3D打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

摘 要：3D打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從實(shí)際需要出發(fā)，通過(guò)教師與學(xué)生的積極互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、管理、教學(xué)、考核等工作中去，讓學(xué)生在專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)、設(shè)備組裝、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、零件打印、成績(jī)?cè)u(píng)定等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中承擔(dān)部分講授、指導(dǎo)、批閱、驗(yàn)收與考核工作，切實(shí)提高學(xué)生自我管理、合作學(xué)習(xí)、共同提高的自主能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提升創(chuàng)新實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：3D打印 先進(jìn)制造 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

引言

3D打印技術(shù)是實(shí)踐教學(xué)的重要補(bǔ)充，當(dāng)前3D打印技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，其原理與結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，網(wǎng)上有關(guān)3D打印的開(kāi)源資源十分豐富，組裝一臺(tái)簡(jiǎn)易的3D打印機(jī)已不再是難事，有學(xué)生通過(guò)購(gòu)買(mǎi)散件自行組裝，通過(guò)3D打印機(jī)打印出各種實(shí)物模型，令人耳目一新。3D打印技術(shù)可以激發(fā)學(xué)生無(wú)限的創(chuàng)造力，并提供其更加真實(shí)可靠的實(shí)踐與探索機(jī)會(huì)，并對(duì)提升學(xué)生的個(gè)人素養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[1]。

目前，多數(shù)高校設(shè)有 3D 打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)是根據(jù)企業(yè)、行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，并順應(yīng)先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)造就一大批在工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力卓越的未來(lái)工程師。3D打印為材料和結(jié)構(gòu)提供了一種新的制造方法，是傳統(tǒng)制造技術(shù)體系的重要補(bǔ)充。尤其是短流程、適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，給材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供了豐富的想象空間，使傳統(tǒng)制造技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變得易于實(shí)現(xiàn)[2]。3D打印技術(shù)無(wú)疑給學(xué)生帶來(lái)了全新的學(xué)習(xí)理念和感受，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升創(chuàng)新實(shí)踐能力。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

隨著信息化、數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬設(shè)計(jì)、實(shí)體建模的機(jī)械構(gòu)件設(shè)計(jì)模式已經(jīng)逐漸普及，而工科專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)仍普遍停留在二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模式，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教師評(píng)分費(fèi)時(shí)費(fèi)力[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、方法、教材、內(nèi)容基本上是年復(fù)一年，一種模式持續(xù)多年不變。如在金工實(shí)習(xí)中除了車(chē)銑刨磨鉗、鑄鍛焊外，現(xiàn)在引入3D打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)恰是時(shí)候，二者相互比較的本身對(duì)學(xué)生的吸引力不言而喻。

實(shí)驗(yàn)考核一般是在期末進(jìn)行一次理論和實(shí)操的考核，這種考核缺陷是對(duì)基本功能理解片面，只注重實(shí)操、記憶的功能，而弱化了反饋、督促和導(dǎo)向的功能，勢(shì)必造成學(xué)生在思想上的懈怠，上實(shí)驗(yàn)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(chuàng)新能力的考核，而3D打印技術(shù)的考核可彌補(bǔ)學(xué)生在創(chuàng)新能力方面不足。實(shí)驗(yàn)考核由任課教師主導(dǎo)，主觀(guān)性較大，不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視、提高實(shí)驗(yàn)的積極性[4]。

1.重統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，輕個(gè)性發(fā)展

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為了傳授和操作的方便，一般采取統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、內(nèi)容、方法、考核，按照既定的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)來(lái)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，一般是先看黑板上的實(shí)驗(yàn)要求，聽(tīng)教師講注意事項(xiàng)，然后按照實(shí)驗(yàn)步驟一步一步的往下進(jìn)行操作，無(wú)需太多的獨(dú)立思考，如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程順利，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只要教師認(rèn)可，實(shí)驗(yàn)即可結(jié)束。按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、一個(gè)模式去要求學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)更多地關(guān)注是學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)的鞏固和操作能力的提升。由于3D打印技術(shù)的廣泛性、新穎性，它的出現(xiàn)為學(xué)生展示自我，親自動(dòng)手制作實(shí)體模型成為可能，如再按傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法去要求3D打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是很難奏效的。

2.重考核成績(jī)，輕過(guò)程反饋

實(shí)驗(yàn)考核不僅是對(duì)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、操作技能的考查，更是對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，合作學(xué)習(xí)過(guò)程和方法引導(dǎo)的考查。如果實(shí)驗(yàn)考試結(jié)束后，教師只是填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)考試質(zhì)量分析報(bào)告，目的是分析試題的導(dǎo)向作用，分析學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，把分析結(jié)果反饋給師生，便于今后改進(jìn)教學(xué)。雖然現(xiàn)在也要求實(shí)驗(yàn)教師分析實(shí)驗(yàn)考試的情況，并不重視考核中所反映出來(lái)的一些問(wèn)題，多數(shù)學(xué)生只關(guān)心考試成績(jī)，根本不關(guān)心在實(shí)驗(yàn)課中能學(xué)到多少知識(shí)和技能；教師也無(wú)法從中發(fā)現(xiàn)有價(jià)值問(wèn)題，使考核反饋流于形式。

