淺談“三維掃描與創新設計”課程開發

黃斌斌　梁艷娟　吳堅

摘? 要：本文主要對“三維掃描與創新設計”課程的開發進行探討，以筆者單位機械設計與制造專業教學標準以及該課程的課程標準為主要開發依據，在課程教學目標設計、課程教學內容設計、課程教法與學法設計這三個方面展開論述，課程開發過程體現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，為類似課程開發提供了可借鑒的寶貴實踐經驗。

關鍵詞：三維掃描與創新設計;課程開發;教學內容

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

“三維掃描與創新設計”是廣西工業職業技術學院機械設計與制造專業必修的一門專業課程，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職業技術學院2016級機械設計與制造專業開設，目前國內尚無公開的課程教學設計和內容作為參考，但課程在專業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學生的專業核心能力。為此，本文分別從教學目標制定、教學內容開發、教學方法和學習方法幾個方面，對“三維掃描與創新設計”課程開發進行介紹。

1? 教學目標的制定

1.1? 課程性質

該課程承接廣西工業職業技術學院機械設計與制造專業人才培養目標，開設于第三、四學期。面向3D數據工程師、3D打印造型師工作崗位，培養學生掌握面向實物樣件的外觀三維數據采集、數據處理、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“專業技能考證強化實訓”課程學習打下專業課程的基礎。機械設計與制造專業課程體系示意圖如圖1所示。

1.2? 課程教學目標

通過調研、收集和整理專業建設指導委員會的建議與意見，以及相關行業、企業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、教學環境和專業畢業生能力要求，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）掌握模型三維數據處理、模型逆向重構的流程和方法;

（3）了解產品逆向開發的基礎知識。

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）完成整套產品模型的數據采集能力;

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

（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新設計的能力。

1.2.3? 素質目標

（1）培養學生自我學習能力;

（2）培養學生團隊協作能力;

（3）培養學生安全和文明生產意識;

（4）培養學生創新創業意識。

2? 課程教學內容的制定

針對課程培養目標，課程教學內容的制定相應地圍繞著“產品逆向開發，正向創新設計”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，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，將傳統尺規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、新方法的優勢;

（2）現場教學法。在學生學習模塊二常見生活小產品三維數據采集與數據處理時，將教室搬到院內逆向工程與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品三維CAD模型重構及創新設計時，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，以真實的生活小產品設計開發為任務載體，將產品的創新開發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，各自發揮特長，分工協作，組內各成員互相討論，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）創設工作情境。通過信息化手段下發工作任務。通過布置典型的生活小產品創新設計開發的項目激發學生的參與熱情;

（2）資訊。學生分析產品設計要求，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。各小組成員團結協作，綜合運用所學知識，發現原有產品的設計缺陷和改良點，有針對性地提出解決方案，通過分工完成產品的創新性開發;

（5）實施。每一個小組通過3D打印機把數字化的產品設計變為實際產品，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。每組產品打印完成，教師針對產品設計要求點評設計效果，對不合格的產品設計分析產生問題的原因;

（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，教學內容的設計秉承了培養學生能力的原則，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成。“三維掃描與創新設計”課程開發符合高職教育的課程建設的要求，為國內類似課程的開發提供了可借鑒的寶貴實踐經驗。

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。