項(xiàng)目為載體，每一階段都有對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目實(shí)例，學(xué)生分小組完成相應(yīng)的項(xiàng)目，并在每一階段末期，進(jìn)行成果展示，形成綜合性評(píng)價(jià)。課程設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)，逐層深入，從書面知識(shí)到實(shí)踐操作再到一體化項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)知識(shí)，在操作中轉(zhuǎn)化知識(shí)。

3 CDIO 理念下的3D 打印教學(xué)實(shí)施

結(jié)合CDIO 理念和3D 打印課程特點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中根據(jù)課程內(nèi)容采取相應(yīng)的教學(xué)方法，多種教學(xué)方法相結(jié)合，力求達(dá)到最好的教學(xué)效果。

3.1 教學(xué)方法實(shí)施

（1）翻轉(zhuǎn)課堂。在3ds max 軟件學(xué)習(xí)階段，利用“雨課堂” 等教學(xué)平臺(tái)，以學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，課堂解決問(wèn)題為主要學(xué)習(xí)模式。教師課前將教學(xué)資源制作成微課視頻，利用平臺(tái)下發(fā)給學(xué)生自主學(xué)習(xí)；課中交流學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師對(duì)學(xué)生自學(xué)成果進(jìn)行歸納和總結(jié)；課后學(xué)生自主探究，查閱相關(guān)補(bǔ)充資料開(kāi)闊視野。課堂以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

（2）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。在3D 打印工程實(shí)訓(xùn)階段，學(xué)生分小組帶著任務(wù)主動(dòng)學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。實(shí)訓(xùn)結(jié)束后以小組為單位向全班進(jìn)行成果展示匯報(bào)，各小組根據(jù)匯報(bào)相互打分，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這種教學(xué)方式既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，又激發(fā)了其團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

（3）模擬運(yùn)營(yíng)。高校眾創(chuàng)空間是以高校優(yōu)質(zhì)資源為依托、以大學(xué)生參與為主體、專門為大學(xué)生提供創(chuàng)業(yè)服務(wù)的綜合平臺(tái)，是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的重要平臺(tái)。[4]在這里對(duì)3D打印技術(shù)有共同興趣的同學(xué)可以聚會(huì)，社交，展開(kāi)合作。學(xué)生在課余時(shí)間自主經(jīng)營(yíng)，舉行行業(yè)講座，參加專業(yè)比賽，甚至是在教師的指導(dǎo)下和企業(yè)形成良性的商業(yè)合作，為以后畢業(yè)參加工作，建設(shè)我國(guó)3D 打印技術(shù)的未來(lái)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 考核評(píng)價(jià)體系

CDIO教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，根據(jù)課程設(shè)計(jì)，我們應(yīng)從多角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）軟件學(xué)習(xí)階段。軟件屬于基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)填寫課前學(xué)習(xí)任務(wù)單，階段性上機(jī)測(cè)驗(yàn)的方式即可判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。教師在課中交流答疑的過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻注意學(xué)生的知識(shí)掌握情況，對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解。

（2）工程實(shí)訓(xùn)階段。工程實(shí)訓(xùn)以小組為單位，將最終成果向全班展示匯報(bào)。匯報(bào)時(shí)，采用匿名打分的方式進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)量如表1 所示。

量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以百分制比重計(jì)算，分別為微課學(xué)習(xí)任務(wù)能認(rèn)真完成并自主實(shí)踐（5%）、自主學(xué)習(xí)階段能主動(dòng)發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題（10%）、課程實(shí)踐中能自主思考設(shè)計(jì)并動(dòng)手實(shí)踐（10%）、能夠團(tuán)結(jié)同學(xué)，小組成員分工協(xié)作（15%）、作品完成度高，結(jié)構(gòu)合理功能完善，具有一定的實(shí)用性和現(xiàn)實(shí)意義（30%）、演講展示表達(dá)流暢，邏輯清晰，能進(jìn)行自我反思和評(píng)價(jià)（30%）。

（3）模擬運(yùn)營(yíng)階段。眾創(chuàng)空間是在學(xué)校和教師的支持下由學(xué)生獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的模擬社區(qū)，自由度相對(duì)較高，眾創(chuàng)空間關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程，以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)自主發(fā)展的能力。[5]可以從學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，參賽成果，專利成果，模擬創(chuàng)業(yè)的營(yíng)收狀況等方面綜合評(píng)價(jià)。由于空間活動(dòng)復(fù)雜，人員變動(dòng)較大，教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的運(yùn)營(yíng)情況，防止不良事件發(fā)生。

以上三方面將過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，以學(xué)生為評(píng)價(jià)主體，形成了多維立體式評(píng)價(jià)機(jī)制。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在CDIO工程教育理念的指導(dǎo)下，重構(gòu)了實(shí)踐類課程3D 打印的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了多維評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，解決了傳統(tǒng)3D 打印教學(xué)中的問(wèn)題，提高了學(xué)生的工程素質(zhì)。但是在實(shí)踐教學(xué)中，仍然存在很多問(wèn)題，為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出國(guó)家滿意社會(huì)認(rèn)可的高端人才，我們?nèi)匀贿€需要做很多努力。