3D打印在高職《機械制圖》任務驅動教學中的探索

梁曉兵

摘要：《機械制圖》課程是工科教育的基礎，應用性強，理解難度大，在高職講解過程中難度很大。教學過程中結合具體實例，將制圖過程分解成一個個任務，闡述了基于3D打印技術的任務驅動教學法在《機械制圖》課程教學中的實際應用。

關鍵詞：任務驅動教學法;《機械制圖》課程;3D打印

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）01-0256-01

隨著科技的發展，3D打印技術迅速發展，目前已經在航空、醫學、模具、珠寶等等許多領域得到了廣泛的應用，但在職業教育領域中的應用應用還不是很廣泛。3D打印機在歐美國家中的一個重要的市場就是職教領域，在英國3D打印作為學生們的手工課進入職業學校的課堂。

《機械制圖》課程是一門對空間立體感要求很高的課程，涉及到的知識面較廣，同時對學生的實踐能力、理論知識接收能力以及創新能力的要求較高。傳統教學主要靠老師PPT講解，空間建模能力靠想象，學生理解困難，容易使得學生對制圖課程失去興趣甚至產生厭學情緒。基于這種情況，本文把基于3D打印的任務驅動教學加入《機械制圖》教學領域，以提高學生的學習興趣提高教學質量、培養學生的空間建模能力、加強學生的創新能力與團隊精神以及保證學生的主體地位。

1.3D打印技術的優勢

3D打印技術是指通過材料融化后進行連續的層層累加，逐層疊加材料生成三維實體的技術，因此又稱為增材制造。3D打印進行生產的主要流程是：運用三維工程繪圖軟件如Pro/E繪制三維圖紙，通過切片軟件完成切片，生成G代碼，然后通過3D打印設備，把液態、粉末態、絲狀的固體原材料逐層“打印”出設計的產品。

3D打印技術在多個領域有非常廣泛的應用。醫療領域尤其是在骨科耗材領域，3D打印技術得到了越來越多的應用，FDA已經批準多起3D打印醫療產品進入臨床應用[1]。航空航天領域，GE已經把3D打印技術用在了發動機生產過程中[2]。個人消費領域，荷蘭兩家公司DUSArchitects和UniverseArchitec-ture已經在用3D打印技術建造房子[3]，國內馬義和也在利用3D打印技術建筑房子[4]。職業教育領域，發達國家早已經在職業教育領域開展3D打印技術教育，英國美國加拿大等國家都在職業教育中引入了3D打印技術。國內很多職業院校也在開展3D打印教學，不過還沒有大面積普及和推廣。

2.任務驅動教學法

“任務驅動”教學法，是指在教師指導下，把知識內容進行分解成為一個個的有實際意義的、符合學生認知水平的“任務”，以學生為中心，以完成一個個具體的“任務”為線索，把教學內容巧妙地隱含在每個“任務”之中，學生自己或者在教師的指導下提出解決問題的思路和方法[5]。當學生完成這個任務后也就建構了本節課所學的新知識。

“任務驅動”教學法主要特點是“任務驅動、做學一體”。職業院校《機械制圖》課程實施“任務驅動”教學法有利于培養學生的的空間建模能力、提高學生的參與意識創新意識以及分析解決問題的能力。

3.基于3D打印技術的任務驅動教學在《機械制圖》中的具體應用

《機械制圖》作為一門專業性很強的基礎課，是機械類學生的必修課，對增強學生的創新意識、圖形表達能力、空間想象能力有著十分重要的作用。傳統上課程的講解是通過課本、PPT、教學模型、實物掛圖等方式進行講解，空間感的建立是通過從點線面的投影規律來學習三維立體零件圖形。教學過程中，這種教學方法由于不夠直觀形象，筆者發現高職院校學生對點線面的投影規律以及二維圖和三維立體零件圖象的轉化規律學習著非常吃力。由于教學用具一方面數量少，另外一方面教學用具不夠靈活面對學生的各方面學習要求，比如全剖半剖局部剖等視圖教學工作，結合學生對三維零件實體理解相對容易，本文采用基于3D打印的任務教學法，提升學生學習興趣、提高學生空間能力，提高教學效果。

筆者結合以往教學經驗，結合教學難點，基于3D打印技術，運用任務驅動教學方法，以三視圖與剖視圖繪制過程教學為例，進行教學探討。

（1）任務確定：打印剖視三維零件實體，增強同學們對剖視圖的直觀認識。

（2）任務提出：規定時間內打印出零件，一方面增強空間感，建立對剖視圖剖視面剖視畫法的直觀感受，另外一方面，加強對3D打印工作過程的認知，學習3D打印方法技能，使學生走上工作崗位后能夠解決類似問題。

（3）研究任務，制訂解決方案，打印零件：將學生分成若干小組，利用零件的三維模型，根據任務制訂零件3D打印方案，根據零件的打印速度、填充率等因素，設置合理打印參數。要求速度要快，同時又要保證質量。

三視圖與剖視圖繪制過程課程教學中，學生在學習過程中，總是感覺剖視圖不夠直觀，尺寸對應有一定難度，學生理解學習相對難度較大。基于3D打印技術，可以直接把剖視平面打印出來，在剖視平面上直接觀察截交線相貫線切線畫法。

目前工業生產過程越來越專業化規范化，如果直接把生產過程搬到學校非常不現實，也不安全，傳統上采用的是去企業參觀一段時間，然而目前企業的生產設備，為了安全高效，一般都在外面安裝了安全生產外殼，使得學生參觀過程只能看到設備外殼，無法了解到實際生產機理，如果使用3D打印，就可以把生產過程、裝配過程簡化后在課堂上進行講解。

綜上所述，《機械制圖》教學中把3D打印技術引入任務驅動教學，不僅可以加深對剖視圖以及投影規律的理解，可以把工業生產過程有個直觀的了解認識，而且還能提高學生的學習興趣學習效率、培養學生的空間建模能力、還能加強學生的分析問題解決問題與團隊協作方面的能力。

參考文獻：

[1]王技德，AutoCAD機械制圖課程實施任務驅動教學法的任務設計，《內蒙古師范大學學報（教育科學版）》，2012（1）.