3.重教師主導(dǎo)，輕學(xué)生參與

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是基于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)到提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從實(shí)驗(yàn)原理、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)步驟、操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)記錄及處理、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的不同階段及時(shí)、客觀(guān)、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)每一位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)表現(xiàn)是異常困難的。因?yàn)楝F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教師面對(duì)的情況是學(xué)生多，任務(wù)重，平時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫于奔命，根本無(wú)暇進(jìn)行有效地教學(xué)管理，何談對(duì)每一位學(xué)生進(jìn)行有效的指導(dǎo)，致使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課敷衍塞責(zé)，到實(shí)驗(yàn)時(shí)才匆忙上陣，生搬硬套，不求甚解，其實(shí)驗(yàn)效果可想而知。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)措施

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)是通過(guò)教學(xué)理念的改革來(lái)帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法的轉(zhuǎn)變?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（ 2010-2020 年） 》中提出要“樹(shù)立多樣化人才觀(guān)念，尊重個(gè)人選擇，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展，不拘一格培養(yǎng)人才”。要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)，必須構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的改革實(shí)施方案，實(shí)施過(guò)程既要滿(mǎn)足對(duì)學(xué)生掌握和運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)需要，又要緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步，從用人單位對(duì)人才培養(yǎng)的需要出發(fā)，切實(shí)提高學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

1.積極引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的參與性

學(xué)生初進(jìn)3D打印實(shí)驗(yàn)室，對(duì)一切都感到很好奇，上好第一節(jié)緒論課是關(guān)鍵。首先，實(shí)驗(yàn)室要對(duì)學(xué)生開(kāi)放，組織學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的詢(xún)價(jià)、采購(gòu)、安裝、調(diào)試、試做、維護(hù)等各項(xiàng)工作。其次，引導(dǎo)學(xué)生查找資料，參與撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，鼓勵(lì)學(xué)生自主安裝、調(diào)試、管理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，組織學(xué)生學(xué)習(xí)建模、分層、成型、后期處理的相關(guān)知識(shí)和技能培訓(xùn)，指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握3D打印機(jī)的開(kāi)機(jī)、裝料、操作、維護(hù)等基本的操作技能，通過(guò)學(xué)生實(shí)操3D打印機(jī)把機(jī)械零件的二維圖變成三維的實(shí)物模型，將機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與制造融為一體。最終達(dá)成由學(xué)生主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的70%，這不僅大大減輕了教師的工作量，也增強(qiáng)了學(xué)生的責(zé)任心和創(chuàng)造力。還需做好三點(diǎn)：一是組建學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)小組，建立QQ群；二是明確任務(wù)，分工明確，責(zé)任到人；三是學(xué)生參與度越高越好，真正做到3D打印實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的地方。

2.積極引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)考核，提升學(xué)生自我完善的主動(dòng)性

3.打印實(shí)驗(yàn)考核辦法應(yīng)該由學(xué)生自主擬定，引導(dǎo)學(xué)生從3D打印的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際出發(fā)，如考勤考紀(jì)，自學(xué)學(xué)習(xí)，創(chuàng)新精神，操作、指導(dǎo)、維護(hù)的熟練程度，承擔(dān)其他任務(wù)等，鼓勵(lì)學(xué)生建言獻(xiàn)策，允許學(xué)生自主申請(qǐng)加分項(xiàng)目，考核中不僅有筆試和操作的內(nèi)容，還應(yīng)有學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)建設(shè)、教學(xué)成果，尤其是對(duì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中表現(xiàn)突出的學(xué)生，利用實(shí)驗(yàn)室在大學(xué)生科技競(jìng)賽中獲得成績(jī)的學(xué)生予以特別加分。還需做好三點(diǎn)：一是組建學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核小組；二是設(shè)立考核項(xiàng)目，制定評(píng)分細(xì)則；三是評(píng)分過(guò)程公開(kāi)透明，特別加分需要支撐材料，實(shí)驗(yàn)成績(jī)予以公示。

3.加大精力投入、切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)效能

目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“學(xué)生厭做，教師厭教”的現(xiàn)象十分普遍，多地辦學(xué)，大班上課，PPT、手機(jī)、電腦、手游等外在的因素影響固然大，但教師的個(gè)人魅力，認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，精湛的專(zhuān)業(yè)造詣等優(yōu)勢(shì)也不容小覷，只要教師能切實(shí)負(fù)起責(zé)任，敢于擔(dān)當(dāng)，辦法總比問(wèn)題多。還需做好三點(diǎn)：一是無(wú)機(jī)課堂，小班教學(xué)，準(zhǔn)備充分；二是翻轉(zhuǎn)課堂、合作學(xué)習(xí)、自主管理；三是從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)出發(fā)，積極拓展綜合性實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

在3D打印的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)教師與學(xué)生的積極互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、管理、教學(xué)、考核等工作中去，密切師生關(guān)系，互通有無(wú)，相輔相成，3D打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效途徑。

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作者簡(jiǎn)介

周雪寒（1988—），男，漢，重慶人，助教，碩士，研究方向：電子與通信工程。