基于創新創業的項目式教學改革與設計
——以《3D打印技術》為例

何 寅

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

0 引 言

《3D打印技術》課程是學習3D打印技術的核心專業課。在學生了解3D打印概述理論基礎上，掌握3D測量設備操作、逆向設計軟件和三維繪圖軟件后，有意向從事3D打印技術相關行業的學生可以通過理實一體化教學掌握設備的規范操作，了解技術的應用領域和就業方向。同時，針對“機械創新設計大賽”“互聯網+大學生創新創業比賽”“逆向設計與3D打印”等賽項，《3D打印技術》課程能夠幫助學生針對賽項內容進行提前演練，做好備賽工作。

1 教學改革

1.1 教學內容制定

課程教學目標、教學內容和項目載體的設計既要充分考慮增材制造行業發展、3D打印技術崗位要求，也要立足學校現有的實訓條件。武漢船舶職業技術學院通過組織企業調研、回訪畢業生的就業情況，了解3D打印技術的應用行業及其對應的職業行為、高職生的就業崗位及能力需求，則就業崗位和職業行為分析結果如表1所示。其中，模型處理分為模型前處理和模型后處理[1-2]。模型前處理主要負責對三維產品圖的檢查、修復和優化，對產品掃描數據的逆向 設計和建模，直到獲得最佳打印效果；模型后處理主要負責對已經打印好的模型進行去除支撐、表面打磨、組裝以及上色等處理，以滿足交付要求。

表1 就業崗位和職業行為分析

1.2 學習目標

根據就業崗位、職業行為分析制定教學內容，立足學校現有的設備，設定教學目標包括知識目標、技能目標和態度目標三方面[3]，分別如表2、表3和表4所示。

表2 知識目標

表3 技能目標

表4 態度目標

2 教學設計

項目情境設計6個主題、1個拓展，從激發學習興趣、掌握工藝流程和規范操作開始，循序漸進，由易到難。項目情境涵蓋貼近生活的手機支架、生動的立體照片、流行的二維碼、逆向設計與打印省賽模擬演練、“大學生互聯網+創新創意比賽”產品創意設計模擬演練以及專業汽車零部件，全方位讓學生理解3D打印技術在日常生活、競賽和工業領域的實際應用。

項目情境描述如表5所示。

拓展項目向學生介紹學校現有相關設備的3種工藝的成型原理和應用領域，通過優秀畢業生講座讓學生了解3D打印在醫療、汽車等具體行業的實際應用情況。

項目1為打印手機支架。采用模擬定制制造運營模式，讓學生自行設計一款手機支架，完成模型設計、切片分層、模型擺放和3D打印等一系列工序。要求學生掌握規范操作FDM工藝3D打印機的流程，了解定制制造的過程。該情境通過讓學生打印屬于自己的手機支架，激發學生的學習興趣。

項目2為立體照片的打印。要求學生課上選擇一張有意義的照片，處理成可進行3D打印的模型。設置好切片參數后，操作Polyjet工藝3D打印機完成立體照片的打印。該項目可面向全校進行立體照片定制打印。

通過完成項目1和項目2，學生可初步掌握FDM工藝3D打印機和Polyjet工藝3D打印機的規范操作流程[4]。從項目3開始難度增大，模型處理內容增多，將進一步提升學生實操中處理問題的能力。

表5 項目情境描述

項目3為打印立體二維碼。由于二維碼圖形復雜且包含細小的結構，實操過程中學生需要掌握設備能夠打印的最小尺寸，才能保證打印后二維碼能夠被識別，同時還要具備雙色打印和打印過程中更換材料的技能。

項目4為逆向復制模型打印。該項目基于“三維測量與逆向設計”賽項，要求學生完成產品掃描、數據處理、模型切片、復制打印和精度檢驗等內容[5]。該項目包括對前期課程學習的總結和設備操作技能的鞏固。

項目5為創意設計產品打印，是基于“互聯網+大學生創新創業”賽項，學生以小組形式，自定主題進行一次天馬行空的創意設計，并用打印機實現。

項目6為專業實訓，根據上課學生的專業不同，要求學生打印一件與自己專業相關的零件。

項目4到項目6，要求學生在實操過程中掌握模型的優化設計、打印參數的優化設置以及常見簡單故障的處理。

3 結 論

目前，3D打印技術應用領域越來越廣，包括食品、時尚、建筑、模具、汽車、藝術設計、珠寶設計、生物醫療以及航空航天等行業。《3D打印技術》課程作為總結性和實踐性的課程，能夠讓學生將電腦屏幕上的三維模型快速轉為實物，驗證產品的尺寸、形狀、結構和裝配。設計的教學項目涉及創新創業項目、學科競賽項目以及逆向設計項目，并與學生其他專業課程相結合，如機械制圖、模具設計、機械原理以及夾具設計等，讓學生在實踐中更好地加深理論理解，拓展創新思維，更好地理解3D打印行業發展和崗位技能要求以及與傳統制造行業的結合點。