高質量發展背景下高職逆向設計實訓課程改革與實踐

摘" 要：逆向工程是一種先進的制造技術，逆向設計是高質量制造強國建設中不可或缺的技術之一。在高質量發展背景下，以高職三維檢測與逆向設計實訓課程為例，針對實訓時間緊迫導致的實訓作品質量不高、實訓素材單一、學生興趣較低等教學現狀，通過優化教學內容、搭建數字資源等進行改革，課程取得良好效果，提高了人才培養質量，助力制造類專業群課程進一步發展。

關鍵詞：三維檢測與逆向設計；逆向工程；實訓課程；高職

文章編號：1671-489X（2025）04-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.04.

0" 引言

黨的二十大報告明確指出實現高質量發展是“中國式現代化的本質要求”之一[1]。而推動高質量發展就要把實體經濟特別是制造業做實做強做優。在以信息產業為主導的經濟發展新時代，制造業也在全面推進轉型升級，即實現制造業的高質量發展。逆向工程是一種先進的智能制造技術，是中國制造高質量發展的一個重要體現。采用逆向工程的方法進行原型快速重建，在此基礎上進行設計創新、樣件加工、模具設計等快速開發制造的方法，已經成為工程技術人員快速獲取設計模型的重要手段[2]。

本文以高質量發展下高技術技能人才的需求為背景，以學生能力培養為本位，依據機械設計與制造專業國家教學標準和合作企業產品數據重構的崗位標準，有機融入全國職業院校技能大賽“工業產品數字化設計與制造”賽項的要求，對接增材制造模型設計1+X職業技能等級標準，對三維檢測與逆向設計實訓課程進行教學改革與實踐，以期提高智能制造人才的培養質量，助力國家高質量發展。

1" 課程教學現狀分析

三維檢測與逆向設計實訓是湖北科技職業學院開設的逆向工程技術實訓課程，對標產品設計崗。課程自開設至今，取得了較好的效果。但制造業不斷轉型升級和高質量發展，對課程和人才培養提出了更高的要求。通過近幾年高職學生在三維檢測與逆向設計實訓課程中的表現和學習效果，總結歸納該課程存在的問題，其主要表現為以下四個方面。

1.1" 實訓時間緊迫，實訓作品質量不高

該課程的正常教學安排應在三維檢測與逆向設計課程授課結束之后，實訓時間安排兩周較為合適，但是由于學分和課時量的調整，課程的實訓時間只有一周。同時由于不同專業的教學安排，三維檢測與逆向設計和三維檢測與逆向設計實訓課程安排不連貫，學生的理論知識不能及時通過實訓得到練習鞏固，導致在短短的一周內，教師為了完成教學任務，將實訓課程的任務簡單化，學生只滿足于及格，實訓作品沒有質量的提升。

1.2" 綜合能力要求高，學生綜合知識應用薄弱

該課程要求學生在一周時間內完成零部件的掃描操作、點云處理、逆向設計建模、正向設計創新到3D打印的全過程。學生需要掌握的技能包括掃描儀的使用，Geomagic Wrap、Geomagic DX、Geomagic Control、UG等軟件和3D打印機的使用。實訓涵蓋的內容廣泛且多樣，需要學生在充分掌握好前置課程的基礎上綜合運用各科目技能，做好各部分的有效銜接，進而完成作品，達到課程的實訓目標。學生現有知識和能力無法滿足實訓的要求。

1.3" 實訓素材單一，學生興趣不高

本課程是三維檢測與逆向設計課程的后續實訓課程，主要以大賽案例為主，相對來說難度較大，學生選擇性不多。加上該實訓課程增加了正向創新和3D打印過程，所以從實訓時間要求和心理上來說，學生會產生畏難情緒，學習興趣和積極性受到嚴重影響，不利于課程的開展。

1.4" 評價內容不夠全面

該課程之前的考核主要集中于學生對各部分操作技能點的掌握情況，考核內容多元化不足。在實訓課程的考核中，學生的團隊合作、職業素養、工程創新等內容都需要貫穿其中，對其進行客觀、全面評價，充分發現他們的閃光點，提高學習積極性。

2" 高質量發展背景下的課程改革與實踐

本研究對標高質量發展背景下制造行業的升級改造，圍繞智能制造技能人才培養目標，在充分調研學情基礎上，從修訂課程目標、優化課程內容和考核評價等途徑，解決該課程目前面臨的教學問題，讓學生成為課堂的主人和任務的主要實施者，不斷引導和激勵他們的設計興趣和能動性，提高課堂教學的有效性。

