《逆向设计与3D打印》

课程思政教学设计

1 课程目标

《逆向设计与3D打印》课程遵循学生的认知规律，兼顾知识掌握和应用能力的培养。所选取的产品，涵盖工艺品、工业产品和医疗领域产品。以学习能力、创新意识、实践操作培养为目标，在理论教学和实践教学结合的基础上，通过项目化教学，解决逆向设计与3D打印应用中的难点问题，实现课程与岗位实质性对接。

1.1知识目标

①了解三维扫描原理、分类、发展及应用方向；

②掌握两种类型扫描仪的操作要领、参数设置、数据合成与保存；

③掌握数据处理软件Geomagic Wrap数据处理及保存；

④掌握逆向处理软件Geomagic Design，逆向建模及保存；

⑤掌握扫描对比软件Geomagic Control生成数据对比报告；

⑥了解不同快速成型工艺的优缺点；

⑦掌握3D打印技术切片处理、支撑添加原则方法和扫描路径生成；

⑧理解3D打印技术几种典型工艺和影响3D打印技术精度的原因及分析；

⑨熟悉3D打印技术的材料及选择；

1.2技能目标

①会规范操作不同类型的扫描仪；

②能对点云数据进行分割处理，生成实体；

③会进行参数曲面和精确曲面的数模重构，会用3D打印技术进行产品设计；

④能用Geomagic Design软件进行逆向实体和曲面造型；

⑤会进行快速成型的数据处理；

⑥会操作不同的快速成型设备；

⑦会使用3D打印技术对产品进行验证、修复及改进；

⑧能对桌面型3D打印机进行维护保养。

1.3素质目标（思政元素）

①培养学生诚实守信、爱岗敬业、科学严谨的工作态度；

②激发学生的求知热情、探索精神，以及敢于创新的精神；

③培养学生精益求精、一丝不苟、追求卓越的工匠精神；

④增强规范操作意识，提升工作素养；

⑤增强学生的创新意识、效益意识和成本意识；

⑥牢固树立产品制造的质量意识；

⑦培养学生吃苦耐劳的劳动观念、勇于创新的精神和以人为本的人文关怀。

2 课程结构与内容

本课程紧密结合职业岗位、标准、大赛、科研项目及1+X职业技能等级证书考核要求，精准对接增材制造行业新规范、新技术、新工艺、新业态，对原教学内容进行了重构，现在共3个教学项目。项目一数控加工零件逆向设计与3D打印，零件已用数控机床加工完成，借此载体主要让大家了解逆向设计与3D打印的工作流程及发展趋势。项目二文物扫描修复综合实例训练是强化学生对逆向工程、快速成型技术的理解及应用能力。项目三外耳矫正器综合实例训练是将校企合作的真实医疗案例转化为教学项目，具有跨学科、跨领域特点，以此来丰富教学内容，激发学习动力，拓宽就业领域。本课程主要内容如表1所示。

