摘 要：本文主要針對(duì)《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D打印》課程在實(shí)施過(guò)程中面臨的實(shí)際問(wèn)題，融合技能大賽精選賽題重構(gòu)課程教學(xué)項(xiàng)目。本文介紹了該課程項(xiàng)目式教學(xué)改革的實(shí)施路徑，從基于競(jìng)賽任務(wù)重構(gòu)教學(xué)項(xiàng)目、模擬賽事流程組織教學(xué)過(guò)程，到引入競(jìng)賽標(biāo)準(zhǔn)完善課程評(píng)價(jià)體系。教學(xué)實(shí)施效果表明：這一改革不僅提升學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與 3D 打印實(shí)操技能，增強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作、問(wèn)題解決能力，還促使教師更新教學(xué)理念、提升實(shí)踐教學(xué)水平，為高職其他課程教學(xué)改革提供了極具價(jià)值的參考范例，助力高職教育高質(zhì)量人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 高職教育 機(jī)械設(shè)計(jì)

高職教育是現(xiàn)代高等教育的重要組成部分，致力于培養(yǎng)具備專(zhuān)業(yè)技能、實(shí)踐能力和創(chuàng)新素養(yǎng)的高素質(zhì)技術(shù)技能人才，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。黨的二十大報(bào)告指出，要“統(tǒng)籌職業(yè)教育、高等教育、繼續(xù)教育協(xié)同創(chuàng)新，推進(jìn)職普融通、產(chǎn)教融合、科教融匯，優(yōu)化職業(yè)教育類(lèi)型定位”，強(qiáng)調(diào)高職教育系統(tǒng)同外部行業(yè)、產(chǎn)業(yè)、科研力量的有機(jī)結(jié)合。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷升級(jí)，對(duì)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的需求日益增長(zhǎng)。這要求高職教育必須改革，以適應(yīng)新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)和產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)符合市場(chǎng)需求的高級(jí)技術(shù)人才?，F(xiàn)階段高職教育仍面臨課程設(shè)置滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、課程設(shè)計(jì)實(shí)施不合理、學(xué)生課堂參與度不高等問(wèn)題。高職教育改革需要緊密貼合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容與方法，確保學(xué)生所學(xué)與企業(yè)所需無(wú)縫對(duì)接。

職業(yè)院校技能大賽作為推動(dòng)技術(shù)技能人才培養(yǎng)質(zhì)量提升、驗(yàn)證教學(xué)成果及引領(lǐng)教育教學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵途徑，是職業(yè)院校教育活動(dòng)不可或缺的組成部分及有效拓展。它以增強(qiáng)職業(yè)院校學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能、涵養(yǎng)工匠精神為核心目標(biāo)，旨在通過(guò)促進(jìn)職業(yè)教育的專(zhuān)業(yè)建設(shè)與教學(xué)革新，全面提升教育教學(xué)質(zhì)量。此賽事面向全國(guó)職業(yè)院校的師生開(kāi)放，廣泛涵蓋職業(yè)院校的主要專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，緊密對(duì)接產(chǎn)業(yè)需求，成為展現(xiàn)國(guó)家職業(yè)教育教學(xué)水平的重要師生技能競(jìng)技平臺(tái)。競(jìng)賽賽題應(yīng)對(duì)職業(yè)院校主要專(zhuān)業(yè)群，對(duì)接產(chǎn)業(yè)新需求、行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)新技術(shù)，能夠提高競(jìng)賽師生職業(yè)素養(yǎng)、動(dòng)手實(shí)踐能力、規(guī)范操作程度、精細(xì)工作質(zhì)量、創(chuàng)新創(chuàng)意水平、應(yīng)變能力、工作組織能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。競(jìng)賽賽題的高質(zhì)量不僅為備賽選手提供素材也為教師教學(xué)內(nèi)容提供了重要參考[1-2]。

