专创融合的产品设计与3D打印课程改革与实践

摘要：产品设计与3D打印是高职机械设计与制造专业非常重要的专业核心课程，课程项目使用工业软件与增材制造设备，能够实现学生创新创意作品的数字化设计与快速制造，在培养学生专业能力的同时提升学生的创新能力，在课程实施过程中以专创融合为改革思路，重构了课程内容、转变实施方式，在理念与实践上取得了一定的效果，本文阐述了课程改革的具体内容与实践。关键词：专创融合

课程改革

创新能力课

题：本文系山东省教育科学规划创新素养专项课题一般课题“专创融合视角下智能制造技能型创新人才培养策略研究”（课题编号：2022CYB337）、“高职院校教师创新素养的职前、职后一体化培育研究”（课题编号：2022CYB322）、山东省教育科学“十四五”规划课题“产教融合背景下高职高端制造业人才培养质量提升路径研究”（课题编号：2021ZC122）的阶段性研究成果。产品设计与3D打印是机械设计与制造专业一门主要的专业核心课程，是对学生进行机械设计能力、增材制造能力训练的主干课程，对于培养学生的核心职业能力有重要作用。该课程理论性和实践性都很强，是基于实物制作的理实一体课程，是培养学生创新创业能力的良好载体，因此可以把该课程教学作为进行专创融合教育的一个重要途径。一、传统课程内容在创新能力培养的不足智能制造是建立在数字化设计基础上的，增材制造技术是快速制造的核心基础技术，3D打印在产品研发与创新设计上有几大优势：缩短生产时间、提高了材料的利用率、实现轻量化、降低成本、提高工艺、快速生产、提高精度、实现个性化定制。产品设计完成后，传至CAD/CAM系统，送到快速原型成型机，将样品模型制作出来。产品设计与3D打印在企業中是设计新产品的一个重要方法。传统的课程内容不能有效对接制造业领域新技术、新工艺、新规范，无法满足以强化能力培养的项目化教学的要求。二、专创融合的课程改革理念增材制造技术与新设计理念的加速融合，改变制造过程，重塑商业模式，以快速制造、工艺改进带动产业升级；产品设计与3D打印课程对接智能制造的前沿技术，采用新的设计理念，以智能工厂的智能装备为载体，依据CDIO模式进行教学改革，以C（构思）、D（设计）、I（制作）、O（运行）工业产品设计与制造的全流程理念序化工作任务。其总体设计思路是：以完成典型工作任务为主线，将相关的理论知识、职业素养、职业能力等融合于具体工作任务中，本课程以产品设计与3D打印基础能力、产品设计与3D打印核心职业能力、机械设计岗位职业能力的三层能力递进设计了“领域—项目—工作任务”的课程框架，课程内容包括：四大模块、六大项目，典型零件的每个项目又按照产品从测绘、数字化设计、数字化制造、虚拟装调的工作流程来设计4～8个工作任务。课程体系的设计实现了理论教学与实践教学融通合一、课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接、毕业证书与职业等级证书对接。课程内容的设计既有难度梯度，也为学生考取证书、参加比赛打下了基础。三、产品设计与3D打印课程改革实践为落实人力资源社会保障部《关于加强新职业培训工作的通知》要求，课程改革对标新职业《增材制造设备操作员》《智能制造工程技术人员》国家职业技能标准，产品设计与3D打印课程对智能工厂的检测机器人、巡检无人机、搬运机器人、自动引导小车（AVG）、自动化仓储等智能装备进行解构，重构课程内容为：智能之“眼”（视觉识别）、智能之“翼”（巡检无人机）、智能之“手”（搬运物料）、智能之“足”（物料转运）四大领域。具体的项目分别为：摄像头支架、无人机机架、无人机机翼、机械手、无人导引车的创新设计与增材制造。个性化定制、柔性化生产是智能制造的重要特色，同一条生产线可以生产、组装不同的零件，只需更换部分夹具和机械手。