基于翻转课堂的快速成型课程教学改革探索

岳桂林 丁 寅

（江苏海洋大学创新创业学院 江苏·连云港 222005）

1 当前快速成型课程存在的问题

快速成型技术起源于二十世纪末，是一种利用专业设备将可黏合材料通过逐层打印的方式来实现数字模型实体化的新型技术。[1]作为先进制造技术的重要组成部分，该技术对于企业缩短产品研发周期，促进技术创新，提高市场竞争力具有重要意义。作为江苏海洋大学各专业的必修实训课程之一，快速成型课程的目的在于通过学生自己设计创意模型，结合桌面式3D 打印机完成个人创作，从而真正实现学生创新能力和实践能力的双重提高，为培养综合型工程技术人才奠定基础。

目前该课程主要包含理论知识介绍，建模软件学习，模型打印三个模块，由于本课程完全依靠三维建模软件来获取数字模型，故上机学习建模软件在整个课程设计中所占比重较大，占总学时的75%，基础理论知识学习与打印机操作占比25%，但理论教学与实践教学课时分配差别过大导致学生实践能力提高受限。同时该课程存在学生专业跨度大导致的课堂效率不高，建模软件枯燥晦涩导致学生积极性不高等问题，这些都成为了限制教学质量提升的瓶颈，故对该课程进行改革迫在眉睫。

2 翻转课堂教学模式的必要性

通过查阅文献以及对其他院校快速成型课程改革的借鉴，发现翻转课堂作为新的教学模式受到关注。[2]该模式将学生的主要理论学习活动放在课前，学习不受内容、时间和空间的限制，实现个性化教学，对于本课程这种需要在规定的时间内理论与实践兼顾，同时需要体现学生创新能力和个性化的课程而言是一个很好的选择。[3]

（1）学习内容丰富。在目前的教学内容设计里，为了兼顾不同专业对软件的接受程度，建模软件主要进行基础模块的学习，未涉猎其复杂功能，内容浅显单一。无法满足进度较快或有一定软件操作基础同学的需求。在翻转课堂的过程中，上课前期老师会制作相应的教学视频以及提供对应的教学资源平台，方便学生在课程前期对知识进行预习，以及后期对知识进行巩固。教师可以通过教学视频和网站提供更为丰富的教学内容，针对不同专业基础的学生提供的教学资源更具有针对性，同时学生获取知识的渠道更为多样化，提高了教学网站的利用率，对于进展较快且有一定探索精神的同学，其创新能力和学习积极性将会大大提高。

（2）学习时间灵活。目前本课程为照顾零基础同学的学习需求，在建模软件的学习上投入时间长，以实训时间为四天的课程安排为例，其学习建模软件的时间安排为3天，以学习Proe各项绘图功能，从而建立属于自己的创新模型，用于第四天的打印工作。Proe 学习对于学生的部分空间想象能力具有一定要求，部分同学学习起来进展较慢，因此安排课程时间较长。但是长时间的软件学习会让学生觉得枯燥无味，对有一定绘图基础的同学造成时间上的浪费，无法更好的激发学习积极性。在翻转课堂的课程设计中，以任务为驱动，建模软件的学习安排在学生课前学习，学生可根据实际情况合理安排时间完成学习任务，学生自动掌握学习节奏，率先完成任务的同学可进行更深入的软件学习或实践训练，课堂效率得到提高。

（3）学习地点多样。目前的快速成型课程在学习建模软件时需长时间占用工程训练中心机房，却对3D 打印机室的利用率不高，既影响其他工训课程对计算机资源的共享，也对快速成型设备造成一定浪费。通过翻转课堂设计，学生的上机学习不再局限于学校机房，个人手机、电脑随时随地均可学习。上课时间主要依赖3D 打印机，减少了对机房的占用率，对工程训练中心资源的利用更加科学合理。同时由于实际操作增加，学生的动手实践能力和解决综合问题的能力得到快速提高。

图1 课堂教学模式示意图

3 快速成型课程翻转课堂教学模式构建

本课程的核心内容是将个人创意通过快速成型的方式展示出来，从而提高学生的空间想象能力、创新能力以及解决实际问题的能力，个人创意的实现既需要学习建模软件来绘制实现可视化，又需要操作3D 打印机来完成具体创作。为了让学生课前积极阅读相关资料，丰富知识储备，提高课堂上学生动手实践参与程度和效率，本课程翻转课堂设计时老师需要以学生为中心，实时掌握学生的学习需求；以打印操作为重点，有效完善课堂组织过程；以任务为导向，切实提高学生的动手实践能力和创新能力，故该快速成型课程翻转课堂教学模式构建如图1 所示。[4]

结合江苏海洋大学快速成型课程的开设对象、教学目标、课时安排等实际情况，该设计过程中需注意问题如下：

（1）教学内容深浅得当。在本课程中，翻转的内容主要为快速成型的基础知识以及建模软件的操作，尤其是建模软件操作过程，内容要深浅得当，避免过于简单，学生无法设计更能体现其创意的模型。教学内容过于深入，建模学习时间过久，则后期学生打印时间不充足，学生无法更好地掌握该操作技能。根据学生具体情况设定一定的学习任务，学生根据自身能力掌握学习节奏，在满足基本任务的基础上对有额外探索需求的同学提供更进一步的操作讲解；

（2）考核评价客观公正。新课程体系中学生需要课前设计模型和课上实践操作，需建立多维度的考核评价体系，更客观的评价学生对软件和设备的操作能力，创新能力以及实际处理问题的能力。基于此，在着重关注最终打印模型的质量以及创新性（最终实物效果）的同时，亦应关注学生在课前学习过程中的深入情况（课上交流互动质量），评判标准更具体、详实、科学。

（3）实践反馈渠道多样。融合新教学模式的快速成型课程能否达到既定教学目标，需要不断地进行探索、反馈和总结。转变教学模式容易给课堂带来新鲜与活力，短时间内易产生立竿见影的效果，但教学内容是否真的满足学生需求，教学模式是否具有可持续性、考核评价是否客观等新的问题却不可知，因此推行过程中需不断反馈总结经验。针对该课程实践效果的反馈主要是通过学生作品与原课程成型作品纵向对比、课后学生访谈以及对学生开展问卷调查来进行。

4 结语

依据上文提到的翻转课堂教学模式构建内容，本中心针对非理工类专业的快速成型课程进行了一定程度的教学改革。通过一个学期的不断探索与改进，发现将翻转课堂教学模式应用于快速成型课程对于激发学生积极性，提高课堂教学效率以及学生创新意识的激发方面取得较大突破，总结如下：

（1）提高课堂效率。通过一个学期的教学实践发现将翻转课堂教学模式应用于实践为主兼顾体现个人创新能力的快速成型课程具有较大优势，翻转课堂与快速成型课程相结合，将知识的传递做到了课前，课前自主学习使学生充分完成知识的内化，课堂中学生有更多的时间进行实践操作，提高了课堂的教学效率，保障了学生综合能力的提高。

（2）激发学生创新。教学视频里丰富的教学内容激发了学生的创新意识，师生之间的互动交流、项目式实践为学生创意的实现提供了平台，可视化的成果激起学生的成就感，这均对学生兴趣的提高大有裨益，教学成果显著。

（3）优化资源配置。翻转教学模式将原来的上机学习软件课程翻转为学生课前自主学习，将快速成型课程回归到快速成型设备的操作上来，提高了快速成型专用设备的利用率，大大缓解了中心机房资源紧张的现状。