增材制造技術專業逆向工程與3D 打印技術課程標準研究

賈曉麗，劉璇，陳建平

（佛山職業技術學院，廣東佛山 528137）

隨著我國3D打印和逆向工程等技術的發展，企業對增材制造專業技術人才的需求也隨之不斷增大，在高校增材制造技術專業建設和人才培養成為一項重要任務。其中，開設3D打印、逆向工程方面的課程成為了高校適應社會發展、調整人才培養方法的重要體現。逆向工程和3D打印的相關課程是增材制造專業的主要內容[1]。目前，我國的增材制造專業課程標準開發與制定存在著一定問題，起步晚、課程設計不合理、標準制定不科學等因素嚴重影響了專業的發展，限制了教學質量的提高，不利于學生的全面培養。

一、增材制造專業概述

（一）增材制造技術定義

增材制造技術是通過結合軟件與數控系統，以數字模型文件作為制造的基礎條件。該技術利用專用材料通過擠壓、熔融、噴射等方式，進行逐層堆積，并根據要求制造出實體物品。這是當前各國探索新型制造技術的主要方向。增材制造技術，通常被稱為3D打印技術，對傳統的加工工藝、工廠生產模式、產業鏈組成造成了沖擊，實現了制造技術的創新，是具有顛覆性和創造性的技術。增材制造技術的出現催生了社會對新工作崗位和新型高素質人才的需求。因此，高校必須加強對此項技術的探索，加快相關課程標準的制定和教學體系的建設，以進一步適應制造業轉型升級和優化發展對高層次人才的需求。

（二）逆向工程技術

逆向工程技術是一種對目標產品進行逆向分析和研究的方法，旨在通過科學演繹對產品進行重構，從而得出其主要的組織結構、特性、技術規范和相關處理流程等要素，進而制造出功能相近或特性相近卻又不完全相同的產品。在增材制造專業中，逆向工程技術主要通過逆向建模實施，利用三維掃描儀對物體的整體結構進行細致測量，得出相應的物體特性，據此數據在計算機上通過軟件實現其CAD實體模型的重建，最后根據建模結果利用3D打印技術，即增材制造進行產品的制造[2]。

二、增材制造技術專業完善課程標準的意義

（一）深化復合型技術人才培養模式改革

加強增材制造技術專業逆向工程與3D打印技術的課程建設，完善相關課程標準，有助于夯實學生可持續發展基礎，推動專業的發展。國務院印發《國家職業教育改革實施方案》等相關文件明確規定，要在職業院校、應用型本科高校啟動“1+X”證書制度試點工作，鼓勵職業院校學生在獲得學歷證書的同時，積極獲得各類職業技能等級證書。對于增材制造專業的應用型人才培養而言，獲得學歷證書是培養高素質復合型技術技能人才的必要條件。對于學習增材制造專業的學生來說，增材制造技術專業的職業技能等級證書是體現學生對該專業技能水平的重要依據，綜合反映了企業需求和學生自身綜合素質發展所需要的必要能力。這是深化復合型增材制造專業技術人才培養模式改革，是推動專業發展的重要助力[3]。

（二）滿足增材制造技術人才培養的需求

加快增材制造專業逆向工程與3D打印技術相關課程標準的建設，有利于完善教學體系，推動“1+X”證書制度試點，成功地改進了職業院校的人才培養工作。高職院校在此基礎上，科學地將“1+X”職業技能等級證書與增材制造技術的專業教學內容相融合，以證書為基礎，完善了增材制造技術專業相關教育教學標準體系，落實了專業的教學計劃，滿足了專業人才培養的需求，實現了培養目標與課程標準的統一。同時，高職院校針對增材制造專業中逆向工程技術與3D打印技術的課程標準制定，提高了增材制造技術專業的教學效果，提升了人才培養的質量。這也助推了課程標準與職業資格考試的結合，實現了增材制造技術專業人才與崗位的對接，推動了增材制造技術專業建設和發展。