2.1" 根據職業教育高質量發展內涵的要求修訂課程培養目標

新時代職業教育高質量發展的內涵[3]包括四個方面：1）技能人才的繼承與創新，即現代產業體系不僅需要各層次傳統的高質量技術技能人才，也需要創新型技術技能人才引領產業變革與產業結構調整；2）學科交叉與融合、經濟與生態協調共享的新途徑，即高質量發展背景下的職業教育培養的是經濟發展與綠色生態和諧共處的綜合性人才；3）應對變化，迎接未來的新理念，即職業教育系統要不斷改革創新與動態調整，始終呈現可持續發展樣態；4）培養未來多元化和創新型卓越工程人才的新要求，即職業教育要通過培養復合型、創新型技術技能人才來服務國家經濟社會發展需求，最終實現高質量發展的目標。

按照職業教育高質量發展要求，未來的技術人才培養強調的核心素養包括創新能力、工匠精神、家國情懷、多學科交叉融合能力、溝通與合作能力、數字素養等。為了順應職業教育高質量發展趨勢，在教學中更好地對接產業，進一步提高學生的技術技能，課程組調研多家企業和職業院校，將三維檢測與逆向設計實訓課程目標修訂如下。

2.1.1" 知識目標

在掌握逆向工程基本原理和工作流程的基礎上，增加多學科知識交叉融合運用。比如，加強并熟練運用多種軟件操作、3D打印技術等多學科知識，在課程的實施中讓學生將多學科知識融會貫通，提高其數字素養。

2.1.2" 能力目標

在具備掃描儀使用、數據采集、逆向建模能力基礎上，增加對正向建模和創新能力培養的內容，提升全流程的系統性工程的設計與制造、分析與解決問題、交流溝通和不斷學習、持續改進等能力。

2.1.3" 素質目標

在具備產品創新設計意識和團隊合作精神的基礎上，提高學生的設計審美意識和綠色意識，大力培育和弘揚家國情懷、工匠精神、創新精神、良好職業素養和社會責任感。

2.2" 根據學生實情與實訓內容優化教學內容

三維檢測與逆向設計實訓課程是綜合項目的實戰鞏固練習課程，目的是培養學生全流程的系統性工程的設計與制造的能力。實訓內容要更真實地接近企業任務和賽項要求，使學生能身臨其境地開展操作訓練，提高實戰能力，為將來的就業打好基礎。該課程的教學任務主要有：1）選一個現有的模型，使用掃描儀進行掃描，保存點云；2）將點云數據導入Wrap軟件，對數據進行處理，刪除雜點等，將最終數據從點變成三角面片，并保存為.stl格式；3）將三角面片導入DX軟件進行逆向模型設計，保存為.stp格式；4）將逆向模型導入UG軟件進行創新設計（功能、綠色環保、外觀、實用性等）；5）3D打印；6）寫實訓報告，并進行匯報展示。

可以看出，實訓內容包括數據掃描、數據處理、逆向建模、正向創新、3D打印、匯報展示六個模塊。各模塊之間緊密連接，環環相扣，對精度要求較高，特別在數據掃描和數據處理階段，軟件沒有撤回步驟，需要學生用技巧或者按照規定步驟進行保存和操作，否則會重復一個步驟停滯不前。因而該實訓內容量比較大，需要對教學內容進行優化和調整。

2.2.1" 調研學情

為了更好地掌握學生學習情況，提高課程教學針對性和實用性，本研究在開展三維檢測與逆向設計實訓課程教學之前，通過問卷調查和座談互動的方式對在校模具設計與制造專業大二學生進行調研，主要了解學生在學習三維檢測與逆向設計、計算機輔助設計和3D打印課程后，對知識的掌握程度以及各部分內容的擅長程度，便于后續教師分組開展實訓課程。調研結果顯示，78%的學生表示對前置課程各部分軟件使用和操作流程出現遺忘的情況，其中81%的學生表示在實訓過程中只要老師點撥后，無太大問題；85%的學生可以完成中等難度的模型逆向設計，說明復雜模型曲面的逆向設計對學生來說難度比較大，花的時間也比較長，在一周內完成確實有難度；幾乎所有學生都明晰實訓的全部流程，各部分保存的文件類型，各軟件之間的銜接等；50%的學生表示自己擅長掃描儀使用，80%的學生認為自己點云處理模塊操作學習扎實，78%的學生擅長逆向設計，79%的學生覺得自己正向設計做得好，85%的學生表示3D打印沒有問題。通過調研，教師完成了對學情的摸底和了解。

