淺談“三維掃描與創(chuàng)新設計”課程開發(fā)

黃斌斌　梁艷娟　吳堅

摘? 要：本文主要對“三維掃描與創(chuàng)新設計”課程的開發(fā)進行探討，以筆者單位機械設計與制造專業(yè)教學標準以及該課程的課程標準為主要開發(fā)依據(jù)，在課程教學目標設計、課程教學內(nèi)容設計、課程教法與學法設計這三個方面展開論述，課程開發(fā)過程體現(xiàn)了課程整改的最新要求，以“行動導向驅動”為主要課程教學方法，有效提升了教學效果，以“合作探究法”為主要學習手段，提高了學生的自主學習能力，為類似課程開發(fā)提供了可借鑒的寶貴實踐經(jīng)驗。

關鍵詞：三維掃描與創(chuàng)新設計;課程開發(fā);教學內(nèi)容

中圖分類號：TH122;G712? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）22-0166-03

Abstract：This paper mainly discusses the development of the course of “3D Scanning and Innovative Design”. Based on the teaching standard of the mechanical design and manufacturing major and the curriculum standard of the course，it discusses the three aspects of the course teaching goal design，the course teaching content design，the course teaching method and the learning method design. The process of curriculum development reflects the latest requirements of curriculum reform. It is required to take “action oriented driving”as the main course teaching method， effectively improve the teaching effect，take “cooperative inquiry method” as the main learning method，improve the students’independent learning ability，and provide valuable practical experience for similar course development.

Keywords：3D scanning and innovative design;course development;teaching content

0? 引? 言

“三維掃描與創(chuàng)新設計”是廣西工業(yè)職業(yè)技術學院機械設計與制造專業(yè)必修的一門專業(yè)課程，是在學習了“機械制圖”“機械設計基礎”等課程后，具備了制圖、常見機械結構知識、識圖、繪圖能力的基礎上開設的一門理實一體化課程。

該課程已開始在廣西工業(yè)職業(yè)技術學院2016級機械設計與制造專業(yè)開設，目前國內(nèi)尚無公開的課程教學設計和內(nèi)容作為參考，但課程在專業(yè)課題體系處于關鍵核心地位，計劃通過課程的學習能夠培養(yǎng)學生的專業(yè)核心能力。為此，本文分別從教學目標制定、教學內(nèi)容開發(fā)、教學方法和學習方法幾個方面，對“三維掃描與創(chuàng)新設計”課程開發(fā)進行介紹。

1? 教學目標的制定

1.1? 課程性質(zhì)

該課程承接廣西工業(yè)職業(yè)技術學院機械設計與制造專業(yè)人才培養(yǎng)目標，開設于第三、四學期。面向3D數(shù)據(jù)工程師、3D打印造型師工作崗位，培養(yǎng)學生掌握面向實物樣件的外觀三維數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、CAD模型重建與評價的基本理論與技術，建立面向機電產(chǎn)品的逆向工程方法論，初步掌握使用一種支持逆向工程的應用軟件和硬件設備的能力，為后繼“專業(yè)技能考證強化實訓”課程學習打下專業(yè)課程的基礎。機械設計與制造專業(yè)課程體系示意圖如圖1所示。

1.2? 課程教學目標

通過調(diào)研、收集和整理專業(yè)建設指導委員會的建議與意見，以及相關行業(yè)、企業(yè)機械設計類崗位的能力要求，重點參考人社部3D打印造型師（四級）的考證技能要求，以及筆者單位的學情分析、教學環(huán)境和專業(yè)畢業(yè)生能力要求，制定課程教學目標。

1.2.1? 知識目標

（1）掌握典型三維掃描儀分類及原理知識;

（2）掌握模型三維數(shù)據(jù)處理、模型逆向重構的流程和方法;

（3）了解產(chǎn)品逆向開發(fā)的基礎知識。

1.2.2? 能力目標

（1）具有操作光學三維掃描儀（北京三維天下WIN 3DD-M型拍照式激光掃描儀等）完成整套產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)采集能力;

（2）具有應用點云處理軟件（Geomagic Wrap 2015及以上版本）對整套產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行修補的能力;

（3）具有應用正向（中望3D One Plus 2.0及以上版本）與逆向軟件（Geomagic Design X 2016及以上版本）進行設計具有配合要求的特殊曲面制件外形及內(nèi)部結構的三維模型能力;

（4）具有應用三維軟件進行組合體拆分零部件并進行創(chuàng)新設計的能力。

1.2.3? 素質(zhì)目標

（1）培養(yǎng)學生自我學習能力;

（2）培養(yǎng)學生團隊協(xié)作能力;

（3）培養(yǎng)學生安全和文明生產(chǎn)意識;