表1 课程思政教学设计

项目名称

任务名称

教学要求

思政元素挖掘

（职业核心素养）

技能要求

成果展示

项目一

数控加工零件逆向设计与3D打印

任务一 逆向设计数据采集

掌握手持扫描仪操作技能及扫描软件中参数设置

数控加工零件呈现在软件中的扫描数据

牢记口诀、科学严谨、规范操作、耐心细致、团队协作

任务二 扫描数据处理

掌握扫描数据操作基本技能

数控加工零件扫描结果进行数据处理后的模型

精益求精、爱岗敬业

任务三 逆向建模

掌握逆向建模基本操作命令

建模得到的数控加工零件模型

逆向建模软件“卡脖子”问题、工匠精神

任务四 熔融沉积（FDM型）3D打印参数设置

3D打印参数设置、模拟仿真、3D打印机操作

3D打印出的数控加工零件实物作品

规范操作、文明生产、

工艺对比、创新精神

项目二

文物扫描修复综合实例训练

任务一 陶瓷文物数据采集

对文物结构选择合适标志点；并对陶瓷文物进行正确扫描

软件中显示的完整文物扫描结果

耐心细致、团队协作、国家数字化博物馆战略、文化自信、职业荣誉感

任务二 陶瓷文物数据处理

利用数据处理软件依据陶瓷文物特点进行杂点删除等命令

较为完整的陶瓷文物模型

精益求精、恪尽职守、耐心细致、追求卓越

任务三 陶瓷文物模型贴图及后处理

掌握虚拟相机映射等贴图指令，完成陶瓷文物贴图处理

外观、结构、色彩与陶瓷文物原型更接近的模型

刻苦钻研、认真负责

一丝不苟、工匠精神

任务四 金属文物数据采集

对文物结构选择合适标志点；并对金属文物进行正确扫描

软件中显示的完整金属文物

扫描结果

集体观念、团队协作

文化自信、职业荣誉感

任务五 金属文物数据处理

利用数据处理软件依据金属文物特点进行杂点删除等命令

较完整金属文物模型

精益求精、恪尽职守

耐心细致、追求卓越

任务六 金属文物模型贴图及后处理

掌握虚拟相机映射等贴图指令，完成金属文物贴图处理

外观、结构、色彩与金属文物原型更接近的模型

刻苦钻研、认真负责

文化自信、职业荣誉感

项目三

外耳矫正器综合实例训练

任务一 头部数据采集

掌握扫描仪的连接、以及对人像扫描的操作技能

扫描较完整头部数据

集体观念、团队协作

规范操作、耐心细致、

任务二 头部数据处理

熟练使用合适指令处理头部扫描数据

处理好的较为完整的头部模型

刻苦钻研、认真负责

精益求精、爱岗敬业

任务三 外耳矫正器头箍逆向建模

熟练使用样条曲线等命令

头箍模型建模

逆向建模软件“卡脖子”问题、精益求精

任务四 外耳矫正器耳部挡片逆向建模

熟练使用面片拟合等建模命令

外耳矫正器耳部挡片模型

一丝不苟、工匠精神、精益求精、追求卓越

任务五 外耳矫正器创新设计

熟练使用三维设计软件对产品结构进行创新设计

连接头箍与耳部挡片创新结构

发散思维、敢于创新、勇于创新、精益求精

任务六 外耳矫正器模型切片处理

掌握仿真软件进行切片参数设置

3D打印机能识别的执行程序代码

刻苦钻研、认真敬业

规范操作、耐心细致、

任务七 外耳矫正器3D打印

能对熔融沉积型3D打印机进行正确规范操作

3D打印外耳矫正器实物产品

规范操作、文明生产、无私奉献、追求卓越

任务八 外耳矫正器项目总结及产品评价

熟练掌握外耳矫正器逆向设计与3D打印工作流程

不同外耳矫正器产品展示及评价

以患者为本，从患者需求出发，满足功能的前提下选择舒适方便的外耳矫正器产品成型工艺

3 教学方法与手段

（1）紧扣培养目标，采用任务驱动教学方法

由于本课程是一门综合性、实践性强、覆盖面广的课程，因此在讲授和演示操作的基础上，紧扣培养目标，采用任务驱动教学方法，根据各项目特点和需要，适当配以实物或到实操场地进行现场讲解，多种教学方法并用，以提高教学效果。

教学过程中紧扣培养目标，积极改革教学方法与教学手段，将传统的单向灌输式教学方法改为结合工作任务，采用旋转木马法、启发式、提问式、座谈交流式、边讲边练、现场教学等多样化教学方法，激发学生的独立思考和创新意识，调动学生学习的积极性，使学生变被动为主动，培养学生分析问题、解决问题的能力。

课堂教学方法包括讲授法、演示法、案例法、小组讨论法、提问引导法、多媒体教学法、练习法。现场学习方法包括现场教学学生以小组的形式组成团队，采用任务驱动形式，根据具体内容采用以下教学方法：张贴版教学法、案例教学法、专题讲座、项目教学法等。

（2）以逆向设计能力培养为要旨，尽可能多的安排实践教学

以培养学生的逆向设计能力和职业素质为宗旨，设计具有职业情景的实践教学项目。构建知识与能力交互渗透、基本技能培养、职业培训和职业技能等级证书逐步递进的实践教学环节，培养学生动手能力、观察能力、技能技巧、探索精神等方面的重要功能与作用，拉近课堂理论与实际应用的距离，提高学生的综合实践能力和职业技能。

（3）综合运用信息化教学技术

该课程是一门实用性和专业性很强的专业课。在教学过程中改变传统单一的“黑板+粉笔+电子课件”教学模式，积极利用信息化组织教学，做好智能课堂学习平台和精品在线开放课的课程建设工作，利用智能课堂进行信息资源上传、讨论、在线测试，课堂活动、答疑、提问、教学互动、布置作业等，利用智慧教室的多屏互动，从而大大提高了学生的学习兴趣，有助于掌握学生学习的过程记录和大数据分析，便于课程的教学诊改，能获得良好的教学效果。

（4）校企深度融合

建立校外实训基地，并邀请有较高造诣和丰富实践经验的知名专家、高级工程技术人员来校讲学和作学术报告，传授本课程前沿性的知识，扩大学生的知识面和了解本课程学科领域发展动态，激发学生的学习欲望。

4 学生考核与评价

《逆向设计与3D打印》课程的考核与评价，依托智能课堂线上教学平台实施了全过程多维多元评价，分为知识目标考核与评价、能力目标考核与评价、素养目标考核与评价和增值评价4个部分，具体考核与评价如表3所示。

知识目标考核通过线上平台自动统计学生课前自主预习成绩、课堂表现积分及“1+X”证书样题考核成绩等完成。

能力目标考核结合项目成果及课后拓展成果，通过小组自评、组间互评、教师评价等方式完成。

素养目标考核根据教师观察、师生讨论、系统反馈、设计思路考虑等完成。

增值评价根据学生与之前项目表现对比，根据学生进步和变化等完成。

最终依据所有项目实施过程学生综合表现，按照教师设定的各项权重，统计出学生课程综合评价成绩。

表3  考核与评价成绩表

教学内容

成绩

权重

项目成绩

项目成绩权重

课程成绩考核

项目一

数控加工零件逆向设计与3D打印

知识

课堂表现积分、项目测试、课前预习成绩等

40%

100

20%

100

能力

项目成果及课后拓展成果等

40%

素养

师生讨论、教师观察、系统反馈

20%

项目二

文物扫描修复综合实例训练

知识

课堂表现积分、项目测试、课前预习成绩等

40%

100

20%

能力

项目成果及课后拓展成果等

30%

素养

师生讨论、教师观察、系统反馈

20%

增值

对比前项目学生的进步变化

10%

项目三

外耳矫正器综合实例训练

知识

课堂表现积分、项目测试、课前预习成绩等

40%

100

10%

能力

项目成果及课后拓展成果等

30%

素养

师生讨论、教师观察、系统反馈

20%

增值

对比前项目学生的进步变化

10%