■ 河南工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 陶 凱 郭朝博 張愛民 王會敏

■ 河南工學(xué)院圖書館 韓 璐

■ 河南工學(xué)院機械工程學(xué)院 康玉輝

1 快速成型課程教學(xué)基本情況

快速成型技術(shù)課程教學(xué)創(chuàng)新主要基于材料類本科專業(yè)(如材料成型及控制工程、材料科學(xué)與工程)的專業(yè)課程“快速成型技術(shù)”開展工作。主要介紹常用快速成型(RP)工藝、材料、設(shè)備、數(shù)據(jù)處理等方面的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用。學(xué)生經(jīng)過本課程的學(xué)習(xí),能夠掌握快速成型技術(shù)的基本原理和操作方法,熟悉相應(yīng)材料及工藝設(shè)備,了解相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,具備課程方向的工程應(yīng)用和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力,為后續(xù)的課程及畢業(yè)后工作或深造打下基礎(chǔ)。目前不少高校的快速成型技術(shù)課程教學(xué)中仍存在著教學(xué)方法單一、技術(shù)進展內(nèi)容欠缺等問題。本文從理論教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)模式、課程教學(xué)方式、方法與手段、考核方式以及課程線上資源建設(shè)等方面對該課程進行改革創(chuàng)新工作。

2 快速成型技術(shù)課程教學(xué)研究探索

快速成型技術(shù),也稱3D打印或增材制造技術(shù)課程是目前國內(nèi)高校中材料類和機械類等工科專業(yè)普遍開設(shè)的專業(yè)課程,該課程所涵蓋內(nèi)容豐富多樣,且更新變化速度快,包括理論和實驗兩個環(huán)節(jié)。針對該特點,本項目在學(xué)生扎實理解和掌握理論知識基礎(chǔ)上,強化知行結(jié)合的實踐應(yīng)用能力,本著“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念,在理論和實驗環(huán)節(jié)都進行了教學(xué)創(chuàng)新工作。

2.1 充實多樣的教學(xué)內(nèi)容

本著全面學(xué)習(xí)快速成型領(lǐng)域的主流先進技術(shù)為目的,課程講授中不但涵蓋教材中成熟的技術(shù)理論和應(yīng)用,還通過多種手段補充教材之外的最新行業(yè)技術(shù)進展情況。教學(xué)內(nèi)容包含精彩的國內(nèi)外科研進展、科技獎項、行業(yè)展會、產(chǎn)品發(fā)布、應(yīng)用實況、市場資訊等視頻資源或圖文描述,做到應(yīng)用案例更新快,形式豐富新穎。例如,在講授選擇性激光燒結(jié)/熔化(SLS/SLM)技術(shù)章節(jié)時,在該技術(shù)相應(yīng)的概念、原理等基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上,采用視頻和圖片等形式加入了SLS技術(shù)制作武器零件、航空發(fā)動機組件等應(yīng)用實況,介紹了近期我國中車工業(yè)研究院突破空客公司專利限制,采用SLM技術(shù)制備高強鋁合金樣件,可滿足國內(nèi)軌道交通和航空航天等高端制造需求。還節(jié)選了央視一套《開講啦》節(jié)目中金屬3D打印方向的中國工程院院士王華明教授的講演內(nèi)容。課后在本課程的線上網(wǎng)絡(luò)平臺中發(fā)布了近期中國增材制造年會中關(guān)于SLM技術(shù)工業(yè)化進程的報道內(nèi)容,并提供相關(guān)主題,供學(xué)生擴展學(xué)習(xí)和討論。這些豐富的教材內(nèi)外資源可顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時自然地融入了思政內(nèi)容。

2.2 以學(xué)生為中心的教學(xué)模式

采用以學(xué)生為中心的教學(xué)模式,部分課時采用反轉(zhuǎn)課堂的形式。通過提前選定任務(wù),學(xué)生提前預(yù)習(xí),出想法或方案,課堂交流討論的方式,既能調(diào)動學(xué)生主動性和創(chuàng)造性,又可豐富教學(xué)形式,調(diào)節(jié)課堂氛圍,讓每位學(xué)生都主動地思考,辯證地學(xué)習(xí)。學(xué)生在精心設(shè)計的教學(xué)活動中可以循序漸進地掌握專業(yè)理論知識,并在不同的應(yīng)用場景設(shè)定下辯證地思考判斷每種技術(shù)的特點、適用性以及發(fā)展方向。

