3D打印在高職教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究

李升 顏志勇 李思思 向國(guó)平

摘 要：個(gè)性化的大規(guī)模生產(chǎn)制造借助于3D打印技術(shù)發(fā)展而成為可能，這就帶來(lái)了全球制造業(yè)重大變革，高職教育中引進(jìn)3D打印是適應(yīng)新形勢(shì)下高職教育的必然要求，教學(xué)中融合3D打印技術(shù)，在教學(xué)實(shí)踐中，把3D打印與教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，提高高職學(xué)生的科技素養(yǎng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：3D打印；教學(xué)設(shè)計(jì)；高職

3D打印技術(shù)，實(shí)際上是利用增材快速成型系統(tǒng)，簡(jiǎn)易的建模及切片軟件，打印實(shí)體的三維過(guò)程，把書(shū)本中的二維信息轉(zhuǎn)化成三維實(shí)體，并可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的要求，設(shè)計(jì)個(gè)性化教學(xué)模型，使得學(xué)生獲得了一種新的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)方式，3D打印技術(shù)引進(jìn)校園、引進(jìn)課堂，既拓寬了學(xué)生的邏輯思維，又很大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的專業(yè)興趣[ 1 ]。

基于“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)3D打印技術(shù)讓高職學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程中深度體驗(yàn)，以來(lái)提高高職學(xué)生的創(chuàng)造性思維及跨學(xué)科思維，在此過(guò)程中也鍛煉了高職學(xué)生的動(dòng)手能力。

學(xué)建筑專業(yè)的學(xué)生可以利用3D打印機(jī)打印出模型[ 2 ]，生物專業(yè)的學(xué)生可以打印出來(lái)一些重要的器官或者組織，便于學(xué)習(xí)或者討論，化學(xué)系的學(xué)生可以打印分子或者原子模型，以便于更好的理解分子或者原子結(jié)構(gòu)，天文學(xué)的學(xué)生可以打印出小行星的微縮模型，并通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐來(lái)探索小行星規(guī)律，甚至營(yíng)銷(xiāo)專業(yè)的學(xué)生可以打印出營(yíng)銷(xiāo)模型，便于進(jìn)行營(yíng)銷(xiāo)實(shí)訓(xùn)。

3D打印使得設(shè)計(jì)技術(shù)盡顯巧思，把抽象的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成具體是實(shí)物，課后高職學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣高漲、綜合素質(zhì)提高、創(chuàng)新思維活躍，這正是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容，但是，鑒于3D軟件利用水平及3D設(shè)備操作能力，著手去策劃這一系列的教育活動(dòng)，能帶來(lái)的不僅是對(duì)3D打印技術(shù)的了解和學(xué)習(xí)，或許能改變我國(guó)傳統(tǒng)的教育模式，加快素質(zhì)教育改革的步伐。

2015年，北美麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系學(xué)生利用 3D 打印機(jī)制作模型實(shí)物，把抽象的創(chuàng)新思維轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)物，加快項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)程，普及了科研與創(chuàng)新活動(dòng)，更開(kāi)拓了一種自主創(chuàng)業(yè)方式；重慶郵電大學(xué)大力引進(jìn)3D打印教師，山東圣天通用航空研究發(fā)展中心3D打印航空模型、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院、深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院等將3D打印技術(shù)應(yīng)用于教育中，并具體地概括或研究了3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用及已經(jīng)取得的成果[ 3 ]。

在教育改革更加注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)及自主探究的素質(zhì)教育過(guò)程中，3D打印在這一理念在教育教學(xué)中的貫穿實(shí)施，將會(huì)起到事半功倍的作用。高職學(xué)生利用3D打印可以創(chuàng)新創(chuàng)意未來(lái)，在北美的萊姆斯通職業(yè)技術(shù)中心，高職學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模，學(xué)生使用3D打印機(jī)的熟練程度比較高，高職學(xué)生可以方便地打印模型并進(jìn)行一些相關(guān)的研討活動(dòng)；臺(tái)灣云林縣數(shù)學(xué)老師陳宗義利用3D打印制作的教具，將難解的數(shù)學(xué)模型三維實(shí)體化，幾十元的打印實(shí)體教材給課堂上的學(xué)生創(chuàng)造了驚喜與收獲，極大促進(jìn)了學(xué)生的理論知識(shí)的理解能力，克服了教學(xué)難點(diǎn)的講解問(wèn)題。

