工业设计3D打印课中翻转课堂的应用范文

【摘要】翻转课堂教学模式是当前教学方法与理论研究的热点之一。作者结合多年的高职工业设计实训课程教学实践，研究高职工业设计专业3D打印模型设计与制作教学翻转课堂的设计策略、开展方法和实施手段，构建“双主三段七环节”翻转课堂教学模式，打造符合实际需要的工业设计专业实践教学新模式。文章旨在解决模型设计与制作教学中存在的设备不足、实践操作时间短、设备结构及工作原理复杂难懂等问题，为教学提供新的思路。

【关键词】翻转课堂；3D打印技术；教学模式；学习资源设计

3D打印技术借助三维数字技术构造物理对象，以金属粉末或聚乳酸塑料等材料逐层打印构造目标物体，这一技术是当前增材制造技术的主要存在形态[1]。随着教育课程改革的推进，我国的工业设计专业3D打印技术教学资源开发与应用已在高等教育和职业教育等各类院校中逐步开展。

一、翻转课堂教学模式的基本概念

翻转课堂是一种新型教学模式，具体是指学生通过访问教师精心设计的在线课程进行知识的学习，在教师的线上引导下进行知识的扩充和总结，并根据事先分组，在一定范围内开展在线讨论。翻转课堂的教学模式包括线上视频教学、线下课堂教学和网络交互平台。与传统教学模式相比，翻转课堂促使学生成为教学的主体，而不再是被动的信息接收者，旨在打造以学生为中心的学习氛围。翻转课堂在我国高等教育领域的研究方兴未艾，存在一系列亟待解决的问题。就当前教学环境而言，探索一种独具设计学特色，符合高职工业设计专业教学实践的翻转课堂教学模式，可以为高职工业设计专业相关教师开展翻转课堂教学提供理论基础和实践经验。

二、基于3D打印实训室系统的翻转课堂教学设计

“双主三段七环节”翻转课堂教学模式是在罗伯特•塔尔伯特（RobertTalbert）的系统结构模型、钟晓流的太极环式翻转课堂模型以及王长江的翻转课堂教学模式等基本模型基础之上，优化发展出的一种翻转课堂教学模式[2]。它以教师为主导、学生为主体，分别从课前、课上和课后三个阶段设计教学情境，开展教学活动，呈现教与学七个不同环节。这七个环节包括教师四个（教学准备、知识传递、指导内化和教学反思）和学生三个（知识获取、知识内化和学结）。

（一）学习者分析分析对象主要是南京工业职业技术学院产品艺术设计专业的大二学生。从学生的3D打印基本知识、基础理论和设备操作基本技能等方面进行综合评价，作为后续课程设计的依据。

（二）学习内容设计对翻转课堂在产品艺术设计3D打印实训课中的应用进行教学模式设计。在此系统中，包括工业级3D打印机Z500D、准工业级3D打印机Z300、桌面级3D打印机H1、小型CNC打印机、激光雕刻机、苹果27寸一体机，22寸、10寸数位屏等常见的大型模型设计与制作仪器。综合分析往届学生在模型设计与制作中反映出的问题，以及今后学生走上工作岗位将面临的实际需要，选择既是教学难点又是教学重点，同时是实际工业设计相关工作中常用的仪器设备。

（三）学习策略设计1.小组合作学习策略基于学生的个体情况进行分组，学生对企业真实产品项目以Rhino等软件进行模型设计，通过小组成员之间对问题的讨论和探究，不断优化设计参数、完善设计，从而激发学生的创新意识。2.问题导向学习策略在“双主三段七环节”翻转课堂教学模式中，教师要设计形式多样的教学内容和学习任务单，如模型构建、外观渲染、打印条件优化等，引导学生自主学习，实现其自身知识体系的建构。3.竞争策略通过良性竞争、互助合作的形式促进学习，学生以小组团队的形式完成项目课题，每个项目推选两组最优作业，填报专利申报书并选送参加国内外设计大赛。

（四）学习资源设计1.MOOC视频针对3D打印实训课程的不同教学单元制作操作演示视频，将其作为学生学习和使用3D打印设备的指导。视频的录制遵循内容简明扼要、语言清晰易懂、画面简洁清晰的原则，使用摄像机录像和录屏软件CamtasiaStudio6.0进行制作。制作完成后，将MOOC视频资源上传到蓝墨云班课平台，以供学生在线观看、自主学习。2.学习任务单设计学习任务单通常以表单的形式呈现（表1）。学习任务单的设计遵循清晰、明确、以问题设计为核心、任务难度适中的原则。具体要求学生以高级别竞赛或企业真实项目为设计选题，在之前技术平台课和专业方向课学习的基础上，针对项目主题开展创新设计。项目任务以团队分工的形式分阶段完成，学生在课程学习中需要完成三维模型原文档、渲染图、六视图、手绘方案的电子稿、A3规格展板等作业。