2.3 靈活合理的教學(xué)方法

采用引導(dǎo)式的教學(xué)方式,充分利用多媒體教學(xué)優(yōu)勢,以提升學(xué)習(xí)效果。在日常教學(xué)課堂中,引入豐富的多媒體資源,涵蓋理論和實踐內(nèi)容。針對特定的技術(shù)分支,教學(xué)內(nèi)容中既包含基本概念、技術(shù)內(nèi)容的文字描述,也給出工藝流程的示意圖和標注,還會播放典型產(chǎn)品演示和生產(chǎn)應(yīng)用的視頻資源并進行互動性評述。這種啟發(fā)式、參與式和討論式教學(xué)方式顯著改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果。

2.4 全方位考核

本項目課程采用全過程考核管理,即多種形式的平時考核與期末考查相結(jié)合,貫穿課程始末。考核方式合理多樣,考核總成績由課程論文和作業(yè)評價、階段測驗、實驗報告、專題報告等過程性評價成績加權(quán)計算。過程性評價分值分配及期末考核內(nèi)容與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例,評分標準明確。

為激發(fā)學(xué)生的積極性,充分體現(xiàn)其個性和愛好,課程論文選題自擬,可針對典型的快速成型技術(shù)或樣件,從三維建模、數(shù)據(jù)處理、工藝方法、檢測分析等方面任選方向編寫論文。從提交情況看,論文選題方向多樣,涉及模具工裝、裝備部件、交通載體、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、藝術(shù)設(shè)計等多個領(lǐng)域,完成質(zhì)量普遍較好。結(jié)合題匯報和答辯環(huán)節(jié),可更加全面公正地對課程學(xué)習(xí)效果進行考核評價,學(xué)生對該考核形式認可度較高。

2.5 強化理論和實踐的關(guān)聯(lián)性

快速成型課程通常設(shè)置有8學(xué)時的課內(nèi)實驗。實驗環(huán)節(jié)直接關(guān)系到學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解和掌握,更是培養(yǎng)其動手操作和工程應(yīng)用能力,達到知行結(jié)合目的的重要支撐平臺。課內(nèi)實驗的學(xué)習(xí)效果也直接影響到學(xué)生在期末考核中的課程論文撰寫水平。通過計算機軟件自主建模結(jié)合線下實物打印的實驗開展方式,強化了理論教學(xué)與實驗操作兩個環(huán)節(jié)相互的關(guān)聯(lián)性和支持性,引導(dǎo)學(xué)生在課程方向上發(fā)揮主動性和個性愛好,充分利用互動式教學(xué)形式在課上及課下進行項目開展。

實驗內(nèi)容包括逆向工程技術(shù)實驗和產(chǎn)品的三維打印實驗。逆向工程實驗是對教材內(nèi)容的有益補充和就業(yè)創(chuàng)業(yè)的加分技能。三維打印實驗則可用最小成本的FDM設(shè)備讓學(xué)生充分地體驗和應(yīng)用所學(xué)知識在課上的時間完成一個實物樣件的打印。基于2次“大實驗課”的課程設(shè)計,每次實驗除了教師的必要講解和演示,每個學(xué)生分組都可有一定的時間對所涉及實驗設(shè)備進行實物認知和操作體驗。鑒于快速成型相關(guān)設(shè)備均具有靈活多樣和柔性化的技術(shù)特點,所以根據(jù)每次實驗的具體目標,學(xué)生需要對工藝流程、設(shè)備參數(shù)、附件和工輔具等進行針對性的設(shè)計和選擇,以及必要的維護或調(diào)整改造。該類設(shè)計和操作環(huán)節(jié)具有很強的訓(xùn)練提升效果,通過一次或幾次的實際操作就可使學(xué)生相應(yīng)的理論知識和實踐技能有明顯的進步提升,也極大地提升了學(xué)生的專業(yè)熱情和就業(yè)或深造的信心。

