專創融合的產品設計與3D打印課程改革與實踐

王敬 張政梅

摘 要：產品設計與3D打印是高職機械設計與制造專業非常重要的專業核心課程，課程項目使用工業軟件與增材制造設備，能夠實現學生創新創意作品的數字化設計與快速制造，在培養學生專業能力的同時提升學生的創新能力，在課程實施過程中以專創融合為改革思路，重構了課程內容、轉變實施方式，在理念與實踐上取得了一定的效果，本文闡述了課程改革的具體內容與實踐。

關鍵詞：專創融合? ? 課程改革? ? 創新能力

課? ?題：本文系山東省教育科學規劃創新素養專項課題一般課題“專創融合視角下智能制造技能型創新人才培養策略研究”（課題編號：2022CYB337）、“高職院校教師創新素養的職前、職后一體化培育研究”（課題編號：2022CYB322）、山東省教育科學“十四五”規劃課題“產教融合背景下高職高端制造業人才培養質量提升路徑研究”（課題編號：2021ZC122）的階段性研究成果。

產品設計與3D打印是機械設計與制造專業一門主要的專業核心課程，是對學生進行機械設計能力、增材制造能力訓練的主干課程，對于培養學生的核心職業能力有重要作用。該課程理論性和實踐性都很強，是基于實物制作的理實一體課程，是培養學生創新創業能力的良好載體，因此可以把該課程教學作為進行專創融合教育的一個重要途徑。

一、傳統課程內容在創新能力培養的不足

智能制造是建立在數字化設計基礎上的，增材制造技術是快速制造的核心基礎技術，3D打印在產品研發與創新設計上有幾大優勢：縮短生產時間、提高了材料的利用率、實現輕量化、降低成本、提高工藝、快速生產、提高精度、實現個性化定制。產品設計完成后，傳至CAD/CAM系統，送到快速原型成型機，將樣品模型制作出來。產品設計與3D打印在企業中是設計新產品的一個重要方法。傳統的課程內容不能有效對接制造業領域新技術、新工藝、新規范，無法滿足以強化能力培養的項目化教學的要求。

二、專創融合的課程改革理念

增材制造技術與新設計理念的加速融合，改變制造過程，重塑商業模式，以快速制造、工藝改進帶動產業升級；產品設計與3D打印課程對接智能制造的前沿技術，采用新的設計理念，以智能工廠的智能裝備為載體，依據CDIO模式進行教學改革，以C（構思）、D（設計）、I（制作）、O（運行）工業產品設計與制造的全流程理念序化工作任務。

其總體設計思路是：以完成典型工作任務為主線，將相關的理論知識、職業素養、職業能力等融合于具體工作任務中，本課程以產品設計與3D打印基礎能力、產品設計與3D打印核心職業能力、機械設計崗位職業能力的三層能力遞進設計了“領域—項目—工作任務”的課程框架，課程內容包括：四大模塊、六大項目，典型零件的每個項目又按照產品從測繪、數字化設計、數字化制造、虛擬裝調的工作流程來設計4～8個工作任務。課程體系的設計實現了理論教學與實踐教學融通合一、課程內容與職業標準對接、教學過程與生產過程對接、畢業證書與職業等級證書對接。課程內容的設計既有難度梯度，也為學生考取證書、參加比賽打下了基礎。

三、產品設計與3D打印課程改革實踐

為落實人力資源社會保障部《關于加強新職業培訓工作的通知》要求，課程改革對標新職業《增材制造設備操作員》《智能制造工程技術人員》國家職業技能標準，產品設計與3D打印課程對智能工廠的檢測機器人、巡檢無人機、搬運機器人、自動引導小車（AVG）、自動化倉儲等智能裝備進行解構，重構課程內容為：智能之“眼”（視覺識別）、智能之“翼”（巡檢無人機）、智能之“手”（搬運物料）、智能之“足”（物料轉運）四大領域。具體的項目分別為：攝像頭支架、無人機機架、無人機機翼、機械手、無人導引車的創新設計與增材制造。

個性化定制、柔性化生產是智能制造的重要特色，同一條生產線可以生產、組裝不同的零件，只需更換部分夾具和機械手。項目設計針對企業問題，以解決智能工廠真實問題、完成產品設計與試制為導向，依據增材制造設備操作員新職業規范，對接世界CAD機械設計賽項的標準與評價指標，把《增材制造設備操作與維護》職業技能等級標準技能點融入教學目標，提取逆向工程設計工作流程的典型工作任務序化教學內容，任務流程為：任務分析—市場調研—數據測量—模型修改—數字化設計—增材制造—打磨裝配—試車驗證。

