基于OBE理念的3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)研究

李永湘 方永鋒

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生主動(dòng)性和獨(dú)立思考能力差等問(wèn)題，引入OBE教學(xué)理念對(duì)3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)進(jìn)行改革，改進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)體系。以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為核心標(biāo)桿，細(xì)化學(xué)生能力培養(yǎng)要求，制定了基于OBE的課程教學(xué)目標(biāo)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。將實(shí)訓(xùn)課程與省級(jí)3D打印比賽相結(jié)合，完善了實(shí)訓(xùn)流程和課程教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以36位學(xué)生為教學(xué)對(duì)象實(shí)踐了新的教學(xué)模式。研究結(jié)果表明基于OBE教學(xué)理念的教學(xué)效果要好于傳統(tǒng)式教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：OBE;3D打印技術(shù);實(shí)訓(xùn)

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家“雙一流”建設(shè)方案的提出和新工科教育的發(fā)展[1]，基于成果導(dǎo)向的教育理念（Outcomes-based Education，OBE）在國(guó)內(nèi)大學(xué)教育研究中越來(lái)越受到關(guān)注。OBE是一種圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)成果為核心來(lái)計(jì)劃、執(zhí)行、評(píng)估教學(xué)活動(dòng)的教育理念。OBE教育理念源于20世紀(jì)80年代美國(guó)教育界提出的OBE教育范式，澳大利亞、加拿大、日本等國(guó)也先后提出了OBE認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[2]。國(guó)內(nèi)部分大學(xué)對(duì)OBE進(jìn)行了探索，例如東莞理工學(xué)院黃衛(wèi)清等提出了將原理教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的OBE交叉教學(xué)模式[3]。安徽工程大學(xué)鳳權(quán)研究了紡織專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的OBE教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)體系設(shè)置[4]。欽州學(xué)院肖寶等用OBE理念改進(jìn)了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程模塊化教學(xué)評(píng)價(jià)體系[5]。然而，將OBE教育理念引入3D打印技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)在國(guó)內(nèi)還較少考慮。3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)大專班學(xué)生的一門專業(yè)實(shí)訓(xùn)課，對(duì)鞏固學(xué)生理論知識(shí)、鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力有著重要意義。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要根據(jù)老師指定的實(shí)訓(xùn)題目將學(xué)生安排到相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，學(xué)生按照老師制定的實(shí)訓(xùn)流程走過(guò)場(chǎng)，學(xué)生獨(dú)立思考得少、學(xué)習(xí)主動(dòng)性差。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，本研究引入OBE教育理念對(duì)3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施計(jì)劃、教學(xué)評(píng)價(jià)等進(jìn)行改進(jìn)、研究和實(shí)踐。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)機(jī)械制造自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生能力培養(yǎng)要求，基于OBE教學(xué)理論設(shè)計(jì)了3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)目標(biāo)。

（1）使學(xué)生了解3D打印機(jī)的工作原理，相關(guān)三維建模軟件、逆向工程設(shè)計(jì)軟件、3D打印機(jī)控制軟件的基本知識(shí)等。

（2）掌握正向三維工程設(shè)計(jì)，掌握Solidworks等至少一種三維建模軟件的操作應(yīng)用，具備獨(dú)立完成三維模型設(shè)計(jì)和識(shí)圖繪圖的能力。

（3）掌握逆向工程設(shè)計(jì)，掌握三維掃描儀的操作使用和Geomagic Studio 逆向工程軟件的基本操作，例如如何將三維掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形，如何調(diào)整多邊形數(shù)量，如何由多邊形構(gòu)造Nurbs曲面，如何輸出3D打印機(jī)可識(shí)別的STL格式文件等。

（4）掌握3D打印機(jī)的操作使用，具備獨(dú)立完成3D打印模型設(shè)計(jì)、3D打印機(jī)調(diào)試和3D打印機(jī)使用操作的能力。

（5）了解3D打印機(jī)的常見(jiàn)故障，掌握常見(jiàn)故障的處理方法。

（6）掌握工程應(yīng)用文寫作的基礎(chǔ)技能，會(huì)寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告等。

本課程的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生能力培養(yǎng)要求緊密相關(guān)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

在明確了3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生能力培養(yǎng)要求的基礎(chǔ)上，基于OBE教學(xué)理念，緊密圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)成果這個(gè)核心，對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目做了新的探索和調(diào)整，將學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課程與參加省級(jí)3D打印比賽相結(jié)合，只對(duì)總體的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目作指導(dǎo)性要求，每位學(xué)生的3D模型、作品故事、軟件選擇、工藝流程、3D打印機(jī)選擇等皆由其自由發(fā)揮，老師對(duì)學(xué)生的進(jìn)度、疑難進(jìn)行解答、引導(dǎo)和督促。

1.3 教學(xué)計(jì)劃實(shí)施

為便于學(xué)生相互交流和管理，按照學(xué)生學(xué)號(hào)依次將每6人劃分為1組，共分為6組，每組選一位組長(zhǎng)和副組長(zhǎng)。學(xué)校工程實(shí)訓(xùn)中心有2臺(tái)三維掃描儀、56臺(tái)計(jì)算機(jī)和23臺(tái)不同型號(hào)的3D打印機(jī)，可供36位學(xué)生自由選擇使用。教學(xué)計(jì)劃實(shí)施流程如圖1所示。

2 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

本課程以36位學(xué)生為教學(xué)對(duì)象，實(shí)施OBE教學(xué)理念的改革探索。學(xué)生的課程成績(jī)主要由作品成績(jī)（占50%）、考勤成績(jī)（占20%）、提問(wèn)成績(jī)（占10%）和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目參與度成績(jī)（20%）四個(gè)部分組成，參加省級(jí)3D打印大賽的同學(xué)進(jìn)入決賽的可加分，在決賽中獲獎(jiǎng)的同學(xué)根據(jù)獲獎(jiǎng)等級(jí)分別加分。通過(guò)3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程，學(xué)生基本達(dá)到了能力培養(yǎng)要求，53%的學(xué)生完成了所有實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，17位同學(xué)沒(méi)有參加省級(jí)3D打印大賽，5位同學(xué)因只采用正向設(shè)計(jì)，沒(méi)有參與三維掃描儀操作實(shí)訓(xùn)。19位同學(xué)參加了省級(jí)3D打印大賽，7位同學(xué)進(jìn)入決賽，5位同學(xué)獲獎(jiǎng)。學(xué)生課程成績(jī)分布如圖2所示。學(xué)生代表作品如圖3所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于OBE教學(xué)理念的3D打印技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和獨(dú)立思考能力，學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)參與度、責(zé)任心和動(dòng)手能力得到提高，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和組織表達(dá)能力，教師的教學(xué)責(zé)任心和培養(yǎng)學(xué)生的成就感也得到提高，增進(jìn)了學(xué)生與老師之間的交流和感情。總體上基于OBE教學(xué)理念的教學(xué)效果要好于傳統(tǒng)式教學(xué)模式。后續(xù)工作是進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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