“以賽促教”視域下高職課程項目式教學改革探索

摘 要：本文主要針對《產品創新設計與3D打印》課程在實施過程中面臨的實際問題，融合技能大賽精選賽題重構課程教學項目。本文介紹了該課程項目式教學改革的實施路徑，從基于競賽任務重構教學項目、模擬賽事流程組織教學過程，到引入競賽標準完善課程評價體系。教學實施效果表明：這一改革不僅提升學生的產品創新設計與 3D 打印實操技能，增強其團隊協作、問題解決能力，還促使教師更新教學理念、提升實踐教學水平，為高職其他課程教學改革提供了極具價值的參考范例，助力高職教育高質量人才培養目標的達成。

關鍵詞：3D打印技術 高職教育 機械設計

高職教育是現代高等教育的重要組成部分，致力于培養具備專業技能、實踐能力和創新素養的高素質技術技能人才，是我國經濟高質量發展的重要支撐。黨的二十大報告指出，要“統籌職業教育、高等教育、繼續教育協同創新，推進職普融通、產教融合、科教融匯，優化職業教育類型定位”，強調高職教育系統同外部行業、產業、科研力量的有機結合。隨著中國經濟的快速發展和產業結構的不斷升級，對高素質技術技能人才的需求日益增長。這要求高職教育必須改革，以適應新的經濟形態和產業需求，培養符合市場需求的高級技術人才。現階段高職教育仍面臨課程設置滯后于產業發展、課程設計實施不合理、學生課堂參與度不高等問題。高職教育改革需要緊密貼合行業發展趨勢，不斷更新教學內容與方法，確保學生所學與企業所需無縫對接。

職業院校技能大賽作為推動技術技能人才培養質量提升、驗證教學成果及引領教育教學創新的關鍵途徑，是職業院校教育活動不可或缺的組成部分及有效拓展。它以增強職業院校學生的專業技能、涵養工匠精神為核心目標，旨在通過促進職業教育的專業建設與教學革新，全面提升教育教學質量。此賽事面向全國職業院校的師生開放，廣泛涵蓋職業院校的主要專業領域，緊密對接產業需求，成為展現國家職業教育教學水平的重要師生技能競技平臺。競賽賽題應對職業院校主要專業群，對接產業新需求、行業新標準和企業新技術，能夠提高競賽師生職業素養、動手實踐能力、規范操作程度、精細工作質量、創新創意水平、應變能力、工作組織能力和團隊合作精神。競賽賽題的高質量不僅為備賽選手提供素材也為教師教學內容提供了重要參考[1-2]。

項目式教學法是將課堂教學內容有機溶解于教學項目，將專業對接崗位的典型工作內容作為項目式教學的目標，學生角色轉換為項目執行者角色，教師轉換角色為執行輔助的教學方式[3]。項目式教學法能夠以工作崗位實際工作案例或需求為導向，提高學生的發現問題學習技能解決問題的能力，激發學生的主動學習積極性，提高學生的崗位匹配度。項目式教學能否實現預期效果很大程度上取決于項目選取以及目標設定，因此教師在項目式教學中的教學載體選擇至關重要[4]。

《產品創新設計與3D打印》是數字化設計與制造技術專業的一門專業核心課，課程定位在于培養學生的創新意識、實踐能力和技術思維，通過3D打印技術實現產品設計的快速迭代和原型制作。課程注重理論與實踐相結合，學生將親自參與設計、建模、打印等全過程，從而在實踐中提升動手能力、問題解決能力和團隊協作能力[5]。

1 賽項分析

本文選取“數字化設計與制造”賽項為研究對象，此賽項前身為“工業設計技術”，主要考察參賽選手對于高職裝備制造大類專業的核心技能與核心知識的掌握，針對工業產品及零部件進行數字化建模、計算機輔助分析、創新設計與數字化加工。賽項內容涵蓋了數字化設計、仿真分析、增材制造、數控加工等多個方面，全面考察了參賽選手的理論知識和實際操作能力。