项目设计针对企业问题，以解决智能工厂真实问题、完成产品设计与试制为导向，依据增材制造设备操作员新职业规范，对接世界CAD机械设计赛项的标准与评价指标，把《增材制造设备操作与维护》职业技能等级标准技能点融入教学目标，提取逆向工程设计工作流程的典型工作任务序化教学内容，任务流程为：任务分析—市场调研—数据测量—模型修改—数字化设计—增材制造—打磨装配—试车验证。四、教学实施总体框架产品设计与3D打印课程的组织以“培养与调动学生学习兴趣和主动性，训练与提高学生创新思维和设计能力”为目标，针对机械设计课程长期存在的“重知识轻技能，重理论轻思维”的落后的教学理念，借鉴“翻转课堂”“项目驱动”“探究式”等先进的教学理念，借助MOOC、超星学习通、智慧课堂三个平台，设计并构建优秀的教学资源库。设计“三阶段六环节两融合一贯穿”教学组织模式，产教融合、专创融合两大融合的产学研创育人机制，引入企业真实问题，培养学生创新能力与设计能力；设置课前探学、课中启智、课后拓研“三阶段”，课前学生在学习平台进行自学与测试，课中分组合作学习，通过探新知、明任务、研方案、练技能、评结果、拓创业教与学的“六环节”，掌握重点、突破难点，课后拓学，双创导师指导，营造“个性化、主动自主、合作式”的学习氛围；将“匠心铸魂、劳动践行”两个维度的课程思政内容贯穿于教学活动之中，培养“知行合一、德技并修”的新时代智能工匠。五、产品设计与3D打印课程改革效果产品设计与3D打印课程整体教学设计打破以知识传授为主要特征的传统课程模式，将知识传授变为以完成典型工作任务为主线的学习任务，将相关的理论知识、职业素养、职业能力等融入具体的学习活动中，以学生为中心，打造金课，深入开展课堂革命，有效提升教育质量。（一）重构课程体系针对实际工作岗位重新构建课程体系，并按实际工作流程重新设计课程结构。落实职业教育国家教学标准，对接职业标准（规范）、职业技能等级标准等，基于真实工作任务、工作流程进行改革，以岗课赛证融通的理念进行课程的顶层设计。（二）重组教学内容传统学科型课程以学科知识逻辑为主线、专业理论知识为主体，针对实际工作任务需要，以职业活动为主线，以培养职业能力为本位，在教学内容中渗透家国情怀、劳动教育与创新创业教育，以“专创融合+课程思政”为宗旨，重新组织和设计教学内容，重构课程内容。（三）转变实施方式转变学科型课程主要进行知识灌输、学生被动接受、实践与理论脱节的实施方式，形成主要进行任务实施、学生主动构建、实践与理论一体化的实施方式。打破单一的教学模式、教学环境，创设尽可能与工作实境接近的教学环境，实现学校环境与工作环境、校园文化与企业文化的有机融合，按照课程改革的要求进行资源建设。在产品设计与3D打印的课程教学中利用新媒体、新技术、新评价标准，通过教学平台实现对教学实施全过程的信息采集与监控。六、产品设计与3D打印课程改革的特色（一）“专创融合”培养技能创新人才对接智能工厂真实项目，产教融合、专创融合，产学研创一体，促进了科技成果转化，使学生在基于问题导向的工作流程中培养创新能力，丰富完善了学习领域课程建设，使人才培养更贴近岗位实际，提升了专业服务社会的能力，并以此为契机推动专业与产业对接，助力传统产业升级。（二）“新标新技”加强新职业培训在逆向工程设计课程中，融入《增材制造设备操作与维护》新职业要求。通过课程的学习培训促进岗课赛证的融通合一，促进学生尽快适应职业岗位新需求，提高学生的就業能力和职业素质，以适应高端制造领域对人才的高标准高要求。七、对产品设计与3D打印课程改革的反思（一）校企深度融合，扩充企业案例库任务源于企业真实案例。企业需求是机械创新设计的起点，产业升级是专业与课程变革的动力，智能制造催生了新业态、新模式、新职业，产品设计与3D打印课程的内容将进一步跟随新技术不断更新，扩充企业案例库。加强