基于翻轉課堂的快速成型課程教學改革探索

岳桂林 丁 寅

（江蘇海洋大學創新創業學院 江蘇·連云港 222005）

1 當前快速成型課程存在的問題

快速成型技術起源于二十世紀末，是一種利用專業設備將可黏合材料通過逐層打印的方式來實現數字模型實體化的新型技術。[1]作為先進制造技術的重要組成部分，該技術對于企業縮短產品研發周期，促進技術創新，提高市場競爭力具有重要意義。作為江蘇海洋大學各專業的必修實訓課程之一，快速成型課程的目的在于通過學生自己設計創意模型，結合桌面式3D 打印機完成個人創作，從而真正實現學生創新能力和實踐能力的雙重提高，為培養綜合型工程技術人才奠定基礎。

目前該課程主要包含理論知識介紹，建模軟件學習，模型打印三個模塊，由于本課程完全依靠三維建模軟件來獲取數字模型，故上機學習建模軟件在整個課程設計中所占比重較大，占總學時的75%，基礎理論知識學習與打印機操作占比25%，但理論教學與實踐教學課時分配差別過大導致學生實踐能力提高受限。同時該課程存在學生專業跨度大導致的課堂效率不高，建模軟件枯燥晦澀導致學生積極性不高等問題，這些都成為了限制教學質量提升的瓶頸，故對該課程進行改革迫在眉睫。

2 翻轉課堂教學模式的必要性

通過查閱文獻以及對其他院校快速成型課程改革的借鑒，發現翻轉課堂作為新的教學模式受到關注。[2]該模式將學生的主要理論學習活動放在課前，學習不受內容、時間和空間的限制，實現個性化教學，對于本課程這種需要在規定的時間內理論與實踐兼顧，同時需要體現學生創新能力和個性化的課程而言是一個很好的選擇。[3]

（1）學習內容豐富。在目前的教學內容設計里，為了兼顧不同專業對軟件的接受程度，建模軟件主要進行基礎模塊的學習，未涉獵其復雜功能，內容淺顯單一。無法滿足進度較快或有一定軟件操作基礎同學的需求。在翻轉課堂的過程中，上課前期老師會制作相應的教學視頻以及提供對應的教學資源平臺，方便學生在課程前期對知識進行預習，以及后期對知識進行鞏固。教師可以通過教學視頻和網站提供更為豐富的教學內容，針對不同專業基礎的學生提供的教學資源更具有針對性，同時學生獲取知識的渠道更為多樣化，提高了教學網站的利用率，對于進展較快且有一定探索精神的同學，其創新能力和學習積極性將會大大提高。

（2）學習時間靈活。目前本課程為照顧零基礎同學的學習需求，在建模軟件的學習上投入時間長，以實訓時間為四天的課程安排為例，其學習建模軟件的時間安排為3天，以學習Proe各項繪圖功能，從而建立屬于自己的創新模型，用于第四天的打印工作。Proe 學習對于學生的部分空間想象能力具有一定要求，部分同學學習起來進展較慢，因此安排課程時間較長。但是長時間的軟件學習會讓學生覺得枯燥無味，對有一定繪圖基礎的同學造成時間上的浪費，無法更好的激發學習積極性。在翻轉課堂的課程設計中，以任務為驅動，建模軟件的學習安排在學生課前學習，學生可根據實際情況合理安排時間完成學習任務，學生自動掌握學習節奏，率先完成任務的同學可進行更深入的軟件學習或實踐訓練，課堂效率得到提高。

（3）學習地點多樣。目前的快速成型課程在學習建模軟件時需長時間占用工程訓練中心機房，卻對3D 打印機室的利用率不高，既影響其他工訓課程對計算機資源的共享，也對快速成型設備造成一定浪費。通過翻轉課堂設計，學生的上機學習不再局限于學校機房，個人手機、電腦隨時隨地均可學習。上課時間主要依賴3D 打印機，減少了對機房的占用率，對工程訓練中心資源的利用更加科學合理。同時由于實際操作增加，學生的動手實踐能力和解決綜合問題的能力得到快速提高。

