浅谈“三维扫描与创新设计”课程开发

黄斌斌　梁艳娟　吴坚

摘  要：本文主要对“三维扫描与创新设计”课程的开发进行探讨，以笔者单位机械设计与制造专业教学标准以及该课程的课程标准为主要开发依据，在课程教学目标设计、课程教学内容设计、课程教法与学法设计这三个方面展开论述，课程开发过程体现了课程整改的最新要求，以“行动导向驱动”为主要课程教学方法，有效提升了教学效果，以“合作探究法”为主要学习手段，提高了学生的自主学习能力，为类似课程开发提供了可借鉴的宝贵实践经验。

关键词：三维扫描与创新设计;课程开发;教学内容

中图分类号：TH122;G712       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）22-0166-03

Abstract：This paper mainly discusses the development of the course of “3D Scanning and Innovative Design”. Based on the teaching standard of the mechanical design and manufacturing major and the curriculum standard of the course，it discusses the three aspects of the course teaching goal design，the course teaching content design，the course teaching method and the learning method design. The process of curriculum development reflects the latest requirements of curriculum reform. It is required to take “action oriented driving”as the main course teaching method， effectively improve the teaching effect，take “cooperative inquiry method” as the main learning method，improve the students’independent learning ability，and provide valuable practical experience for similar course development.

Keywords：3D scanning and innovative design;course development;teaching content

0  引  言

“三維扫描与创新设计”是广西工业职业技术学院机械设计与制造专业必修的一门专业课程，是在学习了“机械制图”“机械设计基础”等课程后，具备了制图、常见机械结构知识、识图、绘图能力的基础上开设的一门理实一体化课程。

该课程已开始在广西工业职业技术学院2016级机械设计与制造专业开设，目前国内尚无公开的课程教学设计和内容作为参考，但课程在专业课题体系处于关键核心地位，计划通过课程的学习能够培养学生的专业核心能力。为此，本文分别从教学目标制定、教学内容开发、教学方法和学习方法几个方面，对“三维扫描与创新设计”课程开发进行介绍。

1  教学目标的制定

1.1  课程性质

该课程承接广西工业职业技术学院机械设计与制造专业人才培养目标，开设于第三、四学期。面向3D数据工程师、3D打印造型师工作岗位，培养学生掌握面向实物样件的外观三维数据采集、数据处理、CAD模型重建与评价的基本理论与技术，建立面向机电产品的逆向工程方法论，初步掌握使用一种支持逆向工程的应用软件和硬件设备的能力，为后继“专业技能考证强化实训”课程学习打下专业课程的基础。机械设计与制造专业课程体系示意图如图1所示。

1.2  课程教学目标

通过调研、收集和整理专业建设指导委员会的建议与意见，以及相关行业、企业机械设计类岗位的能力要求，重点参考人社部3D打印造型师（四级）的考证技能要求，以及笔者单位的学情分析、教学环境和专业毕业生能力要求，制定课程教学目标。

1.2.1  知识目标

（1）掌握典型三维扫描仪分类及原理知识;

（2）掌握模型三维数据处理、模型逆向重构的流程和方法;

（3）了解产品逆向开发的基础知识。

1.2.2  能力目标

（1）具有操作光学三维扫描仪（北京三维天下WIN 3DD-M型拍照式激光扫描仪等）完成整套产品模型的数据采集能力;

（2）具有应用点云处理软件（Geomagic Wrap 2015及以上版本）对整套产品数据进行修补的能力;

（3）具有应用正向（中望3D One Plus 2.0及以上版本）与逆向软件（Geomagic Design X 2016及以上版本）进行设计具有配合要求的特殊曲面制件外形及内部结构的三维模型能力;

（4）具有应用三维软件进行组合体拆分零部件并进行创新设计的能力。

1.2.3  素质目标

（1）培养学生自我学习能力;

（2）培养学生团队协作能力;

（3）培养学生安全和文明生产意识;