2.2.2" 分層次優化教學內容

通過調研學情發現了學生在不同層次的課程上的優勢。若按照原來的教學計劃，給班級所有學生安排一致的任務，肯定會對部分學生造成壓力，最終導致教學質量下降。教師研究后決定靈活變通課程任務（如表1所示），比如，考慮到掃描的模型比較復雜，逆向建模不容易操作，教師可以讓學生在逆向設計時選擇一個新模型進行逆向，然后再做后面的設計創新；或者將逆向的模型創新設計后，讓學生改變其原來的功能特征，成為新產品等。通過設置不同維度的教學任務，對學生進行分層教學，保證了學生的學習熱情和作業質量。

2.3" 采用“課內有效分組，課外社團幫扶”的教學方法

分工合作，既體現團隊精神又體現個人才干[4]。課內對學生進行有效分組，使組內成員各自都有擅長的領域，不僅改變了學生在實訓中零溝通的局面，也培養了學生的職業素養，增強了團隊協作能力。教師根據實訓前的調研情況，將學生有效分組：保證每個小組內都有擅長各項技能的學生，并由組內學生推選小組組長。組內成員密切配合，從掃描儀的標定到掃描數據采集，要求步步精確；之后的數據處理、逆向設計、創新設計和3D打印環節，小組內學生根據各自技能優勢取長補短，互幫互助，以一帶三，以二帶二，以三帶一，將問題化整為零，共同進步，效率大大提升。

學生社團是高校“第二課堂”與素質教育育人實踐的重要載體，是培養學生集體主義價值觀、創新精神、創造力和進一步完善其知識體系的重要途徑[5]。數字化設計社團和3D打印社團是機械專業與模具專業開設的學生社團，旨在培養學生數字化設計與制造的興趣、進一步鞏固與提升所學技能，并拓展知識邊界。課外社團不定期組織各種活動，讓學生相互分享學習經驗，營造了積極活躍的學習氛圍，并通過教師的指導和反饋，培養學生的自律性和責任感，提升持續學習能力，實現實踐技能的螺旋上升。通過課外社團的幫扶，學生的綜合能力得以提升，實現了交叉學科知識的融會貫通，助力該實訓課程的開展。

2.4" 搭建數字化教學資源，助力學生技能提升

學校依托智能工廠、3D創新協同中心搭建校內實訓平臺，緊密聯系校企合作單位，為學生搭建校外實習實訓基地，構造校企深度合作共建的校內校外雙場地教學環境。同時自建校內精品在線開放課程，通過學習通平臺建立課前導學—課中督學—課后促學的線上線下混合式全過程教學模式，建成了以數字課程、新形態教材、電子習題庫和虛仿采集試驗為代表的系列信息化數字資源，提升學生的專業自信度和自豪感，助力其技能水平的提升。

2.5" 引入崗、賽、證項目載體，豐富教學項目

一個好的項目載體可以為項目運行起到很好的促進作用。課程組緊跟國家、企業技術新發展動態，密切關注全國職業院校技能大賽“工業產品數字化設計與制造技能”賽項的競賽指南，深度融合增材制造模型設計1+X職業技能證書教學案例，豐富了課程的教學項目。比如，引入合作企業的國產連桿模型，工業產品數字化設計與制造技能比賽的國產過濾器模型，增材制造模型設計1+X職業技能證書國產電子器件等。通過崗、賽、證國產化項目載體的引入，逐漸樹立學生的民族自豪感，提高學習興趣，增強自信心。同時項目載體種類多樣化、難度層次化，使學生選擇多元化，進一步促進實訓任務的順利開展。

2.6" 校內專職教師與校外企業人員合作打造“雙師型”教師隊伍

多次聘請合作企業資深員工進校開展新技術新發展、相關競賽等交流活動，對教師進行逆向設計培訓；同時教師暑期赴企業頂崗實踐，學習最前沿的數字化設計與制造技術知識，不斷提升自己的技能水平，建立理論、實踐水平一流的“雙師型”教師隊伍。課程組教師積極參加教學能力大賽，提高信息化教學能力，提升數字信息素養，以適應當今信息化迅速發展的時代，為更好地傳道授業解惑打下堅實的基礎。依托國家創新教學團隊和技能名師工作室，為本地微制造企業的產業升級提供技術支持，教師的科研服務能力不斷增強。

2.7" 采用PBL分組評價，考核更科學全面

建立適合高職教育的課程考核評分標準，堅持以職業崗位能力為重點，從專業知識、實踐技能、職業素質各方面進行綜合考評[6]。本課程基于學習通信息化網絡平臺，采用PBL分組評價。評價對象多元化，滿分100分，其中教師評價占50%，組內互評占20%，組間互評占20%，自評占10%；評價內容多元化，包括技能實操、職業素養等，以及教師評價、組內互評、組間互評和自評內容涉及掃描操作、數據處理、逆向設計、創新設計、3D打印和學習態度六大部分。考核貫穿課程始終，充分引起了學生對實訓內容的重視，提高了課堂實訓的有效性。同時通過組間打分，增強了學生之間互相學習的主動性，考核更加公平全面，達到以評促教的作用。