項(xiàng)目式教學(xué)法是將課堂教學(xué)內(nèi)容有機(jī)溶解于教學(xué)項(xiàng)目，將專(zhuān)業(yè)對(duì)接崗位的典型工作內(nèi)容作為項(xiàng)目式教學(xué)的目標(biāo)，學(xué)生角色轉(zhuǎn)換為項(xiàng)目執(zhí)行者角色，教師轉(zhuǎn)換角色為執(zhí)行輔助的教學(xué)方式[3]。項(xiàng)目式教學(xué)法能夠以工作崗位實(shí)際工作案例或需求為導(dǎo)向，提高學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題學(xué)習(xí)技能解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的崗位匹配度。項(xiàng)目式教學(xué)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果很大程度上取決于項(xiàng)目選取以及目標(biāo)設(shè)定，因此教師在項(xiàng)目式教學(xué)中的教學(xué)載體選擇至關(guān)重要[4]。

《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D打印》是數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課，課程定位在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和技術(shù)思維，通過(guò)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的快速迭代和原型制作。課程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生將親自參與設(shè)計(jì)、建模、打印等全過(guò)程，從而在實(shí)踐中提升動(dòng)手能力、問(wèn)題解決能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[5]。

1 賽項(xiàng)分析

本文選取“數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)為研究對(duì)象，此賽項(xiàng)前身為“工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)”，主要考察參賽選手對(duì)于高職裝備制造大類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心技能與核心知識(shí)的掌握，針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品及零部件進(jìn)行數(shù)字化建模、計(jì)算機(jī)輔助分析、創(chuàng)新設(shè)計(jì)與數(shù)字化加工。賽項(xiàng)內(nèi)容涵蓋了數(shù)字化設(shè)計(jì)、仿真分析、增材制造、數(shù)控加工等多個(gè)方面，全面考察了參賽選手的理論知識(shí)和實(shí)際操作能力。

分析近年來(lái)此賽項(xiàng)樣題與實(shí)際賽題可以發(fā)現(xiàn)：賽題都是圍繞一線企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)引入新技術(shù)，能夠較好地反映行業(yè)內(nèi)真實(shí)的痛點(diǎn)與難點(diǎn)。例如某賽題為數(shù)字化生產(chǎn)線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求選手在比賽時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)線關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的數(shù)字化建模、虛擬裝配、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、零件加工、配合校驗(yàn)等任務(wù)。賽題為某企業(yè)為舊產(chǎn)線改造以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)工廠的全面數(shù)字化改造。樣題體現(xiàn)了現(xiàn)階段微小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的成本高，技術(shù)門(mén)檻高的問(wèn)題，也體現(xiàn)了傳統(tǒng)工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中對(duì)掌握新技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員的需求[6-7]。

作為課程項(xiàng)目式教學(xué)的載體，賽題的選取至關(guān)重要，在賽題選取的過(guò)程中要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：一是賽題載體要能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，項(xiàng)目式教學(xué)的主體是學(xué)生，合理選取的項(xiàng)目載體能夠使學(xué)生能夠產(chǎn)生濃厚的興趣進(jìn)而自覺(jué)地將科學(xué)知識(shí)用于待完成的教學(xué)項(xiàng)目；二是賽題載體要與既定教學(xué)目標(biāo)相匹配，項(xiàng)目式教學(xué)是在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中讓學(xué)生獨(dú)立自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中主動(dòng)搜尋項(xiàng)目相關(guān)的理論知識(shí)與實(shí)踐技能；三是賽題載體要體現(xiàn)行業(yè)的新技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)改革的目的是要為社會(huì)提供掌握新技術(shù)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，賽題載體的引入就是為了解決傳統(tǒng)項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)陳舊的問(wèn)題；四是賽題載體的體現(xiàn)要難度適中，避免學(xué)生因課程工作量無(wú)法完成而產(chǎn)生的畏難情緒[8]。綜合以上分析，本文選取“產(chǎn)線夾持機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)”賽題作為項(xiàng)目式教學(xué)載體。