（五）学习活动设计学习活动主要是以任务驱动学习、以问题导向教学。通过设计合理的教学任务和生动有趣的探索性问题，引导学生积极思考、广泛讨论，进而掌握相关理论和技能。在上述学习小组基础之上，可根据学生的学习能力、性格特征等因素，尽可能均衡地将教学班级分为若干大组，以问题为引导，将知识体系划分为不同模块，设置探究课题，让各组分工合作，共同解决问题，从而完善知识体系。

（六）学习评价设计评价内容包括认知、过程和情感态度三个方面，对学生参与互动和项目展示、答辩等情况做出评价，涵盖认知（30%）+过程（40%）+情感态度（30%）三部分（表2）。

三、3D打印实训室系统的翻转课堂教学实践分析

南京工业职业技术学院艺术设计学院工业设计教学部3D打印实训教学中心于2016年9月成立，管理并指导学生开展3D打印模型制作以及科技创新实践活动。在2017级产品艺术设计专业的模型设计与制作实训课程教学中，应用上述研究结果以及制作、编写的视频和文字资料，尝试基于翻转课堂的高职工业设计3D打印模型设计与制作实训课程教学实践应用，并对教学效果进行综合评估，根据反馈情况调整和优化翻转课堂教学方案，最终形成完善的教学方案，并加以推广。同时，以2017级展示设计专业学生作为对照组进行考查。

（一）作业效果分析3D打印模型设计与制作实训课程以竞赛或企业项目为设计主题开展项目设计，考查学生综合运用理论知识和设计技能的能力，包括设计调研和分析的能力、徒手绘制创意方案的能力，学生利用计算机制作三维模型和效果图，并通过小组合作形式完成3D打印模型作业。笔者以产品专业和展示专业的学生为研究对象进行了对比试验。前者采用翻转课堂教学法，后者作为空白对照组未采用翻转课堂教学法。试验过程中，以总体设计方案、工艺流程、效果图、模型制作四大模块设计基本评价指标。经过一学期的教学之后，对两个专业学生的成绩加以分析，结果表明：产品班得分在80分以上的人数占班级总人数的64%，展示班得分在80分以上的人数占班级总人数不到42%。同时，产品班的平均成绩明显高于展示班。上述结果初步表明，翻转课堂教学法对于学生实践操作技能的培养及提高具有一定作用。

（二）自主学习能力分析翻转课堂教学重在对学生自主学习能力的培养，要求学生通过课前访问教学网站对知识体系有初步的了解，并梳理重点和难点，通过教师引导，开展在线讨论，然后经过课上讨论及在线小组讨论等环节，对知识进一步扩充、归纳和总结。整个过程对提高学生的自主学习能力具有重要意义。笔者在学期结束阶段对学生进行问卷调查，结果显示，24%的学生认为翻转课堂教学对提高自主学习能力非常有帮助，57%的学生认为对培养分析问题、解决问题的能力比较有帮助。大部分学生认为，“双主三段七环节”翻转课堂教学有效激发了学习热情，并使自主学习能力得到显著提高。

结语

翻转课堂为高职院校工业设计专业教学实践提供了一种全新的教学模式。在南京工业职业技术学院的3D打印实训教学中，通过尝试开展翻转课堂教学，充分发挥了学生的主观能动性，激发了学生的创新精神和探索意识，帮助学生深刻理解3D打印的基本理论、掌握3D打印的基本技术。值得注意的是，翻转课堂要求教师从传统意义上知识的传授者转变为新型的学习促进者[3]，如何把握这种角色转换存在一定难度，需要教师充分理解翻转课堂的精神实质，以新观念和新思维面对翻转课堂教学的挑战。

参考文献：

[1]孙江山.3D打印教育创新：创客空间、创新实验室和STEAM[J].现代远程教育研究，2015（4）.

[2]曹晓粉.翻转课堂教学模式的设计与应用研究[D].山东师范大学，2015.

[3]吴迪，徐建山.翻转课堂模式下教师角色的转变[J].吉林工程技术师范学院学报，2017（11）.

作者：何悦菡 单位：南京工业职业技术学院艺术设计学院讲师