（4）培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。

2? 課程教學內(nèi)容的制定

針對課程培養(yǎng)目標，課程教學內(nèi)容的制定相應地圍繞著“產(chǎn)品逆向開發(fā)，正向創(chuàng)新設計”這一流程進行展開，將“逆向工程”所需要的基礎知識進行了歸納，理論知識內(nèi)容以“必須、夠用”為度，著重篩選實際典型工作任務為驅動，任務層次設計遵循高職學生的認知規(guī)律，由淺入深，層層遞進，讓學生易于理解和接受。因此，課程共設計開發(fā)3個教學模塊，每個模塊對應的若干項目任務如表1所示。

3? 課程教法與學法設計

3.1? 采用行動導向教學法提升課程教學效果

行動導向教學以“行動導向驅動”為主要形式，在教學過程中充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的主導作用，注重對學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，從完成某一方面的“任務”著手，通過引導學生完成“任務”，從而實現(xiàn)教學目標。行動導向教學法不是指某一種具體的教學方法，而是由一系列教學方法及技術組成的，它是職業(yè)教育的主要教學方式方法。具體包括以下幾個方面：

（1）對比教學法。在學生學習模塊——逆向工程概述時，將傳統(tǒng)尺規(guī)測繪技術和激光三維掃描等新技術進行對比，在對比中了解新技術、新方法的優(yōu)勢;

（2）現(xiàn)場教學法。在學生學習模塊二常見生活小產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理時，將教室搬到院內(nèi)逆向工程與3D打印實訓中心，在接近真實的工作場景下，對著三維掃描儀、產(chǎn)品樣件進行分析和講解，化抽象為具象，加深學生認識;

（3）任務驅動和項目教學法。在學生學習模塊三常見生活小產(chǎn)品三維CAD模型重構及創(chuàng)新設計時，以探索問題來引導和維持學生的學習興趣和動機，按照任務由簡到難的順序，以真實的生活小產(chǎn)品設計開發(fā)為任務載體，將產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)全過程交由學生負責，學生在主動設計和動手的任務實踐中，運用共有的知識和自己特有的經(jīng)驗提出方案、解決問題，提高動手能力和解決實際工程問題的能力。

3.2? 靈活運用合作探究提高學生自主學習能力

傳統(tǒng)的課堂教學過于注重老師的教導，忽略了學生的探究，忽略了學生群體之間的交流，學生被動接受的成分大，主動學習的欲望不強，為此，本課程學生主要采取合作探究學習的方法，以學習小組的形式，3～5個學生組成一個任務小組，各自發(fā)揮特長，分工協(xié)作，組內(nèi)各成員互相討論，集思廣益，學生在解決問題的過程中，鉆研知識，提高學習質(zhì)量，加深對知識的理解和印象，有效提升學生自主獲取新知識、掌握新技能的效率。具體實施過程如下：

（1）創(chuàng)設工作情境。通過信息化手段下發(fā)工作任務。通過布置典型的生活小產(chǎn)品創(chuàng)新設計開發(fā)的項目激發(fā)學生的參與熱情;

（2）資訊。學生分析產(chǎn)品設計要求，收集相關資料;

（3）計劃。學生按照3～5人為一組，制定工作計劃，并按照各自特長合理分配工作任務。

（4）決策。各小組成員團結協(xié)作，綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)原有產(chǎn)品的設計缺陷和改良點，有針對性地提出解決方案，通過分工完成產(chǎn)品的創(chuàng)新性開發(fā);

（5）實施。每一個小組通過3D打印機把數(shù)字化的產(chǎn)品設計變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品，學生在“做中學、行動中學”，加深對知識的理解，不斷強化學習興趣;

（6）檢查。每組產(chǎn)品打印完成，教師針對產(chǎn)品設計要求點評設計效果，對不合格的產(chǎn)品設計分析產(chǎn)生問題的原因;

（7）評價。以注重過程性評價和結果性評價相結合的原則，采用學生自評、小組互評和教師點評等方式，評價整個工作任務過程，評價學生的合作精神、探究精神和學習效果。

4? 結? 論

“三維掃描與創(chuàng)新設計”課程教學運用了三維掃描和3D打印等新近信息化技術手段，教學內(nèi)容的設計秉承了培養(yǎng)學生能力的原則，教法和學法的設計運用了翻轉課堂的理念，實踐證明能有效地提升學生的學習效果，以及運用所學知識解決實際工程問題的能力，同時促進了學生自主學習的習慣養(yǎng)成?！叭S掃描與創(chuàng)新設計”課程開發(fā)符合高職教育的課程建設的要求，為國內(nèi)類似課程的開發(fā)提供了可借鑒的寶貴實踐經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 朱麗著.如何運用教學方法 [M].上海：華東師范大學出版社，2014.

[2] 徐媛媛，呂超珍，吳耀明.《機械制造技術》課程教學改革的研究與實踐 [J].裝備制造技術，2012（6）：222-223.

作者簡介：黃斌斌（1985-），男，漢族，廣西貴港人，講師，工程碩士，研究方向：逆向工程與3D打印技術。