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摘要：本文以提升學生工程實踐能力為目標，以“液態成形綜合實踐課程”教學實踐為抓手，在分析了課程教學中存在的問題的基礎上，將3D打印技術引入到教學內容中，對課程教學內容、教學模式和考核方式進行了改革與創新，為高校綜合實踐類課程的改革與實踐提供參考。

關鍵詞：工程教育；綜合實踐；教學改革；3D打印

隨著我國社會經濟的高速發展，產業升級步伐加快，創新應用型、技術技能型人才需求越來越迫切，高等學校作為創新人才的培養基地與搖籃，肩負著培養創新型人才的使命。我國從2016年6月成為《華盛頓協議》的正式會員，這標志著中國高等工程教育新的質量標準體系的建立，也標志著中國培養的工程師具有了國際互認的資格。工程教育是以學生為中心、產出為導向、持續改進為動力作為其核心理念，通過反向設計教學體系以達成人才培養的目標滿足社會需求。實踐教學是教學體系中非常重要的環節，是工程教育的重要抓手，通過實踐過程讓學生結合工程實際深入理解專業知識，從而達到提高學生的創新能力、系統思維和工程實踐能力的目的，推動創新應用型人才的培養。3D打印技術，又稱為增材制造技術，是一種集成了CAD技術、數控技術、激光加工和新材料技術等現代科技成果的先進制造技術，它是以三維數字模型為基礎，利用激光束或其他能源將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末等材料分層堆積而形成實體零件。由于它是把三維制造轉化為一系列二維制造的疊加，因此可以在沒有模具和其他工具的條件下生產復雜零部件，由于具有生產效率高，制造柔性大等突出特點，在航空航天、機械裝備、汽車模具、醫療等領域有著廣泛的應用。液態成型綜合實踐課程是湖北汽車工業學院針對材料成型及控制工程專業開設的具有汽車工業背景的特色鮮明的一門實踐課程，是銜接理論知識與工程實際的重要橋梁。一般來說，實踐教學過程與工程實際結合越緊密，越有助于提升學生的工程能力，但對于教學環節而言，由于學校教學條件的特殊性，工業生產中的工藝裝備難以完全復制到教學過程中，導致工程教育教學效果不甚理想。而將3D打印技術引入教學過程中，快速制造所需的工裝，可以有效解決教學過程中所需砂型、蠟型、造型模具等資源不足的核心矛盾。經過幾年的教學探索與實踐，對教學內容、教學方法和支撐條件等進行了多方面的改革建設，取得了明顯成效。

1液態成型綜合實踐的課程定位與教學目標

根據我校材料成型及控制工程專業的畢業要求和教學頂層設計，本課程定位是一門能綜合運用已學習的專業理論知識來解決實際工程問題的實踐課程，在此過程中培養學生的系統思維能力、綜合實踐能力、工程項目管理能力。根據課程定位，為課程制定了五個課程目標，分別是：課程目標1．掌握材料成型專業的基礎知識，基本原理在實際工程中的應用，能分析項目實施的合理性及對社會環境等的影響。課程目標2．了解本專業領域的設備、工藝技術及其應用，綜合評估項目實施的經濟性和可行性，培養應用創新能力。課程目標3．使學生能利用計算手段針對工程問題，進行分析設計、模擬仿真，為工程實際提供參考。課程目標4．使學生能利用現有工程技術條件，綜合運用所學知識進行合理的方案設計，對模擬計算結果進行分析改進，并進行有效實施。課程目標5．訓練學生在項目實施過程中的團隊協助與溝通的能力。

2傳統教學過程中存在的主要問題

“液態成型綜合實踐”課程是以特定的零件為對象，通過進行單件小批量試制生產為載體開展工程實踐，在傳統教學中由于現場條件制約，所能提供的教學案例是較為簡單的零件，并非全部來源于工程實際，這就導致實踐的課題缺乏前沿性、時代性和工程背景，在實踐過程中難以建立起與時俱進的工程意識，難以提高其工程應用能力；其次，在學生在實踐過程中更多的是在指導老師的講授和示范下實施特定的成型方案，缺乏自主性和創新性，也制約了創新能力的培養；第三，由于對傳統鑄造生產環境較差的印象導致綜合實踐過程對學生吸引力不夠，急需更新穎的教學手段來提升學生學習的興趣與熱情。

3教學改革實施措施

3．1構建新的教學體系，加強工程應用背景

針對學生畢業要求和本課程所需知識結構，在原有專業課程基礎上新增了《三維測量與逆向設計》和《快速制造技術》兩門理論課程，改革前后教學環節對比如圖1所示。通過《三維測量與逆向設計》課程的學習，使學生具備傳統正向設計和新興逆向設計相結合的設計建模能力，可以將來源于工程實際的實物零件變為數模，以此為實踐課題對象，更接近生產實際，能發揮更好的教學效果。由此以來，由于課題來源的多樣性，對綜合實踐實施過程所需的工裝制作要求也隨之提高，需要有更快捷更高效的制造設備和手段，因此，進一步將3D打印技術引入教學環節，通過這一手段可以很好地解決這一難題。通過《快速制造技術》課程的學習，使學生掌握多種3D打印工藝的原理、設備、成型材料、特點等知識，從而可以在實踐過程中根據課題情況選擇合適的3D打印工藝完成工裝制造，對課題的順利進行提供了有力的保障。縱觀在整個教學體系，可以看出通過多環節訓練，將學生將所學專業知識系統關聯起來，對培養學生系統的思維能力有著重要意義。

