增材制造技术专业逆向工程与3D 打印技术课程标准研究

贾晓丽，刘璇，陈建平

（佛山职业技术学院，广东佛山 528137）

随着我国3D打印和逆向工程等技术的发展，企业对增材制造专业技术人才的需求也随之不断增大，在高校增材制造技术专业建设和人才培养成为一项重要任务。其中，开设3D打印、逆向工程方面的课程成为了高校适应社会发展、调整人才培养方法的重要体现。逆向工程和3D打印的相关课程是增材制造专业的主要内容[1]。目前，我国的增材制造专业课程标准开发与制定存在着一定问题，起步晚、课程设计不合理、标准制定不科学等因素严重影响了专业的发展，限制了教学质量的提高，不利于学生的全面培养。

一、增材制造专业概述

（一）增材制造技术定义

增材制造技术是通过结合软件与数控系统，以数字模型文件作为制造的基础条件。该技术利用专用材料通过挤压、熔融、喷射等方式，进行逐层堆积，并根据要求制造出实体物品。这是当前各国探索新型制造技术的主要方向。增材制造技术，通常被称为3D打印技术，对传统的加工工艺、工厂生产模式、产业链组成造成了冲击，实现了制造技术的创新，是具有颠覆性和创造性的技术。增材制造技术的出现催生了社会对新工作岗位和新型高素质人才的需求。因此，高校必须加强对此项技术的探索，加快相关课程标准的制定和教学体系的建设，以进一步适应制造业转型升级和优化发展对高层次人才的需求。

（二）逆向工程技术

逆向工程技术是一种对目标产品进行逆向分析和研究的方法，旨在通过科学演绎对产品进行重构，从而得出其主要的组织结构、特性、技术规范和相关处理流程等要素，进而制造出功能相近或特性相近却又不完全相同的产品。在增材制造专业中，逆向工程技术主要通过逆向建模实施，利用三维扫描仪对物体的整体结构进行细致测量，得出相应的物体特性，据此数据在计算机上通过软件实现其CAD实体模型的重建，最后根据建模结果利用3D打印技术，即增材制造进行产品的制造[2]。

二、增材制造技术专业完善课程标准的意义

（一）深化复合型技术人才培养模式改革

加强增材制造技术专业逆向工程与3D打印技术的课程建设，完善相关课程标准，有助于夯实学生可持续发展基础，推动专业的发展。国务院印发《国家职业教育改革实施方案》等相关文件明确规定，要在职业院校、应用型本科高校启动“1+X”证书制度试点工作，鼓励职业院校学生在获得学历证书的同时，积极获得各类职业技能等级证书。对于增材制造专业的应用型人才培养而言，获得学历证书是培养高素质复合型技术技能人才的必要条件。对于学习增材制造专业的学生来说，增材制造技术专业的职业技能等级证书是体现学生对该专业技能水平的重要依据，综合反映了企业需求和学生自身综合素质发展所需要的必要能力。这是深化复合型增材制造专业技术人才培养模式改革，是推动专业发展的重要助力[3]。

（二）满足增材制造技术人才培养的需求

加快增材制造专业逆向工程与3D打印技术相关课程标准的建设，有利于完善教学体系，推动“1+X”证书制度试点，成功地改进了职业院校的人才培养工作。高职院校在此基础上，科学地将“1+X”职业技能等级证书与增材制造技术的专业教学内容相融合，以证书为基础，完善了增材制造技术专业相关教育教学标准体系，落实了专业的教学计划，满足了专业人才培养的需求，实现了培养目标与课程标准的统一。同时，高职院校针对增材制造专业中逆向工程技术与3D打印技术的课程标准制定，提高了增材制造技术专业的教学效果，提升了人才培养的质量。这也助推了课程标准与职业资格考试的结合，实现了增材制造技术专业人才与岗位的对接，推动了增材制造技术专业建设和发展。