2.6 在線課程建設(shè)與應(yīng)用

本項目團隊積極進行了線上課程資源建設(shè),在學(xué)校網(wǎng)站的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中開設(shè)了相應(yīng)的在線課程。第一版在線課程視頻錄制采用電腦錄屏的方式進行。利用錄屏軟件按照正常線下課堂時長提前錄制好講課視頻。待線上開課時,利用“釘釘”“QQ”等通用軟件平臺提供的直播功能進行視頻播放,教師本人出鏡顯示在直播界面右上角區(qū)域,直播界面右側(cè)下部區(qū)域設(shè)置為討論區(qū),可顯示簽到情況,話題問答情況及實時的主題討論信息。此版本線上課程在最近疫情期間已經(jīng)全面運行兩個學(xué)期,效果良好。近期為積極踐行線上線下結(jié)合課程的建設(shè),與專業(yè)視頻制作公司合作進行了新版本的線上課程錄制工作。

第一個版本面向受眾為特定專業(yè)班級的學(xué)生,通常每次課程為1-2個行政班。老師對學(xué)生學(xué)習(xí)該課程前的知識和技能掌握情況比較了解,對該課程在之后培養(yǎng)環(huán)節(jié)中起到的支撐作用有所把握,因此針對性強。通常在每次備課時都會設(shè)計2-4個課堂中的互動環(huán)節(jié),通過選擇題、判斷題或簡答題等形式讓同學(xué)們在配套的在線課程網(wǎng)絡(luò)平臺上進行作答,及時統(tǒng)計結(jié)果并進行分析討論,每個環(huán)節(jié)時間都嚴格控制,從而保證單次線上課程時長較準確地符合課程表時段要求。

第二版在線課程錄制主要針對線上線下混合課程的開設(shè),面向的受眾更加通用化。由于各專業(yè)學(xué)生課前的知識體系不盡相同,所以要特別注意本課程內(nèi)容的相應(yīng)理論基礎(chǔ)。在講授過程中由于沒有學(xué)生的參與,無法及時接收學(xué)生的反饋信息,如對當(dāng)前知識點的難易程度的感受或興趣點契合程度等,更無法開展線下課堂中常用的提問、討論等及時互動環(huán)節(jié)。此外為達到更好地觀看效果,專業(yè)視頻公司通常鼓勵采用純色背景摳圖的方法進行拍攝,授課教師通常無法采用即興的口語化語言進行詮釋,需要提前形成書面形式的腳本,因此話語更加精煉、準確,每次講授時間也縮短至10～20分鐘。這種形式可為線上線下結(jié)合方式開展課程學(xué)習(xí)提供了更加充足的線下互動、練習(xí)、答疑和拓展等對應(yīng)的時間。本次還特別錄制了實驗部分的實物實景操作環(huán)節(jié)講解視頻,從而為之后的線上應(yīng)用提供了更充分的素材支撐,尤其是可以更加從容地應(yīng)對近年來不確定的疫情形勢造成高校學(xué)生不能按時到校學(xué)習(xí)的情況。后續(xù)還將持續(xù)建設(shè),根據(jù)運行情況改進優(yōu)化,深入發(fā)掘線上線下課程優(yōu)勢。

3 結(jié)語

目前,不少高校的快速成型技術(shù)課程教學(xué)中仍存在著教學(xué)方法單一、技術(shù)進展內(nèi)容更新慢等問題。本文基于筆者對該課程的教學(xué)研究和實踐經(jīng)歷,提出充實多樣的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生為中心的教學(xué)模式、靈活合理的教學(xué)方法、全方位考核、強化理論和實踐的關(guān)聯(lián)性、在線課程建設(shè)與應(yīng)用等教學(xué)改革與創(chuàng)新內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中發(fā)揮主動性和個性愛好,提升教學(xué)效果,取得了較為滿意的實踐效果,以期對相關(guān)工作提供借鑒和參考。