分析近年來此賽項樣題與實際賽題可以發現：賽題都是圍繞一線企業生產的實際問題，同時引入新技術，能夠較好地反映行業內真實的痛點與難點。例如某賽題為數字化生產線的優化設計，要求選手在比賽時間內完成產線關鍵機構的數字化建模、虛擬裝配、結構優化、零件加工、配合校驗等任務。賽題為某企業為舊產線改造以實現生產數字孿生，實現工廠的全面數字化改造。樣題體現了現階段微小企業數字化轉型面臨的成本高，技術門檻高的問題，也體現了傳統工廠在數字化轉型中對掌握新技術專業人員的需求[6-7]。

作為課程項目式教學的載體，賽題的選取至關重要，在賽題選取的過程中要考慮以下幾個問題：一是賽題載體要能夠激發學生的學習興趣，項目式教學的主體是學生，合理選取的項目載體能夠使學生能夠產生濃厚的興趣進而自覺地將科學知識用于待完成的教學項目；二是賽題載體要與既定教學目標相匹配，項目式教學是在項目實施過程中讓學生獨立自主地發現問題并解決問題，在解決問題的過程中主動搜尋項目相關的理論知識與實踐技能；三是賽題載體要體現行業的新技術新標準，教學改革的目的是要為社會提供掌握新技術的專業技術人員，賽題載體的引入就是為了解決傳統項目知識點和技能點陳舊的問題；四是賽題載體的體現要難度適中，避免學生因課程工作量無法完成而產生的畏難情緒[8]。綜合以上分析，本文選取“產線夾持機構創新設計”賽題作為項目式教學載體。

2 改革路徑實踐

賽題任務可分為：“逆向建模與實物測量”“創新設計與CAE分析”“工程圖繪制與產品展示”“協同設計與質量控制”“產線運行與虛擬調試”“3D打印與產品驗證”6個子任務。“逆向建模與實物測量”需要以測繪員、三維造型師的角色采用手工測量與掃描的方式完成樣件的逆向建模與組件的虛擬裝配。“創新設計與CAE分析”需要根據前序任務的三維模型、設計資料結合產品創新設計理論完成特定零件的優化設計，并對優化后的組件進行有限元力學分析，出具分析報告。“工程圖繪制與產品展示”要求完成組件的爆炸圖，繪制產品裝配圖及傳動、安裝配合機構的二維工程圖，并編制包含創新設計、運動仿真、有限元分析等內容的創新設計報告，展示創新后的產品功能和特點。“協同設計與質量控制”要求以產品設計主管、設計人員和質量管控員的角色，完成構建完整產品設計BOM、分發相關協作任務、撰寫整體質量控制報告。“產線運行與虛擬調試”以生產調度員的角色，完成產線的生產虛擬調試。“3D打印與產品驗證”要求以增材制造技術人員的身份根據前序創新設計完成零件的打印成型，并與其他零件裝配完成產品驗證。

以上分析可以確定賽題內容貼合產品創新設計的實際工作流程，能夠適應產業發展的新需求，符合智能制造工程技術人員的崗位要求，可以作為課程教學的項目素材，重構為課程的教學項目之一。基于賽題內容的教學項目重構圍繞數字化設計與數字化制造兩大核心技能，參照項目實施的工作流程，將教學項目重構為“自動化產線的創新設計與數字化升級”，如圖1所示。在重構的教學項目中體現傳統制造業中小型企業的數字化轉型需求，在教學內容上包含了產品創新設計方法、產品設計工具的使用、產品創新平臺的搭建以及在設計完成后的樣件生產與設計方案評估。教學項目參考智能制造工程技術人員國家標準，引入智能制造裝備、生產線的設計優化等內容，通過項目的學習，學生能夠掌握產品方案設計、產品外觀設計、產品結構設計等設計需求的實現過程。