在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中，利用自行設(shè)計(jì)制造的3D打印機(jī)打印的的雪花、斜齒輪等物品極易吸引學(xué)生的注意力，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求進(jìn)行打印等設(shè)計(jì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，不僅展示了現(xiàn)代科技的無(wú)窮魅力，也增加了學(xué)生對(duì)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)、制作3D打印機(jī)的渴望：根據(jù)需要把3D打印機(jī)傳動(dòng)鏈由帶輪傳動(dòng)改為滾珠絲桿傳動(dòng)，加強(qiáng)了高職學(xué)生對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程知識(shí)點(diǎn)的理解深度，在3D打印機(jī)主控電路板上擴(kuò)展限位器模塊，加深了電工電子類課程的理解程度，高職學(xué)生不僅在3D打印模型中夯實(shí)專業(yè)技能，在制作3D打印機(jī)技術(shù)上，也充分學(xué)習(xí)光、電、材料、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)、軟件等學(xué)科，在個(gè)性化的創(chuàng)新活動(dòng)中夯實(shí)了專業(yè)技術(shù)和技能。

教師學(xué)習(xí)和研究3D打印技術(shù)并將其運(yùn)用在通用技術(shù)課程的教學(xué)中的理念本身就是一種創(chuàng)新，在公共課中，授課教師利用3D技術(shù)進(jìn)行教學(xué)是一種教學(xué)方式的創(chuàng)新，利用三維設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣幫助學(xué)生掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)是一種新的學(xué)習(xí)方式，但是，教師完成完成3D打印技術(shù)和教學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)合需要三個(gè)階段：

第一階段：研究和學(xué)習(xí)3D打印理論，并訪問(wèn)相關(guān)3D打印論壇，學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)的3D理論；

第二階段：對(duì)教材知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行必要的歸納，整理出能夠支持3D打印的重點(diǎn)內(nèi)容和講解的重點(diǎn)、難點(diǎn)；

第三階段：以3D打印案例的形式，編寫(xiě)相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)、課程標(biāo)準(zhǔn)及授課計(jì)劃，以案例的形式，進(jìn)行成果總結(jié)。

3D打印教學(xué)可以克服枯燥無(wú)味的課堂教學(xué)，打印過(guò)程可視化，操作過(guò)程并不是很復(fù)雜，具有很強(qiáng)的誘惑力，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行3D打印可感觸的三維模型，在觸覺(jué)學(xué)習(xí)中，通過(guò)3D打印式進(jìn)行教學(xué)，不僅克服了學(xué)生上課聽(tīng)不進(jìn)去的現(xiàn)象，還以強(qiáng)有力的視覺(jué)效果讓學(xué)生感覺(jué)課堂生動(dòng)形象，在這樣的真實(shí)環(huán)境中，體驗(yàn)式學(xué)習(xí)知識(shí)，讓學(xué)生牢牢的把握住知識(shí)點(diǎn)，很難遺忘，學(xué)校開(kāi)設(shè)集設(shè)計(jì)和3D打印于一體的“邊學(xué)邊做”的課程[ 4 ]，把課堂的許多抽象概念，比如機(jī)械設(shè)計(jì)類課程中的變位齒輪、基圓、漸開(kāi)線等打印出來(lái)，變成有趣有味的課程，3D打印機(jī)將激發(fā)新一代高職學(xué)生投身化學(xué)、物理、設(shè)計(jì)、工程類專業(yè)中，從而加快高職學(xué)生向職業(yè)化的設(shè)計(jì)師、工程師轉(zhuǎn)變，繼而促進(jìn)了高職學(xué)校培養(yǎng)方式的轉(zhuǎn)變。高職學(xué)生可以在電腦面前完成設(shè)計(jì)，然后通過(guò)3D打印機(jī)完成制作，讓虛擬世界的創(chuàng)作與現(xiàn)實(shí)世界的制作實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入側(cè)重于職業(yè)能力培養(yǎng)的高職教育中將是趨勢(shì)所在。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方月娥，肖雄亮.3D打印技術(shù)對(duì)高職教育的影響研究[J].新課程學(xué)習(xí)，2014（4）.

[2] 王子明，劉瑋.3D打印技術(shù)及其在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].混凝土建筑，2015（1）.

[3] 劉翠，胡小強(qiáng)，蔣逸皇.3D打印技術(shù)及其在職業(yè)教育領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電子制作，2014（6）.

[4] 牛一帆.3D打印在教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].塑料包裝，2015（1）.

作者簡(jiǎn)介：李升（1986-），男，漢族，山東臨沂人，研究生，助教，畢業(yè)于湖南大學(xué)，就職于湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：3D打印技術(shù)。