基于3D打印技術的工程圖學實踐環節設計

姜杉+安蔚瑾+徐健+林夢霞

摘要：3D打印技術近幾年迅猛發展，如何有效利用這項先進的技術，促進工程圖學的教學，提高學生創新和實踐能力成為目前課程改革中的重點和難點。本文探討了3D打印技術在工程圖學課程授課環節不同階段的作用，并結合新的本科生培養方案的修訂制定基于3D打印技術的實踐課程安排，力求通過3D打印實踐環節的加入提高學生空間想象與構思能力、機械產品構型設計與圖形表達能力、創新能力和綜合設計制圖能力、機械零部件精度設計初步能力。本研究對于工科高校培養創新型、能力型人才具有重要意義。

關鍵詞：3D打印;工程圖學;實踐;創新

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）19-0160-02

一、引言

近幾年3D打印技術及設備發展迅速，通過與金屬噴涂、硅膠磨具、數控加工等制造手段相結合，該項技術已成為現代零件、模型制造的有效手段，在文化創意、生物醫學、原型制造、產品創意評判等領域起著舉足輕重的作用。工程圖學課程作為一門具有啟蒙性且實踐性很強的技術基礎課，如何在該課程的教學中增強學生的創新意識，提高學生的工程素質，培養學生的綜合能力是本課程的主要目標。如何培養學生的空間想象與構思能力、機械產品構型設計與圖形表達能力、創新能力和綜合設計制圖能力、機械零部件精度設計初步能力，都是本課程的主要內容。如何將3D打印技術應用在工程圖學各個教學環節，達到課程的預定目標，是本文研究的重點。

二、基于3D打印技術的實踐環節設計

目前多數高校“工程圖學”課程均由三部分構成：畫法幾何、機械制圖和計算機輔助設計。不同階段的內容難點直接決定教師對課程內容、授課方式和實踐環節的設計。本課程就是針對本校課程安排，通過將3D打印技術引入來提高不同階段的授課效果。

1.畫法幾何學習階段。針對畫法幾何學習階段，授課重點放在截切、相貫部分。學生在本階段學習過程中對于相貫，特別是空心立體的相貫理解上有困難。往往想象不出結構內表面的相貫結構。因此，在繪制圖樣時就無從下手。為此，本研究通過將一些典型的相貫結構讓學生造型、打印出來，將實體呈現在學生面前。學生有了很好的直觀感受，做圖就簡單易行了。

2.機械制圖學習階段。制圖階段學習涉及初步的國家標準和基本零件、裝配等概念。學生逐步接觸真實的生產零件和機器概念，內容瑣碎，很容易打消學生的學習興趣。為了改變這種現狀，并結合新修訂的學生培養方案，將本課程的內容與后續設計類課程內容進行銜接過渡。設計了具有一定配合關系的零件組的實踐環節。主要通過設計一組幾個零件構成的低速滑輪裝置，并有一定的配合關系和設計要求的零件，讓學生了解設計要求和極限與配合在設計中的作用，并將所學知識運用到設計中。使學生在空間形象思維方面實現了從抽象的幾何形體向實際的機械零件轉變;在分析和解決問題方面實現了從形體分析法到構型分析法提高到零件結構分析方法的轉變。培養了從生產實際出發來進行零部件結構設計、精度設計、材料工藝設計的設計理念。這樣既將知識具體運用又提高了學生的學習興趣。

3.計算機輔助設計學習階段。計算機輔助設計階段學習，以往就是對軟件的操作學習。學生對學習的目的和意義了解不清，特別是非機械類學生認為學習沒有必要。因此，學習積極性不高，精力投入較少。本研究擬通過如：裝飾品設計、生活用具設計、人偶設計、簡單機構裝置設計等幾個有趣實驗，讓學生既掌握計算機輔助設計軟件使用又結合生活實際，提高學生的學習積極性和參與性。變被動學習為主動學習。

三、體會與思考

本文首先探索一種基于3D打印技術新的教學理念和教學模式，轉變舊的知識傳授觀，實現由“灌輸”到“體驗”的教學模式轉換。其次培養學生主動性、探究式學習習慣，營造以學生實踐為中心、自主活動為基礎的新型教學過程，大力推進教學活動由“教”向“學”再向“行”的轉變，使教學活動建立在學生自主活動、主動探索的基礎上，進而形成有利于學生自主精神、創新意識、創新能力培養的教學環境，使創新教育教學落到實處。最后通過理論知識與實踐環節的結合鞏固理論學習成果，做好本課程與后續課程銜接安排，設計與后續設計課程培養相一致的實踐環節，避免重復。在提升學生的創新能力和實踐能力方面奠定基礎。

四、結束語

因此，我們的課程教學，應該立足于新的培養理念，前瞻性地面對人才培養的全過程，從課程設計、內容安排、教學方式等方面進行改革，增強課程的吸引力，提升課程的能動力，從學生被動的“耳提面命”轉變為主動的“身體力行”，實現實踐型和創新型人才培養的目的。

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