3D打印技術的實驗教學

（桂林電子科技大學職業技術學院 廣西北海 536000）

引言

3D打印技術是實踐教學的重要補充，當前3D打印技術日趨成熟，應用領域不斷擴大，其原理與結構并不復雜，網上有關3D打印的開源資源十分豐富，組裝一臺簡易的3D打印機已不再是難事，有學生通過購買散件自行組裝，通過3D打印機打印出各種實物模型，令人耳目一新。3D打印技術可以激發學生無限的創造力，并提供其更加真實可靠的實踐與探索機會，并對提升學生的個人素養產生深遠的影響[1]。

目前，多數高校設有 3D 打印技術的實驗室，其實驗教學是根據企業、行業對人才培養的需求，并順應先進數字化設計和制造技術的發展趨勢，培養造就一大批在工程實踐和創新能力卓越的未來工程師。3D打印為材料和結構提供了一種新的制造方法，是傳統制造技術體系的重要補充。尤其是短流程、適合復雜結構等特點，給材料和結構設計者提供了豐富的想象空間，使傳統制造技術難于實現的結構變得易于實現[2]。3D打印技術無疑給學生帶來了全新的學習理念和感受，激發學生的創新思維，提升創新實踐能力。

一、實驗教學的現狀

隨著信息化、數字化技術的不斷發展，虛擬設計、實體建模的機械構件設計模式已經逐漸普及，而工科專業課程設計仍普遍停留在二維圖紙設計模式，導致學生學習興趣不高，教師評分費時費力[3]。傳統實驗教學理念、方法、教材、內容基本上是年復一年，一種模式持續多年不變。如在金工實習中除了車銑刨磨鉗、鑄鍛焊外，現在引入3D打印技術的實驗教學恰是時候，二者相互比較的本身對學生的吸引力不言而喻。

實驗考核一般是在期末進行一次理論和實操的考核，這種考核缺陷是對基本功能理解片面，只注重實操、記憶的功能，而弱化了反饋、督促和導向的功能，勢必造成學生在思想上的懈怠，上實驗課不用心，知其然而不知所以然。這種一次性考核的模式忽視了思想方法，邏輯推理和創新能力的考核，而3D打印技術的考核可彌補學生在創新能力方面不足。實驗考核由任課教師主導，主觀性較大，不利于學生對實驗課的重視、提高實驗的積極性[4]。

1.重統一標準，輕個性發展

傳統實驗教學為了傳授和操作的方便，一般采取統一的實驗教學大綱、內容、方法、考核，按照既定的實驗目標來來完成實驗。學生進實驗室做實驗，一般是先看黑板上的實驗要求，聽教師講注意事項，然后按照實驗步驟一步一步的往下進行操作，無需太多的獨立思考，如果實驗過程順利，實驗數據只要教師認可，實驗即可結束。按照一個標準、一個模式去要求學生做實驗，這種實驗教學更多地關注是學生專業知識的鞏固和操作能力的提升。由于3D打印技術的廣泛性、新穎性，它的出現為學生展示自我，親自動手制作實體模型成為可能，如再按傳統的實驗教學方法去要求3D打印技術的實驗教學是很難奏效的。

2.重考核成績，輕過程反饋

實驗考核不僅是對學生掌握基礎知識、操作技能的考查，更是對學生自主學習，合作學習過程和方法引導的考查。如果實驗考試結束后，教師只是填寫實驗考試質量分析報告，目的是分析試題的導向作用，分析學生在實驗中存在的問題，把分析結果反饋給師生，便于今后改進教學。雖然現在也要求實驗教師分析實驗考試的情況，并不重視考核中所反映出來的一些問題，多數學生只關心考試成績，根本不關心在實驗課中能學到多少知識和技能；教師也無法從中發現有價值問題，使考核反饋流于形式。

3.重教師主導，輕學生參與

實驗教學是基于學生實驗的全過程，從實驗預習到提交實驗報告，從實驗原理、儀器設備、實驗步驟、操作規范、實驗記錄及處理、撰寫實驗報告的不同階段及時、客觀、準確地評價每一位學生在實驗中的真實表現是異常困難的。因為現在實驗教師面對的情況是學生多，任務重，平時實驗教學迫于奔命，根本無暇進行有效地教學管理，何談對每一位學生進行有效的指導，致使學生對實驗課敷衍塞責，到實驗時才匆忙上陣，生搬硬套，不求甚解，其實驗效果可想而知。

二、實驗教學的改進措施

實驗教學的目標是通過教學理念的改革來帶動實驗教學內容和方法的轉變。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（ 2010-2020年） 》中提出要“樹立多樣化人才觀念，尊重個人選擇，鼓勵個性發展，不拘一格培養人才”。要實現實驗教學改革的目標，必須構建一個科學合理的改革實施方案，實施過程既要滿足對學生掌握和運用基礎知識的學習需要，又要緊跟時代發展的腳步，從用人單位對人才培養的需要出發，切實提高學生綜合科學素養，提升學生的學習興趣和創新能力。

1.積極引導學生參與實驗教學，提高學生自主學習的參與性

學生初進3D打印實驗室，對一切都感到很好奇，上好第一節緒論課是關鍵。首先，實驗室要對學生開放，組織學生參與實驗設備的詢價、采購、安裝、調試、試做、維護等各項工作。其次，引導學生查找資料，參與撰寫實驗指導書，鼓勵學生自主安裝、調試、管理實驗設備，組織學生學習建模、分層、成型、后期處理的相關知識和技能培訓，指導學生熟練掌握3D打印機的開機、裝料、操作、維護等基本的操作技能，通過學生實操3D打印機把機械零件的二維圖變成三維的實物模型，將機械零件的設計與制造融為一體。最終達成由學生主導實驗教學，完成實驗教學任務的70%，這不僅大大減輕了教師的工作量，也增強了學生的責任心和創造力。還需做好三點：一是組建學生實驗教學小組，建立QQ群；二是明確任務，分工明確，責任到人；三是學生參與度越高越好，真正做到3D打印實驗室是學生實現夢想的地方。

2.積極引導學生參與實驗考核，提升學生自我完善的主動性

3.打印實驗考核辦法應該由學生自主擬定，引導學生從3D打印的實驗教學實際出發，如考勤考紀，自學學習，創新精神，操作、指導、維護的熟練程度，承擔其他任務等，鼓勵學生建言獻策，允許學生自主申請加分項目，考核中不僅有筆試和操作的內容，還應有學生參與實驗建設、教學成果，尤其是對在實驗教學工作中表現突出的學生，利用實驗室在大學生科技競賽中獲得成績的學生予以特別加分。還需做好三點：一是組建學生實驗考核小組；二是設立考核項目，制定評分細則；三是評分過程公開透明，特別加分需要支撐材料，實驗成績予以公示。

3.加大精力投入、切實提高實驗效能

目前，實驗教學中“學生厭做，教師厭教”的現象十分普遍，多地辦學，大班上課，PPT、手機、電腦、手游等外在的因素影響固然大，但教師的個人魅力，認真負責的態度，精湛的專業造詣等優勢也不容小覷，只要教師能切實負起責任，敢于擔當，辦法總比問題多。還需做好三點：一是無機課堂，小班教學，準備充分；二是翻轉課堂、合作學習、自主管理；三是從驗證性實驗出發，積極拓展綜合性實驗及其應用。

結語

在3D打印的實驗教學中，通過教師與學生的積極互動，引導學生參與到實驗室建設、管理、教學、考核等工作中去，密切師生關系，互通有無，相輔相成，3D打印技術的實驗是實現創新人才培養的有效途徑。