摘 要：針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)與職業(yè)崗位技能要求提出課程改革思路。對(duì)課程原有的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行重新梳理，按照模塊化開展教學(xué)，突出項(xiàng)目引領(lǐng)和過程性考核。通過項(xiàng)目的實(shí)施達(dá)到對(duì)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)的掌控，提升學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，實(shí)踐表明，模塊化教學(xué)改革取得顯著實(shí)效。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì);模塊化;教學(xué)改革

　　工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開發(fā)方面起到重要作用，企業(yè)急需熟練掌握逆向設(shè)計(jì)技術(shù)的高技能人才，在很多職業(yè)院校中已開設(shè)專門課程，并出版相關(guān)教材。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，課堂上講了很多，學(xué)生都能接收，但在實(shí)際應(yīng)用中還是無法融會(huì)貫通，影響學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和后續(xù)就業(yè)。

　　加強(qiáng)對(duì)學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)，對(duì)課程進(jìn)行重組，以模塊化設(shè)置課程，強(qiáng)化案例教學(xué)或項(xiàng)目教學(xué)，注重以任務(wù)引領(lǐng)型案例或項(xiàng)目作業(yè)誘發(fā)學(xué)生興趣，使學(xué)生在案例分析或完成項(xiàng)目過程中掌握工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)的方法[1-3]。以學(xué)生為本，注重“教”與“學(xué)”的互動(dòng)。通過選用典型活動(dòng)項(xiàng)目，由教師提出要求或示范，組織學(xué)生進(jìn)行活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中增強(qiáng)職業(yè)意識(shí)，掌握本課程的職業(yè)能力[4-6]。

　　一、課程概況

　　工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括逆向技術(shù)的概念、三維掃描儀的操作、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理以及逆向設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，要求掌握從零件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集、模型重建到最后設(shè)計(jì)創(chuàng)新的整個(gè)過程。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解逆向設(shè)計(jì)的概念與方法，逆向造型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，熟練操作逆向建模軟件，使學(xué)生具備利用逆向造型軟件進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的能力，為后續(xù)課程設(shè)計(jì)的開展和職業(yè)能力的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在課程設(shè)置上，前導(dǎo)課程有機(jī)械制圖、零件三維建模基礎(chǔ)、工業(yè)產(chǎn)品外觀創(chuàng)新設(shè)計(jì)，后續(xù)課程有3D打印技術(shù)、逆向設(shè)計(jì)與3D打印實(shí)訓(xùn)。

　　課程專業(yè)目標(biāo)是了解正向設(shè)計(jì)與逆向設(shè)計(jì)的區(qū)別，熟悉Geomagic DesignX逆向設(shè)計(jì)軟件，掌握運(yùn)用軟件進(jìn)行產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度;具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力、分析解決問題能力、創(chuàng)新能力以及自我學(xué)習(xí)和自我發(fā)展的能力。通過大量的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，包括視頻資料、教學(xué)錄像及課件等，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的能力和實(shí)際情況，有針對(duì)性地進(jìn)行自學(xué)和超前學(xué)習(xí)，具備跟蹤專業(yè)技術(shù)發(fā)展方向，探求和更新知識(shí)的自學(xué)能力。要求學(xué)生具有較高的安全、質(zhì)量及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)以及善于與人相處、與人溝通的團(tuán)隊(duì)合作能力。

　　通過講授逆向設(shè)計(jì)概念、方法和運(yùn)用的知識(shí)，讓學(xué)生了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程、方法，認(rèn)識(shí)逆向設(shè)計(jì)概念，然后通過軟件各模塊操作命令的講解，使學(xué)生逐步了解逆向設(shè)計(jì)的基本概念和技術(shù)方法，技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，掌握面向工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)物的數(shù)字化、模型重建的設(shè)計(jì)方法與逆向建模方法，最后通過幾個(gè)實(shí)際案例的練習(xí)與鞏固，使學(xué)生初步掌握一種支持逆向設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件工具，從而實(shí)現(xiàn)能自己進(jìn)行產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)，培養(yǎng)逆向設(shè)計(jì)技術(shù)人才。

　　二、模塊化課程設(shè)計(jì)

　　2014年舉行全國(guó)職業(yè)院校技能大賽“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)以來，逆向設(shè)計(jì)的概念逐步進(jìn)入職業(yè)院校的視野，很多學(xué)校開設(shè)了工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)課程，相關(guān)教材較少，主要以自編教材為主。這門課程已由選修課程上升為先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造模塊的專業(yè)核心課程之一，但在教學(xué)上，還是傳統(tǒng)的先講指令操作，再講案例。此種做法容易造成學(xué)習(xí)時(shí)枯燥，知識(shí)技能碎片化，操作指令無法靈活應(yīng)用，難以達(dá)到教學(xué)效果。因此，重點(diǎn)解決理論與實(shí)際操作脫節(jié)的問題，將指令的講解融入具體的項(xiàng)目中，提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力[7-8]。