3" 高質量發展背景下的課程改革成效

在高質量發展背景下，以學生為中心，基于學生能力本位，從優化教學內容、改善教學方法等方面入手，達成了學生的知識、能力、素養培養目標，提升了學生的綜合能力，三維檢測與逆向設計實訓課程的改革實踐取得了較好的效果。

3.1" 學生的綜合職業技能得到提高

通過優化課程內容，改善教學方法，學生的成績明顯提高。通過實訓，學生完成了逆向設計五大部分的實戰演練，全流程實踐工程任務一氣呵成，跨學科知識融會貫通，學生的綜合能力得以提升強化。

引入“崗、賽、證”項目，與課程有機融合，培養了學生的愛國情懷，深化了工匠意識，提高了問題解決能力。近年來，模具設計與制造專業學生代表學校多次參加全國職業院校技能大賽“數字化設計與制造”賽項的省賽、行業賽，并獲得了二等獎兩項、三等獎三項的好成績。

3.2" 學生的創新能力被激發，作品質量高

以學生為中心，學生能力為本位，數字化資源助力學生拓寬設計視角，提高設計敏銳度，增加設計美感和綠色環保意識。學生的設計作品里有智能小熊儲蓄罐、精美的鼠標……通過渲染、外觀重設、功能拓展等方法，讓新的點子不斷迸發出來，作品質量明顯提高，學生的創新能力得到提升。

3.3" 學生的團隊協作能力和溝通能力明顯加強

通過課內小組分工合作，課外社團幫扶，取長補短，拓展知識和技能，加強了學生之間的溝通交流；通過頭腦風暴，讓創意在小組內不斷閃光發亮。通過實訓課的課內外小組合作，學生的團隊協作能力和溝通能力明顯提高，課堂討論氛圍十分濃厚，為學生就業后的團隊合作打下了良好基礎。

3.4" 教師能力得到全面提升

課程自建至今，教學團隊不斷學習先進的設計方法，積極參與各項比賽，緊密聯系企業，不斷提升自己的教學本領和實踐技能。近年來，教師發表相關文章三篇，申請科研項目兩項，參與企業服務一項，榮獲教學能力大賽校級二等獎兩項、省級三等獎一項，高素質的教師隊伍助力學生技能培養。

4" 結束語

在國家高質量發展的背景下，中國制造變中國智造，智造離不開技術更離不開人才的培養，而課程是人才培養的基本單元。三維檢測與逆向設計實訓課程改革旨在培養學生適應崗位的綜合能力，包括職業技能、創新能力、團隊合作能力等，符合新時代智能制造人才培養的目標要求。通過采用優化教學內容，搭建數字資源等手段，提高學生的學習興趣，使課堂高質高效，同時學生的操作技能在團隊合作過程中得到螺旋提升。本次課程改革效果明顯，但仍然還有一些不足，如模型資源還需要拓展等，后續將會繼續跟蹤行業技術的發展，進一步根據本校和學生實情優化調整教學內容，保持教學技術的先進性，培養更多的制造業高質量技術技能人才。

5" 參考文獻

[1] 習近平：高舉中國特色社會主義偉大旗幟 為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗：在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告[R/OL].（2022-10-25）[2024-01-20].https：//www.12371.cn/2022/10/25/ARTI1666705047474465.shtml.

[2] 高志華，劉旸，潘春生，等.基于逆向工程的工業產品數字化設計與數控加工應用研究[J].新技術新工藝，2019（6）：33-36.

[3] 孫翠香.新時代職業教育高質量發展的內涵、特征與推進策略[J].教育與職業，2022（3）：5-12.

[4] 胡雙喜，劉芳，李鵬輝.“三維檢測與逆向工程”課程建設與探索[J].湖北廣播電視大學學報，2019，39（4）：

22-26.

[5] 胡龍宇，徐玉婷.新時期高校學生社團建設路徑的理性探析[J].江西電力職業技術學院學報，2022，35（10）：

119-121，124.

[6] 余愿.基于“崗課賽證”融通的“專業綜合實訓”課程改革與實踐[J].湖北開放大學學報，2023，43（2）：41-46.

*項目來源：湖北科技職業學院2023年校級教育教學改革項目“高質量發展背景下高職‘三維檢測與逆向設計實訓’課程改革與實踐”（HKZJ2023008）；2022年湖北省教育科學規劃課題“‘雙碳’目標背景下高職石油化工專業群產教融合探索與實踐”（2022GB258）。

作者簡介：李琳琳，講師。