2 改革路徑實(shí)踐

賽題任務(wù)可分為：“逆向建模與實(shí)物測(cè)量”“創(chuàng)新設(shè)計(jì)與CAE分析”“工程圖繪制與產(chǎn)品展示”“協(xié)同設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制”“產(chǎn)線運(yùn)行與虛擬調(diào)試”“3D打印與產(chǎn)品驗(yàn)證”6個(gè)子任務(wù)?！澳嫦蚪Ｅc實(shí)物測(cè)量”需要以測(cè)繪員、三維造型師的角色采用手工測(cè)量與掃描的方式完成樣件的逆向建模與組件的虛擬裝配。“創(chuàng)新設(shè)計(jì)與CAE分析”需要根據(jù)前序任務(wù)的三維模型、設(shè)計(jì)資料結(jié)合產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論完成特定零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)優(yōu)化后的組件進(jìn)行有限元力學(xué)分析，出具分析報(bào)告。“工程圖繪制與產(chǎn)品展示”要求完成組件的爆炸圖，繪制產(chǎn)品裝配圖及傳動(dòng)、安裝配合機(jī)構(gòu)的二維工程圖，并編制包含創(chuàng)新設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真、有限元分析等內(nèi)容的創(chuàng)新設(shè)計(jì)報(bào)告，展示創(chuàng)新后的產(chǎn)品功能和特點(diǎn)?！皡f(xié)同設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制”要求以產(chǎn)品設(shè)計(jì)主管、設(shè)計(jì)人員和質(zhì)量管控員的角色，完成構(gòu)建完整產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM、分發(fā)相關(guān)協(xié)作任務(wù)、撰寫(xiě)整體質(zhì)量控制報(bào)告?！爱a(chǎn)線運(yùn)行與虛擬調(diào)試”以生產(chǎn)調(diào)度員的角色，完成產(chǎn)線的生產(chǎn)虛擬調(diào)試?！?D打印與產(chǎn)品驗(yàn)證”要求以增材制造技術(shù)人員的身份根據(jù)前序創(chuàng)新設(shè)計(jì)完成零件的打印成型，并與其他零件裝配完成產(chǎn)品驗(yàn)證。

以上分析可以確定賽題內(nèi)容貼合產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)際工作流程，能夠適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新需求，符合智能制造工程技術(shù)人員的崗位要求，可以作為課程教學(xué)的項(xiàng)目素材，重構(gòu)為課程的教學(xué)項(xiàng)目之一。基于賽題內(nèi)容的教學(xué)項(xiàng)目重構(gòu)圍繞數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化制造兩大核心技能，參照項(xiàng)目實(shí)施的工作流程，將教學(xué)項(xiàng)目重構(gòu)為“自動(dòng)化產(chǎn)線的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與數(shù)字化升級(jí)”，如圖1所示。在重構(gòu)的教學(xué)項(xiàng)目中體現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)中小型企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，在教學(xué)內(nèi)容上包含了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具的使用、產(chǎn)品創(chuàng)新平臺(tái)的搭建以及在設(shè)計(jì)完成后的樣件生產(chǎn)與設(shè)計(jì)方案評(píng)估。教學(xué)項(xiàng)目參考智能制造工程技術(shù)人員國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，引入智能制造裝備、生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)優(yōu)化等內(nèi)容，通過(guò)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)需求的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建了貫穿全過(guò)程的量化積分評(píng)價(jià)體系。依靠在線平臺(tái)數(shù)據(jù)，由在校教師引領(lǐng)、學(xué)生自測(cè)輔助綜合評(píng)估知識(shí)掌握情況，獲得課前基礎(chǔ)評(píng)價(jià)。由知識(shí)-崗位雙線并行，循序漸進(jìn)開(kāi)展教學(xué)任務(wù)，通過(guò)教師主導(dǎo)、崗位課堂雙評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、生生互評(píng)、結(jié)合崗位考核標(biāo)準(zhǔn)同評(píng)，評(píng)判技能掌握情況，獲得精準(zhǔn)課中過(guò)程評(píng)價(jià)。課程優(yōu)秀作品借助校企合作平臺(tái)進(jìn)行實(shí)用測(cè)評(píng)、試用結(jié)果反饋學(xué)校教師、綜合學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)，獲得課后終結(jié)評(píng)價(jià)，課程項(xiàng)目教學(xué)評(píng)價(jià)體系如圖2所示。

為拓展訓(xùn)練學(xué)生的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，將《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D打印》課程的部分開(kāi)放性設(shè)計(jì)項(xiàng)目及課程內(nèi)部分樣件制作選定在我校3D打印創(chuàng)客中心實(shí)訓(xùn)室完成。在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)相互促進(jìn)，在開(kāi)放課題的主動(dòng)設(shè)計(jì)及樣件制作中能夠鞏固課中所學(xué)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)技巧等理論知識(shí)，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的主動(dòng)學(xué)習(xí)模式。