　　按照工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容劃分為七個(gè)模塊，模塊一為概述，重點(diǎn)介紹逆向設(shè)計(jì)的概念和應(yīng)用場(chǎng)合，吸引學(xué)習(xí)興趣。模塊二介紹掃描儀的操作與數(shù)據(jù)采集，重在掃描儀的標(biāo)定操作。模塊三講解點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，以掃描儀采集的數(shù)據(jù)為案例展開，保持學(xué)習(xí)的連貫性。模塊四和模塊五介紹逆向軟件的操作和設(shè)計(jì)過程，通過項(xiàng)目形式將知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)融入其中。模塊六突出對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度的檢測(cè)能力，符合企業(yè)崗位對(duì)技能的實(shí)際需求。從模塊二到模塊六形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，在掌握了逆向設(shè)計(jì)的操作技能后，模塊七是最后的學(xué)習(xí)成效檢驗(yàn)，通過小組的分工配合，完成一個(gè)創(chuàng)新的產(chǎn)品。

　　下面對(duì)各個(gè)模塊所涉及的基本任務(wù)、擴(kuò)展任務(wù)、目的要求、涵蓋知識(shí)點(diǎn)和學(xué)時(shí)等進(jìn)行說明。

　　1. 模塊一、逆向工程概述(4學(xué)時(shí))

　　基本任務(wù)：逆向工程的概述與應(yīng)用;逆向工程的流程及技術(shù)。

　　目的要求：知道逆向工程的概念;了解逆向工程的應(yīng)用場(chǎng)合;熟悉逆向工程的工作過程。

　　2. 模塊二、 三維掃描儀操作(6學(xué)時(shí))

　　基本任務(wù)：三維掃描儀的標(biāo)定;三維掃描儀的一體掃操作;三維掃描儀的對(duì)半掃操作。

　　目的要求：了解三維掃描儀的結(jié)構(gòu)和工作原理;熟悉三維掃描儀標(biāo)定的基本步驟;能夠獨(dú)立完成三維掃描儀標(biāo)定的過程;能夠?qū)ぜM(jìn)行正確的噴粉和貼標(biāo)志點(diǎn)操作;能夠正確采集點(diǎn)云數(shù)據(jù);知道一體掃操作和對(duì)半掃操作的區(qū)別;熟悉三維掃描儀開關(guān)機(jī)和維護(hù)的基本方法。

　　3. 模塊三、點(diǎn)云處理(10學(xué)時(shí))

　　基本任務(wù)： Wrap綜合實(shí)例1;Wrap綜合實(shí)例2。

　　擴(kuò)展任務(wù)：一體掃點(diǎn)云處理;對(duì)半掃點(diǎn)云處理。

　　目的要求：分析掃描件的基本結(jié)構(gòu)，確定點(diǎn)云處理的方法;熟悉點(diǎn)云處理的基本步驟;能夠手動(dòng)刪除點(diǎn)云周邊的雜點(diǎn);采用非連接項(xiàng)和體外弧點(diǎn)方法刪除手動(dòng)方式不易刪除的雜點(diǎn);能夠?qū)蓚€(gè)對(duì)半掃的工件合并成一個(gè)整體;將合并的整體進(jìn)一步進(jìn)行降噪處理，最后封裝完成;能夠分析封裝件中存在的不足和問題，能夠刪除封裝件釘狀物，并進(jìn)行降噪處理;應(yīng)用套索選擇刪除有缺陷的位置，并進(jìn)行填孔處理;應(yīng)用網(wǎng)格醫(yī)生分析點(diǎn)云處理的效果;根據(jù)曲面的不同曲率，采用自由曲面形狀、棱柱形(積極)和棱柱形(保守)等方式進(jìn)行降噪。

　　4. 模塊四、Geomagic DX基本操作(6學(xué)時(shí))

　　基本任務(wù)：模型重構(gòu)概述;領(lǐng)域;對(duì)齊;草圖;拉伸與旋轉(zhuǎn);放樣與掃描;編輯特征;面片擬合;曲面編輯。

　　擴(kuò)展任務(wù)：坐標(biāo)對(duì)齊的操作;曲面放樣與裁剪綜合應(yīng)用。

　　目的要求：知道模型重構(gòu)含義;了解正逆向常用軟件的功能和區(qū)別;掌握模型重構(gòu)的過程;知道基于實(shí)體特征和曲面特征的模型重構(gòu)方法;明白坐標(biāo)對(duì)齊的目的;知道通過布爾運(yùn)算創(chuàng)建實(shí)體的方法。

　　5. 模塊五、Geomagic DX綜合應(yīng)用(14學(xué)時(shí))