三、研究内容

增材制造技术专业的课程标准设计以“1+X”职业等级证书的能力要求为目标，通过对3D打印和逆向工程课程的相关内容、教学模式、教学活动等环节进行设计，重构人才培养的模式。高职院校建立了以校企合作为基础的人才培养课程标准，并对增材制造技术专业人才课程进行重新定位，确定了产业和企业对人才岗位的要求，还建立了以学生为主体的学习和评价标准，嵌入了中级职业技能标准，以增材制造技术模型设计和应用为主要内容，科学地开展教学活动。同时，教师在教学过程中出现的问题会被及时解决，不断优化课程标准，帮助学生掌握3D打印技术和逆向工程技术的相关岗位技术要求，并考取相应的技能证书。这样的做法实现了学生能力培养与岗位需求的统一、职业技能证书与学历证书的衔接，满足了增材制造技术专业对人才培养的需求[4]。

四、课程标准制定的主要目标

（一）落实学生的主体地位

增材制造专业逆向工程与3D打印技术课程标准的研究必须坚持以学生为中心的原则，将学生学习增材制造相关技术内容作为方法，实现学生自主探究3D打印与逆向工程技术应用的目标。高职院校以课堂教学活动为基础，快速有效地建立增材制造专业学生学习评价体系。目的是让学生在自主探究学习中，掌握逆向工程的建模方法和3D打印技术的实际应用方法，激发学生的积极性，使学生成为学习的主导者。

（二）实现职业技能证书与课程内容的对接

高职院校将增材制造技术专业的主要课程内容融入职业技能证书的标准中，科学地推动职业教育活动与产业发展的融合，将“产—学—研”一体化的教学模式融入增材制造技术专业课程标准的制定中，有力推动职业教育与产业发展的融合，推动学历证书、职业证书和实践能力的有效对接。

（三）深化“校企对接、实岗培养”人才的培养模式

在增材制造技术专业课程的制定中，高职院校要将产业的行业规范、企业的发展方向、职业标准与专业教学内容相结合，将3D打印技术和逆向工程技术与企业的真实需求相结合，根据企业岗位的设置和对人才的需求，制定科学、合理的人才培养模式。这种做法深化了校企对接，以实岗培养为人才培养的方向，将教学环节嵌入产业发展中，推动教学质量的提升，实现人才培养模式的科学化。

五、逆向工程与3D 打印技术课程标准制定的思路

逆向工程与3D打印技术的课程标准制定应以“校企双链，双证融通”为核心导向，以“1+X”证书制度考核目标为导向，分析当前逆向工程与3D打印技术的人才培养标准，确保其与岗位要求相符合。高职院校引入成果教育的教学理念（Outcome based education，简称OBE），将逆向工程和3D打印技术基础知识、能力培养、职业素质提升三方面作为教学的核心目标，并针对课程标准定位、学习目标（成果）展示、学习内容拓展、教学活动组织、课堂教学效果提升、师生共同成果评价与教学资源丰富等方面进行深入研究，找到符合当前增材制造技术专业的课程标准确定方法。

（一）根据岗位需求确定课程定位

在增材制造技术专业的课程标准制定中，首先，高职院校需要对课程进行定位。逆向工程与3D打印技术是增材制造技术中具有较强技能性和实践性的专业核心课程。课程的内容主要面向增材制造模型设计领域的三维建模、产品设计、产品制造、3D打印服务等领域。高职院校根据企业的岗位需求，结合职业技能证书标准，合理规划最终学习成果，精准设计教学内容，并进行系统的理论讲授和教学实操。学生了解并掌握3D打印先进制造技术方法与技巧，能够灵活运用快速成型技术结合企业实际项目。高职院校以企业真实商业化运营流程作为参考，帮助学生设计出合理、规范、符合市场的快速成型产品，充分体现产教融合、校企合作的教学特色。

其次，在逆向工程和3D打印技术的课程思政方面，学校应通过介绍增材制造技术的先进性及重要性，让学生了解产业发展的脉络，理解自身学习对国家发展的重要性，增强学生的责任感和使命感。教师应在逆向工程技术的三维模型重构模块中，积极引入创新的教学理念，引导学生树立自主创新意识，培养学生的创新思维。最后，高职院校在学习成果评价中融入职业道德、能力、品质的要求，有效、科学、循序渐进地培养学生的职业精神和专业技能，将工匠精神作为主线贯穿整个教学过程，培养学生严谨求实、一丝不苟的工作作风，推动增材制造专业教学的发展。

