基于OBE理念的3D打印技术综合实训课程教学研究

李永湘 方永锋

摘 要：针对传统教学模式中学生主动性和独立思考能力差等问题，引入OBE教学理念对3D打印技术综合实训课程教学进行改革，改进了教学内容、教学设计和教学评价体系。以学生学习成果为核心标杆，细化学生能力培养要求，制定了基于OBE的课程教学目标和实训项目。将实训课程与省级3D打印比赛相结合，完善了实训流程和课程教学评价标准。以36位学生为教学对象实践了新的教学模式。研究结果表明基于OBE教学理念的教学效果要好于传统式教学模式。

关键词：OBE;3D打印技术;实训

0 引言

近年来，随着国家“双一流”建设方案的提出和新工科教育的发展[1]，基于成果导向的教育理念（Outcomes-based Education，OBE）在国内大学教育研究中越来越受到关注。OBE是一种围绕学生学习成果为核心来计划、执行、评估教学活动的教育理念。OBE教育理念源于20世纪80年代美国教育界提出的OBE教育范式，澳大利亚、加拿大、日本等国也先后提出了OBE认证标准[2]。国内部分大学对OBE进行了探索，例如东莞理工学院黄卫清等提出了将原理教学、实验教学和课程设计相结合的OBE交叉教学模式[3]。安徽工程大学凤权研究了纺织专业应用型人才培养中的OBE教学模式的结构体系设置[4]。钦州学院肖宝等用OBE理念改进了项目驱动的计算机科学与技术专业课程模块化教学评价体系[5]。然而，将OBE教育理念引入3D打印技术相关课程教学在国内还较少考虑。3D打印技术综合实训课程是机械制造及其自动化专业大专班学生的一门专业实训课，对巩固学生理论知识、锻炼学生动手能力有着重要意义。传统的教学模式中，主要根据老师指定的实训题目将学生安排到相应的实训场所进行实训，学生按照老师制定的实训流程走过场，学生独立思考得少、学习主动性差。针对传统教学模式的不足，本研究引入OBE教育理念对3D打印技术综合实训课程教学内容、教学实施计划、教学评价等进行改进、研究和实践。

1 教学设计

1.1 教学目标

根据机械制造自动化专业学生培养目标和学生能力培养要求，基于OBE教学理论设计了3D打印技术综合实训课程教学目标。

（1）使学生了解3D打印机的工作原理，相关三维建模软件、逆向工程设计软件、3D打印机控制软件的基本知识等。

（2）掌握正向三維工程设计，掌握Solidworks等至少一种三维建模软件的操作应用，具备独立完成三维模型设计和识图绘图的能力。

（3）掌握逆向工程设计，掌握三维扫描仪的操作使用和Geomagic Studio 逆向工程软件的基本操作，例如如何将三维扫描的点云数据转换为多边形，如何调整多边形数量，如何由多边形构造Nurbs曲面，如何输出3D打印机可识别的STL格式文件等。

（4）掌握3D打印机的操作使用，具备独立完成3D打印模型设计、3D打印机调试和3D打印机使用操作的能力。

（5）了解3D打印机的常见故障，掌握常见故障的处理方法。

（6）掌握工程应用文写作的基础技能，会写实训报告等。

本课程的教学目标与学生能力培养要求紧密相关，其对应关系如表1所示。

1.2 教学内容

在明确了3D打印技术综合实训课程教学目标和学生能力培养要求的基础上，基于OBE教学理念，紧密围绕学生学习成果这个核心，对实训项目做了新的探索和调整，将学生的实训课程与参加省级3D打印比赛相结合，只对总体的实训项目作指导性要求，每位学生的3D模型、作品故事、软件选择、工艺流程、3D打印机选择等皆由其自由发挥，老师对学生的进度、疑难进行解答、引导和督促。

1.3 教学计划实施

为便于学生相互交流和管理，按照学生学号依次将每6人划分为1组，共分为6组，每组选一位组长和副组长。学校工程实训中心有2台三维扫描仪、56台计算机和23台不同型号的3D打印机，可供36位学生自由选择使用。教学计划实施流程如图1所示。

2 教学效果评价

本课程以36位学生为教学对象，实施OBE教学理念的改革探索。学生的课程成绩主要由作品成绩（占50%）、考勤成绩（占20%）、提问成绩（占10%）和实训项目参与度成绩（20%）四个部分组成，参加省级3D打印大赛的同学进入决赛的可加分，在决赛中获奖的同学根据获奖等级分别加分。通过3D打印技术综合实训课程，学生基本达到了能力培养要求，53%的学生完成了所有实训项目，17位同学没有参加省级3D打印大赛，5位同学因只采用正向设计，没有参与三维扫描仪操作实训。19位同学参加了省级3D打印大赛，7位同学进入决赛，5位同学获奖。学生课程成绩分布如图2所示。学生代表作品如图3所示。

3 结束语

基于OBE教学理念的3D打印技术综合实训课程的教学改革，提高了学生的学习积极性和独立思考能力，学生的课堂学习参与度、责任心和动手能力得到提高，培养了学生的团队协作精神和组织表达能力，教师的教学责任心和培养学生的成就感也得到提高，增进了学生与老师之间的交流和感情。总体上基于OBE教学理念的教学效果要好于传统式教学模式。后续工作是进一步加强学生创新能力的培养。

参考文献：

[1]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（04）：1-4.

[2]姚静，王佩.基于OBE教学理念的项目驱动式专业课程教学设计-以《液压与气压传动》为例[J].教学研究，2017（03）：87-91.

[3]黄卫清，杨国军，李永梅等.《化工原理》课程群基于OBE的交叉教学模式探讨[J].东莞理工学院学报，2018（01）：108-111.

[4]凤权.OBE教育模式下应用型人才培养的研究[J].安徽工程大学学报，2016（03）：81-85，95.

[5]肖宝.OBE理念项目驱动法在模块化教学中的应用[J].钦州学院学报，2018（01）：67-72.