依據教學目標，構建了貫穿全過程的量化積分評價體系。依靠在線平臺數據，由在校教師引領、學生自測輔助綜合評估知識掌握情況，獲得課前基礎評價。由知識-崗位雙線并行，循序漸進開展教學任務，通過教師主導、崗位課堂雙評價、學生自評、生生互評、結合崗位考核標準同評，評判技能掌握情況，獲得精準課中過程評價。課程優秀作品借助校企合作平臺進行實用測評、試用結果反饋學校教師、綜合學生職業素養，獲得課后終結評價，課程項目教學評價體系如圖2所示。

為拓展訓練學生的自主創新設計能力，將《產品創新設計與3D打印》課程的部分開放性設計項目及課程內部分樣件制作選定在我校3D打印創客中心實訓室完成。在實訓室內學生可以相互學習相互促進，在開放課題的主動設計及樣件制作中能夠鞏固課中所學機械產品設計理論，設計技巧等理論知識，達到理論與實踐相結合的主動學習模式。

3 改革實施效果

綜合在線教學平臺統計、學生訪談及學生課程成果等方面綜合評估本課程改革后的教學實施效果。在線學習平臺顯示學生學習興趣明顯提高，在線平臺綜合參與度較改革前顯著提高，學生訪談中多數學生表示，競賽創新項目的加入讓原本枯燥的理論課程變得更有吸引力，上課過程中參與度高很有成就感。課程的課后作業與課后練習也極大地激發了學生的設計創作積極性，其中部分學生已經可以熟練完成復雜機械產品的設計，樣件制作流程。授課班級的后續課程任課教師也反映學生能夠將本課程所學的內容靈活應用在后續課程中，這也為后續畢業設計及專業實習打下了堅實的基礎。

《產品創新設計與3D打印》課程組通過融入實時更新的賽題項目，保障了課程始終能夠包含行業內的新技術與新動向，此外課程組成員還構建了豐富的項目庫，可針對不同專業方向學生選擇教學項目。可定制化的課程項目教學資源極大地擴展了課程的專業適用范圍；如針對數控技術等機械設計制造類專業可選擇偏重制造工藝與裝配工藝的教學項目；針對機電一體化等自動化類專業可選擇偏重自動控制系統零部件設計的教學項目。

課程組還將往屆畢業設計題目、來自校企合作企業的真實需求和部分課題組教師的科研項目等資源整合為學生的課后練習題目，學生將在3D打印創新實驗室完成課后練習題目的訓練與提高。3D打印創新實驗室內包括多臺FDM、SLA打印機及配套耗材和工具，為學生的課后時間操作提供了一個實踐性強的學習環境，讓他們能夠親手操作、親身體驗，將理論知識與實際操作緊密結合。在實驗室內學生可以相互學習相互促進，在開放課題的主動設計及樣件制作中能夠鞏固課中所學機械產品設計理論，設計技巧等理論知識，達到理論與實踐相結合的主動學習模式。此外，本項目在課中和課后充分利用了創新實驗室現有設備，項目投入少并且可以依據教學反饋快速更新教學內容及對應教學項目，結合信息化教學手段進行的課程教學改革，豐富了課程教學資源，提升了教師教學方法與能力。

4 結語

本課題針對《產品創新設計與3D打印》課程現存在的問題，將“數字化設計與制造”賽項精選賽題作為教學改革資料，有機融入課程項目化教學中。以項目實施過程為主線貫穿整個教學過程，通過新技術引入、新標準學習和新崗位適配三個方面的教學重構，構建了全新的教學體系，教學實施后顯著提升了學生的技術技能水平和問題解決能力。進而，課題組成員針對不同專業的知識需求，深入研究和構建了項目與專業結合教學項目庫，后期課程組將持續更新優化課程項目庫與在線教學資源。

項目基金：湖州職業技術學院2024年校級高等教育教學改革研究項目（2022xj37）。

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