专创融合的产品设计与3D打印课程改革与实践

王敬 张政梅

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。加强校企合作，让前沿技术进校园，科研成果服务于企业，形成校企共赢的协同育人生态平衡。

（二）开发新形态资源，充实线上实训教学

制造类专业技能训练高度依赖设备与资源，目前线上教育难以满足实训的要求，数字孪生技术伴随智能制造技术而生，在以后的课程改革中，可以利用数字孪生模型，实现不受地域限制的远程教学和远程实操，解决多类型生源线上教学问题。

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（作者单位：山东劳动职业技术学院）