3．2開展校企合作進行協同育人

產教融合協同育人模式是當前應用型本科高校的熱點問題，近些年很多高校對協同育人模式進行了廣泛的探索，大多是學校“走出去”合作模式，而湖北汽車工業學院在產教融合協調育人方面開辟了一個更新穎的模式，通過引進專業3D打印生產企業進入學校，共享學校和企業的軟硬件資源，在校內共建實踐基地和研發中心，形成“引進來”合作模式，主動擁抱先進生產力，開展協同育人。在3D打印課程學習過程中，充分利用實踐基地的條件，邀請企業技術人員為學生講解工程案例、演示講解各種成形設備工作原理與成形過程、學生親自參與生產等環節，通過現場教學讓學生直觀學習各種3D打印工藝的特點、區別與應用場景，為在液態成形綜合實踐課題實施過程中選擇合理的成形方案奠定基礎，同時也拓展了專業視野。

3．3進行實驗室建設

實驗室是教學過程中的重要場所，是保障人才培養質量的必備條件，實驗室建設是專業建設的重要組成部分。為了使學生在學習過程中有更多的實踐和鍛煉機會，湖北汽車工業學院建設成立了三維測量實驗室、3D打印實驗室，配置了固定式三維掃描儀、手持式三維掃描儀、熔融沉積成型3D打印機、選擇性激光燒結3D打印機、激光工程凈成形系統等國內先進的測量、分析和打印設備，并對學生完全開放，不僅滿足了日常學習和學科競賽中的需要，還能在液態成型綜合實踐課程中快速制作出所需的造型模樣、精鑄蠟模和砂型砂芯等，很好滿足了課題開展的需求。

3．4建立以學生為中心的教學模式

在教學過程中為了充分調動學生參與學習的積極性，教學模式采用任務驅動的形式，充分發揮學生的創造性和自主性，首先拋出要研究的問題，告知學生需要成型的零件、相關技術要求以及現有的實踐條件，在獲取到零件數模的基礎上，讓每位學生根據其結構特點自主進行成型方案初定；然后小組內比較分析討論每個成形工藝的優缺點，結合CAE分析結果，選擇出最佳成形方案，進行方案的細化，設計出所需的造型模具數模、蠟型數模或砂型數模；最后使用3D打印設備打印出所需的造型模具、蠟型或鑄型等進行造型，造型后熔煉合金進行澆注，取得鑄件后對其進行分析評價。在此過程中，一方面，指導老師通過總體指導和分散點對點指導，幫助學生優化方案設計，而學生通過鞏固復習、自主學習和互相討論方法進行學習，建立起以學生為中心，主動學習為主，老師指導為輔的教學模式，提高了學生學習的主動性；另一方面，通過與生產實際和先進制造結合的逆向設計與3D打印技術，“舊瓶裝新酒”提升了學習興趣，同時還增強了團隊協作和動手能力，顯著提高了學習效果。

3．5健全多元考核機制

以前本課程的成績評價的主要依據是綜合實踐報告，對實踐過程考查力度不足，使得學生實踐過程積極性不高，報告雷同嚴重。通過構建新的評價體系，加強過程考核，提高過程考核成績和答辯成績的權重，引導學生重視實踐過程，提高參與學習的積極性。

4教學改革的效果

教學效果得到學生的認可。教學改革后，新增的逆向建模和3D打印相關的內容極大地吸引了學生的學習興趣，激發了學生的創新能力，有效促進了綜合實踐課程的學習，學生獲得感顯著增強，近幾年學生對本課程滿意度均在95分以上。教學方式得到專家認可。中國工程教育專業認證協會于2019年11月對材料成型及控制工程專業進行了進校考察，考察期間，本課程被選作我校特色專業課程向專家組匯報教學模式和教學內容，獲得專家組一致好評。畢業學生得到企業認可。近些年我院本專業畢業生到工作單位后，企業普遍反映學生“上手快、留得住、用得上”，能迅速投入生產中，成長為企業的技術骨干，說明本專業學生的專業技術和能力得到了企業的認可，這與本課程緊密聯系工程應用的教學模式密不可分。

5結語

本課程通過引入3D打印技術，將教學內容、教學模式和課程考核方式進行了大幅度的改革與實踐，克服了傳統教學中的不利條件，強化了教學與工程實際之間的聯系，強化了學生創新應用能力培養，同時，大力進行實驗室建設，積極開展校企聯合協助育人，“引企入校”共建實踐基地和研發中心，開辟了協作育人新模式，這些措施對更好地達成我校材料成型及控制工程專業所要求的“工程實踐與創新能力強、綜合素質高，能夠從事材料成形工藝工裝的設計與制造、試驗研究和生產管理的應用型創新高級工程技術人才”培養目標具有重要的積極作用。本課程的相關改革方法和模式也可以借鑒到其他課程的教學中去，具有一定參考價值和推廣意義。

參考文獻

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作者:楊偉 劉建永 單位:湖北汽車工業學院材料科學與工程學院