　　基本任務(wù)： Geomagic DX綜合實(shí)例1;Geomagic DX綜合實(shí)例2;Geomagic DX綜合實(shí)例3;Geomagic DX綜合實(shí)例4。

　　擴(kuò)展任務(wù)：歷年省賽與國(guó)賽試題的訓(xùn)練。

　　目的要求：能夠分析零件圖的基本結(jié)構(gòu)，知道零件由哪些部分組成，可以用搭積木的形式予以創(chuàng)建;能夠說出零件的繪圖步驟;熟悉曲面回轉(zhuǎn)操作生成片體的方法;能夠用曲面切割實(shí)體;掌握體偏差檢查的方法，并進(jìn)行圖形的調(diào)整。

　　6. 模塊六、建模精度分析(4學(xué)時(shí))

　　基本任務(wù)：測(cè)量模塊+精度分析模塊;Control分析軟件應(yīng)用。

　　擴(kuò)展任務(wù)：對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行精度分析并生成報(bào)表。

　　目的要求：知道測(cè)量模塊的基本功能;熟悉精度分析模塊的操作過程;掌握測(cè)量數(shù)據(jù)的分析方法。熟練操作Control分析軟件;掌握Control分析軟件的分析過程;能夠分析測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)模型的質(zhì)量。

　　7. 模塊七、實(shí)踐模塊(10學(xué)時(shí))

　　基本要求：學(xué)生分組，4個(gè)學(xué)生為一組;由小組根據(jù)實(shí)踐課程培養(yǎng)目標(biāo)和大綱要求自選題目，要求題目難度不能低于前面六個(gè)模塊的項(xiàng)目;小組討論并設(shè)計(jì)出產(chǎn)品方案;小組完成產(chǎn)品的制作與組裝;項(xiàng)目匯報(bào)，小組自評(píng)+組間互評(píng)+教師評(píng)價(jià)，確定綜合成績(jī)。

　　擴(kuò)展要求：不局限于使用三維掃描儀及其相關(guān)正、逆向設(shè)計(jì)軟件，可將3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床等相結(jié)合。

　　三、模塊化課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

　　目前，隨著信息化教育技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的課堂教育模式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代職業(yè)教育的需求。在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中強(qiáng)調(diào)：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須給予高度重視。”尤其在疫情期間要求“停課不停教、停課不停學(xué)”，保障學(xué)生學(xué)業(yè)不受疫情影響，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)資源更加凸顯其重要性和必要性。

　　有些教師對(duì)信息化教學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源建設(shè)認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為信息化教學(xué)只是把課件、教案搬到了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，缺乏信息化教學(xué)與信息傳播媒介之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在網(wǎng)上自主搜索到的教學(xué)資源是海量的，但學(xué)生初次接觸工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)課程，對(duì)逆向設(shè)計(jì)的思路和軟件使用不夠熟練，造成上網(wǎng)搜索的資料質(zhì)量不高且缺乏知識(shí)技能的系統(tǒng)性。因此，需要教師對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行整合和優(yōu)化。許多教師在傳統(tǒng)課堂講授知識(shí)的過程中，已經(jīng)積累較為豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，課堂上以教師為中心，主要通過傳統(tǒng)的課件或者教案作為課堂教學(xué)資源。教師采用交互式教學(xué)，與學(xué)生面對(duì)面地溝通，通過課堂練習(xí)或者提問來掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的理解程度[9]。這種反饋有助于教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)度。因此，有些教師認(rèn)為信息化教學(xué)無法與傳統(tǒng)課堂教學(xué)比擬，導(dǎo)致對(duì)采取信息化教學(xué)積極性不高，影響課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)質(zhì)量。在工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)中，需要抓住課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，不能僅僅將線下的教學(xué)素材放在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，這樣只是單純地堆砌大量教學(xué)資源，缺乏對(duì)資源的整合和優(yōu)化，造成學(xué)生對(duì)教學(xué)資源的吸收率不高。

　　對(duì)課程中的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行梳理，確定課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，包括易錯(cuò)點(diǎn)，拍攝制作微課視頻，掛在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。對(duì)于典型案例，根據(jù)逆向設(shè)計(jì)的過程，將軟件的操作錄制成視頻，供學(xué)生練習(xí)時(shí)使用參考。制作練習(xí)題庫(kù)，作為學(xué)生課后的作業(yè)或者課堂在線測(cè)試使用。設(shè)計(jì)課堂問卷調(diào)查，根據(jù)學(xué)生的反饋情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。將相關(guān)的微課視頻、課件和教案等資料上傳到優(yōu)慕課教學(xué)平臺(tái)，按照使用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

　　信息化教學(xué)需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，不能僅局限于信息化資源和手段的應(yīng)用，要求教師從以“教”為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生“學(xué)”為中心，教學(xué)目的要由知識(shí)獲取轉(zhuǎn)向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變[10]。這就要求對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重新整合，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)也提出更高要求。

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