三、研究內容

增材制造技術專業的課程標準設計以“1+X”職業等級證書的能力要求為目標，通過對3D打印和逆向工程課程的相關內容、教學模式、教學活動等環節進行設計，重構人才培養的模式。高職院校建立了以校企合作為基礎的人才培養課程標準，并對增材制造技術專業人才課程進行重新定位，確定了產業和企業對人才崗位的要求，還建立了以學生為主體的學習和評價標準，嵌入了中級職業技能標準，以增材制造技術模型設計和應用為主要內容，科學地開展教學活動。同時，教師在教學過程中出現的問題會被及時解決，不斷優化課程標準，幫助學生掌握3D打印技術和逆向工程技術的相關崗位技術要求，并考取相應的技能證書。這樣的做法實現了學生能力培養與崗位需求的統一、職業技能證書與學歷證書的銜接，滿足了增材制造技術專業對人才培養的需求[4]。

四、課程標準制定的主要目標

（一）落實學生的主體地位

增材制造專業逆向工程與3D打印技術課程標準的研究必須堅持以學生為中心的原則，將學生學習增材制造相關技術內容作為方法，實現學生自主探究3D打印與逆向工程技術應用的目標。高職院校以課堂教學活動為基礎，快速有效地建立增材制造專業學生學習評價體系。目的是讓學生在自主探究學習中，掌握逆向工程的建模方法和3D打印技術的實際應用方法，激發學生的積極性，使學生成為學習的主導者。

（二）實現職業技能證書與課程內容的對接

高職院校將增材制造技術專業的主要課程內容融入職業技能證書的標準中，科學地推動職業教育活動與產業發展的融合，將“產—學—研”一體化的教學模式融入增材制造技術專業課程標準的制定中，有力推動職業教育與產業發展的融合，推動學歷證書、職業證書和實踐能力的有效對接。

（三）深化“校企對接、實崗培養”人才的培養模式

在增材制造技術專業課程的制定中，高職院校要將產業的行業規范、企業的發展方向、職業標準與專業教學內容相結合，將3D打印技術和逆向工程技術與企業的真實需求相結合，根據企業崗位的設置和對人才的需求，制定科學、合理的人才培養模式。這種做法深化了校企對接，以實崗培養為人才培養的方向，將教學環節嵌入產業發展中，推動教學質量的提升，實現人才培養模式的科學化。

五、逆向工程與3D 打印技術課程標準制定的思路

逆向工程與3D打印技術的課程標準制定應以“校企雙鏈，雙證融通”為核心導向，以“1+X”證書制度考核目標為導向，分析當前逆向工程與3D打印技術的人才培養標準，確保其與崗位要求相符合。高職院校引入成果教育的教學理念（Outcome based education，簡稱OBE），將逆向工程和3D打印技術基礎知識、能力培養、職業素質提升三方面作為教學的核心目標，并針對課程標準定位、學習目標（成果）展示、學習內容拓展、教學活動組織、課堂教學效果提升、師生共同成果評價與教學資源豐富等方面進行深入研究，找到符合當前增材制造技術專業的課程標準確定方法。

（一）根據崗位需求確定課程定位

在增材制造技術專業的課程標準制定中，首先，高職院校需要對課程進行定位。逆向工程與3D打印技術是增材制造技術中具有較強技能性和實踐性的專業核心課程。課程的內容主要面向增材制造模型設計領域的三維建模、產品設計、產品制造、3D打印服務等領域。高職院校根據企業的崗位需求，結合職業技能證書標準，合理規劃最終學習成果，精準設計教學內容，并進行系統的理論講授和教學實操。學生了解并掌握3D打印先進制造技術方法與技巧，能夠靈活運用快速成型技術結合企業實際項目。高職院校以企業真實商業化運營流程作為參考，幫助學生設計出合理、規范、符合市場的快速成型產品，充分體現產教融合、校企合作的教學特色。

其次，在逆向工程和3D打印技術的課程思政方面，學校應通過介紹增材制造技術的先進性及重要性，讓學生了解產業發展的脈絡，理解自身學習對國家發展的重要性，增強學生的責任感和使命感。教師應在逆向工程技術的三維模型重構模塊中，積極引入創新的教學理念，引導學生樹立自主創新意識，培養學生的創新思維。最后，高職院校在學習成果評價中融入職業道德、能力、品質的要求，有效、科學、循序漸進地培養學生的職業精神和專業技能，將工匠精神作為主線貫穿整個教學過程，培養學生嚴謹求實、一絲不茍的工作作風，推動增材制造專業教學的發展。