圖1 課堂教學模式示意圖

3 快速成型課程翻轉課堂教學模式構建

本課程的核心內容是將個人創意通過快速成型的方式展示出來，從而提高學生的空間想象能力、創新能力以及解決實際問題的能力，個人創意的實現既需要學習建模軟件來繪制實現可視化，又需要操作3D 打印機來完成具體創作。為了讓學生課前積極閱讀相關資料，豐富知識儲備，提高課堂上學生動手實踐參與程度和效率，本課程翻轉課堂設計時老師需要以學生為中心，實時掌握學生的學習需求；以打印操作為重點，有效完善課堂組織過程；以任務為導向，切實提高學生的動手實踐能力和創新能力，故該快速成型課程翻轉課堂教學模式構建如圖1 所示。[4]

結合江蘇海洋大學快速成型課程的開設對象、教學目標、課時安排等實際情況，該設計過程中需注意問題如下：

（1）教學內容深淺得當。在本課程中，翻轉的內容主要為快速成型的基礎知識以及建模軟件的操作，尤其是建模軟件操作過程，內容要深淺得當，避免過于簡單，學生無法設計更能體現其創意的模型。教學內容過于深入，建模學習時間過久，則后期學生打印時間不充足，學生無法更好地掌握該操作技能。根據學生具體情況設定一定的學習任務，學生根據自身能力掌握學習節奏，在滿足基本任務的基礎上對有額外探索需求的同學提供更進一步的操作講解；

（2）考核評價客觀公正。新課程體系中學生需要課前設計模型和課上實踐操作，需建立多維度的考核評價體系，更客觀的評價學生對軟件和設備的操作能力，創新能力以及實際處理問題的能力。基于此，在著重關注最終打印模型的質量以及創新性（最終實物效果）的同時，亦應關注學生在課前學習過程中的深入情況（課上交流互動質量），評判標準更具體、詳實、科學。

（3）實踐反饋渠道多樣。融合新教學模式的快速成型課程能否達到既定教學目標，需要不斷地進行探索、反饋和總結。轉變教學模式容易給課堂帶來新鮮與活力，短時間內易產生立竿見影的效果，但教學內容是否真的滿足學生需求，教學模式是否具有可持續性、考核評價是否客觀等新的問題卻不可知，因此推行過程中需不斷反饋總結經驗。針對該課程實踐效果的反饋主要是通過學生作品與原課程成型作品縱向對比、課后學生訪談以及對學生開展問卷調查來進行。

4 結語

依據上文提到的翻轉課堂教學模式構建內容，本中心針對非理工類專業的快速成型課程進行了一定程度的教學改革。通過一個學期的不斷探索與改進，發現將翻轉課堂教學模式應用于快速成型課程對于激發學生積極性，提高課堂教學效率以及學生創新意識的激發方面取得較大突破，總結如下：

（1）提高課堂效率。通過一個學期的教學實踐發現將翻轉課堂教學模式應用于實踐為主兼顧體現個人創新能力的快速成型課程具有較大優勢，翻轉課堂與快速成型課程相結合，將知識的傳遞做到了課前，課前自主學習使學生充分完成知識的內化，課堂中學生有更多的時間進行實踐操作，提高了課堂的教學效率，保障了學生綜合能力的提高。

（2）激發學生創新。教學視頻里豐富的教學內容激發了學生的創新意識，師生之間的互動交流、項目式實踐為學生創意的實現提供了平臺，可視化的成果激起學生的成就感，這均對學生興趣的提高大有裨益，教學成果顯著。

（3）優化資源配置。翻轉教學模式將原來的上機學習軟件課程翻轉為學生課前自主學習，將快速成型課程回歸到快速成型設備的操作上來，提高了快速成型專用設備的利用率，大大緩解了中心機房資源緊張的現狀。