（4）培养学生创新创业意识。

2  课程教学内容的制定

针对课程培养目标，课程教学内容的制定相应地围绕着“产品逆向开发，正向创新设计”这一流程进行展开，将“逆向工程”所需要的基础知识进行了归纳，理论知识内容以“必须、够用”为度，着重筛选实际典型工作任务为驱动，任务层次设计遵循高职学生的认知规律，由浅入深，层层递进，让学生易于理解和接受。因此，课程共设计开发3个教学模块，每个模块对应的若干项目任务如表1所示。

3  课程教法与学法设计

3.1  采用行动导向教学法提升课程教学效果

行动导向教学以“行动导向驱动”为主要形式，在教学过程中充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，注重对学生分析问题、解决问题能力的培养，从完成某一方面的“任务”着手，通过引导学生完成“任务”，从而实现教学目标。行动导向教学法不是指某一种具体的教学方法，而是由一系列教学方法及技术组成的，它是职业教育的主要教学方式方法。具体包括以下几个方面：

（1）对比教学法。在学生学习模块——逆向工程概述时，将传统尺规测绘技术和激光三维扫描等新技术进行对比，在对比中了解新技术、新方法的优势;

（2）现场教学法。在学生学习模块二常见生活小产品三维数据采集与数据处理时，将教室搬到院内逆向工程与3D打印实训中心，在接近真實的工作场景下，对着三维扫描仪、产品样件进行分析和讲解，化抽象为具象，加深学生认识;

（3）任务驱动和项目教学法。在学生学习模块三常见生活小产品三维CAD模型重构及创新设计时，以探索问题来引导和维持学生的学习兴趣和动机，按照任务由简到难的顺序，以真实的生活小产品设计开发为任务载体，将产品的创新开发全过程交由学生负责，学生在主动设计和动手的任务实践中，运用共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题，提高动手能力和解决实际工程问题的能力。

3.2  灵活运用合作探究提高学生自主学习能力

传统的课堂教学过于注重老师的教导，忽略了学生的探究，忽略了学生群体之间的交流，学生被动接受的成分大，主动学习的欲望不强，为此，本课程学生主要采取合作探究学习的方法，以学习小组的形式，3～5个学生组成一个任务小组，各自发挥特长，分工协作，组内各成员互相讨论，集思广益，学生在解决问题的过程中，钻研知识，提高学习质量，加深对知识的理解和印象，有效提升学生自主获取新知识、掌握新技能的效率。具体实施过程如下：

（1）创设工作情境。通过信息化手段下发工作任务。通过布置典型的生活小产品创新设计开发的项目激发学生的参与热情;

（2）资讯。学生分析产品设计要求，收集相关资料;

（3）计划。学生按照3～5人为一组，制定工作计划，并按照各自特长合理分配工作任务。

（4）决策。各小组成员团结协作，综合运用所学知识，发现原有产品的设计缺陷和改良点，有针对性地提出解决方案，通过分工完成产品的创新性开发;

（5）实施。每一个小组通过3D打印机把数字化的产品设计变为实际产品，学生在“做中学、行动中学”，加深对知识的理解，不断强化学习兴趣;

（6）检查。每组产品打印完成，教师针对产品设计要求点评设计效果，对不合格的产品设计分析产生问题的原因;

（7）评价。以注重过程性评价和结果性评价相结合的原则，采用学生自评、小组互评和教师点评等方式，评价整个工作任务过程，评价学生的合作精神、探究精神和学习效果。

4  结  论

“三维扫描与创新设计”课程教学运用了三维扫描和3D打印等新近信息化技术手段，教学内容的设计秉承了培养学生能力的原则，教法和学法的设计运用了翻转课堂的理念，实践证明能有效地提升学生的学习效果，以及运用所学知识解决实际工程问题的能力，同时促进了学生自主学习的习惯养成。“三维扫描与创新设计”课程开发符合高职教育的课程建设的要求，为国内类似课程的开发提供了可借鉴的宝贵实践经验。

参考文献：

[1] 朱丽著.如何运用教学方法 [M].上海：华东师范大学出版社，2014.

[2] 徐媛媛，吕超珍，吴耀明.《机械制造技术》课程教学改革的研究与实践 [J].装备制造技术，2012（6）：222-223.

作者简介：黄斌斌（1985-），男，汉族，广西贵港人，讲师，工程硕士，研究方向：逆向工程与3D打印技术。