四、教學實施總體框架

產品設計與3D打印課程的組織以“培養與調動學生學習興趣和主動性，訓練與提高學生創新思維和設計能力”為目標，針對機械設計課程長期存在的“重知識輕技能，重理論輕思維”的落后的教學理念，借鑒“翻轉課堂”“項目驅動”“探究式”等先進的教學理念，借助MOOC、超星學習通、智慧課堂三個平臺，設計并構建優秀的教學資源庫。

設計“三階段六環節兩融合一貫穿”教學組織模式，產教融合、專創融合兩大融合的產學研創育人機制，引入企業真實問題，培養學生創新能力與設計能力；設置課前探學、課中啟智、課后拓研“三階段”，課前學生在學習平臺進行自學與測試，課中分組合作學習，通過探新知、明任務、研方案、練技能、評結果、拓創業教與學的“六環節”，掌握重點、突破難點，課后拓學，雙創導師指導，營造“個性化、主動自主、合作式”的學習氛圍；將“匠心鑄魂、勞動踐行”兩個維度的課程思政內容貫穿于教學活動之中，培養“知行合一、德技并修”的新時代智能工匠。

五、產品設計與3D打印課程改革效果

產品設計與3D打印課程整體教學設計打破以知識傳授為主要特征的傳統課程模式，將知識傳授變為以完成典型工作任務為主線的學習任務，將相關的理論知識、職業素養、職業能力等融入具體的學習活動中，以學生為中心，打造金課，深入開展課堂革命，有效提升教育質量。

（一）重構課程體系

針對實際工作崗位重新構建課程體系，并按實際工作流程重新設計課程結構。落實職業教育國家教學標準，對接職業標準（規范）、職業技能等級標準等，基于真實工作任務、工作流程進行改革，以崗課賽證融通的理念進行課程的頂層設計。

（二）重組教學內容

傳統學科型課程以學科知識邏輯為主線、專業理論知識為主體，針對實際工作任務需要，以職業活動為主線，以培養職業能力為本位，在教學內容中滲透家國情懷、勞動教育與創新創業教育，以“專創融合+課程思政”為宗旨，重新組織和設計教學內容，重構課程內容。

（三）轉變實施方式

轉變學科型課程主要進行知識灌輸、學生被動接受、實踐與理論脫節的實施方式，形成主要進行任務實施、學生主動構建、實踐與理論一體化的實施方式。打破單一的教學模式、教學環境，創設盡可能與工作實境接近的教學環境，實現學校環境與工作環境、校園文化與企業文化的有機融合，按照課程改革的要求進行資源建設。在產品設計與3D打印的課程教學中利用新媒體、新技術、新評價標準，通過教學平臺實現對教學實施全過程的信息采集與監控。

六、產品設計與3D打印課程改革的特色

（一）“專創融合”培養技能創新人才

對接智能工廠真實項目，產教融合、專創融合，產學研創一體，促進了科技成果轉化，使學生在基于問題導向的工作流程中培養創新能力，豐富完善了學習領域課程建設，使人才培養更貼近崗位實際，提升了專業服務社會的能力，并以此為契機推動專業與產業對接，助力傳統產業升級。

（二）“新標新技”加強新職業培訓

在逆向工程設計課程中，融入《增材制造設備操作與維護》新職業要求。通過課程的學習培訓促進崗課賽證的融通合一，促進學生盡快適應職業崗位新需求，提高學生的就業能力和職業素質，以適應高端制造領域對人才的高標準高要求。

七、對產品設計與3D打印課程改革的反思

（一）校企深度融合，擴充企業案例庫

任務源于企業真實案例。企業需求是機械創新設計的起點，產業升級是專業與課程變革的動力，智能制造催生了新業態、新模式、新職業，產品設計與3D打印課程的內容將進一步跟隨新技術不斷更新，擴充企業案例庫。加強校企合作，讓前沿技術進校園，科研成果服務于企業，形成校企共贏的協同育人生態平衡。

（二）開發新形態資源，充實線上實訓教學

制造類專業技能訓練高度依賴設備與資源，目前線上教育難以滿足實訓的要求，數字孿生技術伴隨智能制造技術而生，在以后的課程改革中，可以利用數字孿生模型，實現不受地域限制的遠程教學和遠程實操，解決多類型生源線上教學問題。

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（作者單位：山東勞動職業技術學院）