（二）增材制造技术专业逆向工程与3D 打印技术的课程标准设计

1.以职业岗位的需求确定课程目标

增材制造技术专业逆向工程与3D打印技术的课程标准设计需要针对课程目标进行确定。高职院校从岗位需求的角度出发，采用OBE的教学理念。OBE教学是一种以教学成果为主要目标的教学理念，该方法以学生为主，立足于学生的学习实际需求，采用逆向思维的方式设计课程体系。在制定增材制造技术专业逆向工程与3D打印技术课程标准中，课程目标的确定应以企业的岗位需求为基础，将学生的学习成果进行综合管理。制定教学的目标时，高职院校紧扣“1+X”增材制造模型设计职业技能等级证书能力要求，制定逆向工程与3D打印技术课程教学的成果目标。按照高职毕业生职业技能要求，高职院校对增材制造模型设计专业学生的职业技能提出符合职业中级标准的要求，并依据学习成果导向的教学理念，通过分析职业技能证书标准要求和岗位能力需求，确定逆向工程与3D打印技术课程目标。

2.基于OBE理念科学设计学习内容

增材制造技术专业逆向工程与3D打印技术课程标准设计应基于OBE的教学理念，科学地设计学习内容。相关课程的教师在制定学习内容时，应确保其与学习成果直接对应。高职院校利用反向设计的方法，针对学生的学习成果将学生的基础知识掌握程度进行不同模块的分解，并融合不同模块的知识，重构教学内容。高职院校选择在企业生产中比较具有代表性的岗位，将具体的工作任务与知识模块进行结合。例如，学生在掌握并利用扫描仪对产品进行数据采集和优化处理的学习中，首先，调试投影仪装置，按照扫描的需要对被测物体的光栅反射效果进行喷色处理，贴上标记以便进行空间定位。其次，学生进行不同角度下的数据扫描并对接，打开扫描软件进行标定板数据采集。最后，学生进行扫描，通过旋转测量的方法获得完整、科学的点云数据。在点云处理的工作中，学生选择点云进行处理，进行着色和去噪，针对处理结果进行修补，编辑并处理附加特征和其他因素，修改相关参数，最终完成扫描、数据采集、重构等工作。

3.以学生为中心，创新教学方式，完善评价模式

逆向工程与3D打印技术课程的实践性较强，与工作岗位密切相关。在教学实施中，高职院校可以采用校企合作“双导师”制度，开展校内教师与企业导师分模块、分步骤的教学和培训，让学生走进企业、走进实际生产，实现理论与实践的有效结合。在逆向工程与3D打印技术课程中，教师通过任务考核对学生的学习过程进行分析，从学习进度和职业技能掌握等多角度综合考核每一位学生，最终形成学生学习成果的评估。

（三）丰富形式多样的“互联网+”教学资源

在增材制造技术专业逆向工程与3D打印技术课程标准的设计中，教师可以利用丰富的互联网资源，充实教学内容，通过微课、短视频、教学动画等方法，制作教学视频，借助网络课程学习平台，构建在线学习的新模式，让学生通过在线学习平台可以在课下学习增材制造技术的相关课程内容。教师可以通过布置在线作业和考试等方式，跟踪和评价学生的学习效果，实现线上、线下的混合教学模式，并在此过程中不断丰富教学资源库，推动增材制造技术专业逆向工程与3D打印技术课程标准的制定。

六、结束语

本文针对增材制造专业中逆向工程和3D打印技术的相关课程定位、标准设计与制定、课程资源丰富进行了研究，将逆向工程技术与3D技术进行了结合，探索了增材制造专业的课程标准制定方法，突出了课程标准建设的特点，加强了对增材制造技术专业人才培养的关注，建立了具有系统化的教学模式，以满足企业的岗位要求，提高增材制造专业人才的整体素质。