3 改革實(shí)施效果

綜合在線教學(xué)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)、學(xué)生訪談及學(xué)生課程成果等方面綜合評(píng)估本課程改革后的教學(xué)實(shí)施效果。在線學(xué)習(xí)平臺(tái)顯示學(xué)生學(xué)習(xí)興趣明顯提高，在線平臺(tái)綜合參與度較改革前顯著提高，學(xué)生訪談中多數(shù)學(xué)生表示，競(jìng)賽創(chuàng)新項(xiàng)目的加入讓原本枯燥的理論課程變得更有吸引力，上課過(guò)程中參與度高很有成就感。課程的課后作業(yè)與課后練習(xí)也極大地激發(fā)了學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)作積極性，其中部分學(xué)生已經(jīng)可以熟練完成復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，樣件制作流程。授課班級(jí)的后續(xù)課程任課教師也反映學(xué)生能夠?qū)⒈菊n程所學(xué)的內(nèi)容靈活應(yīng)用在后續(xù)課程中，這也為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)及專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D打印》課程組通過(guò)融入實(shí)時(shí)更新的賽題項(xiàng)目，保障了課程始終能夠包含行業(yè)內(nèi)的新技術(shù)與新動(dòng)向，此外課程組成員還構(gòu)建了豐富的項(xiàng)目庫(kù)，可針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)方向?qū)W生選擇教學(xué)項(xiàng)目?？啥ㄖ苹恼n程項(xiàng)目教學(xué)資源極大地?cái)U(kuò)展了課程的專(zhuān)業(yè)適用范圍；如針對(duì)數(shù)控技術(shù)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)可選擇偏重制造工藝與裝配工藝的教學(xué)項(xiàng)目；針對(duì)機(jī)電一體化等自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)可選擇偏重自動(dòng)控制系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目。

課程組還將往屆畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、來(lái)自校企合作企業(yè)的真實(shí)需求和部分課題組教師的科研項(xiàng)目等資源整合為學(xué)生的課后練習(xí)題目，學(xué)生將在3D打印創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室完成課后練習(xí)題目的訓(xùn)練與提高。3D打印創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室內(nèi)包括多臺(tái)FDM、SLA打印機(jī)及配套耗材和工具，為學(xué)生的課后時(shí)間操作提供了一個(gè)實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓他們能夠親手操作、親身體驗(yàn)，將理論知識(shí)與實(shí)際操作緊密結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)相互促進(jìn)，在開(kāi)放課題的主動(dòng)設(shè)計(jì)及樣件制作中能夠鞏固課中所學(xué)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)技巧等理論知識(shí)，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的主動(dòng)學(xué)習(xí)模式。此外，本項(xiàng)目在課中和課后充分利用了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，項(xiàng)目投入少并且可以依據(jù)教學(xué)反饋快速更新教學(xué)內(nèi)容及對(duì)應(yīng)教學(xué)項(xiàng)目，結(jié)合信息化教學(xué)手段進(jìn)行的課程教學(xué)改革，豐富了課程教學(xué)資源，提升了教師教學(xué)方法與能力。

4 結(jié)語(yǔ)

本課題針對(duì)《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D打印》課程現(xiàn)存在的問(wèn)題，將“數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)精選賽題作為教學(xué)改革資料，有機(jī)融入課程項(xiàng)目化教學(xué)中。以項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程為主線貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，通過(guò)新技術(shù)引入、新標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)和新崗位適配三個(gè)方面的教學(xué)重構(gòu)，構(gòu)建了全新的教學(xué)體系，教學(xué)實(shí)施后顯著提升了學(xué)生的技術(shù)技能水平和問(wèn)題解決能力。進(jìn)而，課題組成員針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的知識(shí)需求，深入研究和構(gòu)建了項(xiàng)目與專(zhuān)業(yè)結(jié)合教學(xué)項(xiàng)目庫(kù)，后期課程組將持續(xù)更新優(yōu)化課程項(xiàng)目庫(kù)與在線教學(xué)資源。

項(xiàng)目基金：湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2024年校級(jí)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2022xj37）。

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