（二）增材制造技術專業逆向工程與3D 打印技術的課程標準設計

1.以職業崗位的需求確定課程目標

增材制造技術專業逆向工程與3D打印技術的課程標準設計需要針對課程目標進行確定。高職院校從崗位需求的角度出發，采用OBE的教學理念。OBE教學是一種以教學成果為主要目標的教學理念，該方法以學生為主，立足于學生的學習實際需求，采用逆向思維的方式設計課程體系。在制定增材制造技術專業逆向工程與3D打印技術課程標準中，課程目標的確定應以企業的崗位需求為基礎，將學生的學習成果進行綜合管理。制定教學的目標時，高職院校緊扣“1+X”增材制造模型設計職業技能等級證書能力要求，制定逆向工程與3D打印技術課程教學的成果目標。按照高職畢業生職業技能要求，高職院校對增材制造模型設計專業學生的職業技能提出符合職業中級標準的要求，并依據學習成果導向的教學理念，通過分析職業技能證書標準要求和崗位能力需求，確定逆向工程與3D打印技術課程目標。

2.基于OBE理念科學設計學習內容

增材制造技術專業逆向工程與3D打印技術課程標準設計應基于OBE的教學理念，科學地設計學習內容。相關課程的教師在制定學習內容時，應確保其與學習成果直接對應。高職院校利用反向設計的方法，針對學生的學習成果將學生的基礎知識掌握程度進行不同模塊的分解，并融合不同模塊的知識，重構教學內容。高職院校選擇在企業生產中比較具有代表性的崗位，將具體的工作任務與知識模塊進行結合。例如，學生在掌握并利用掃描儀對產品進行數據采集和優化處理的學習中，首先，調試投影儀裝置，按照掃描的需要對被測物體的光柵反射效果進行噴色處理，貼上標記以便進行空間定位。其次，學生進行不同角度下的數據掃描并對接，打開掃描軟件進行標定板數據采集。最后，學生進行掃描，通過旋轉測量的方法獲得完整、科學的點云數據。在點云處理的工作中，學生選擇點云進行處理，進行著色和去噪，針對處理結果進行修補，編輯并處理附加特征和其他因素，修改相關參數，最終完成掃描、數據采集、重構等工作。

3.以學生為中心，創新教學方式，完善評價模式

逆向工程與3D打印技術課程的實踐性較強，與工作崗位密切相關。在教學實施中，高職院校可以采用校企合作“雙導師”制度，開展校內教師與企業導師分模塊、分步驟的教學和培訓，讓學生走進企業、走進實際生產，實現理論與實踐的有效結合。在逆向工程與3D打印技術課程中，教師通過任務考核對學生的學習過程進行分析，從學習進度和職業技能掌握等多角度綜合考核每一位學生，最終形成學生學習成果的評估。

（三）豐富形式多樣的“互聯網+”教學資源

在增材制造技術專業逆向工程與3D打印技術課程標準的設計中，教師可以利用豐富的互聯網資源，充實教學內容，通過微課、短視頻、教學動畫等方法，制作教學視頻，借助網絡課程學習平臺，構建在線學習的新模式，讓學生通過在線學習平臺可以在課下學習增材制造技術的相關課程內容。教師可以通過布置在線作業和考試等方式，跟蹤和評價學生的學習效果，實現線上、線下的混合教學模式，并在此過程中不斷豐富教學資源庫，推動增材制造技術專業逆向工程與3D打印技術課程標準的制定。

六、結束語

本文針對增材制造專業中逆向工程和3D打印技術的相關課程定位、標準設計與制定、課程資源豐富進行了研究，將逆向工程技術與3D技術進行了結合，探索了增材制造專業的課程標準制定方法，突出了課程標準建設的特點，加強了對增材制造技術專業人才培養的關注，建立了具有系統化的教學模式，以滿足企業的崗位要求，提高增材制造專業人才的整體素質。