3D打印技術數字化課程資源建設的研究與實踐

李旭

摘 要

本文介紹了3D打印技術數字化課程教學需求和目標;其次，分析了優化3D打印技術數字化課程的內容選擇;最后，重點探究了實現3D打印技術數字化課程教學的延伸路徑。

關鍵詞

3D打印技術;課程資源;數字化課程;課程體系

中圖分類號： G712;TH-4 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.49

0 前言

3D打印技術是當前制造業領域發展的新技術，這項技術的應用，可提高項目整體的生產效率，并簡化工業生產流程。使用3D打印技術可以改良模具生產的過程，這一方法對于工業設計行業和制造業都有極大的促進作用。

1 3D打印技術數字化課程明確教學需求

1.1 個體需求

在接觸到新型設計技術的初期階段，很多學生可能更傾向于對無人機、機器人技術等方面的研究，而對3D打印技術的關注較少[1]。隨著學生們自我學習意識的提升，很多學生們也希望能夠通過學習到的新知識，跟上時代發展的步伐。所以，一些學生開始了解并運用3D打印技術，將自己的想法轉化為現實。

1.2 學校需求

國內大部分的職業院校都將信息技術與通用技術統一結合成為了一門新技術，并在日常教學中為學生們普及技術教育。但是，學校在教學中采用的材料、資源和方法都相對傳統，面對新時期的人才發展需求，學校要從硬件、軟件和資源方面，不斷地進行更新和優化，以此實現對學生們創新思維、跨學科思維和空間設計能力的培養。

1.3 社會需求

社會現代化建設進程中，對3D打印技術的需求越來越多。人工智能、機器人和3D打印技術為代表的智能化科學技術，已經逐步改變了人們的生活。3D打印技術作為創客教育中相對容易普及的新技術，對于培養跨學科思維和創新性思維的現代化人才方面，具有至關重要的作用。

2 確立3D打印技術數字化課程教學目標

2.1 過程方法目標

過程方法學習目標實現中，部分教師會結合小組合作的教學模式。讓學生們在小組中與他人學會配合，并積極地承擔其每個人的角色和任務，同時，培養他們的自覺性和主動性，養成科學學習習慣[2]。

2.2 知識技能目標

3D打印技術教學的知識技能目標在于拓寬學生們視野，讓學生們學習如何使用3D打印設備和軟件，完成扭轉、鏡像和陣列等工具命令執行，設計出簡單的作品，并將自己的想法，實現成為帶有創意性的生活用品。

2.3 情感價值目標

3D打印技術教育的情感價值目標，要求學生們能從學習中，獲得良好的情感教育和審美指導，學會發現生活中的美并親自動手創造美。在學習中，有效防止個別學生出現情感價值缺失和品德缺失的情況，促使學生實現全面發展。

3 優化3D打印技術數字化課程內容選擇

3.1 設計軟件

在進行3D打印技術數字化課程資源建設中，設計軟件是不可或缺的重要組成部分。當前，我國大部分地區高校主要在入門教學、工業設計和廣告影視制作等領域應用設計軟件，并且根據教學目標的不同，選擇功能性和操作難易程度各異的軟件。常見的UG、PRO-E、3DMAX等軟件，雖然有較為強大的功能，但是操作難度較大。如果在為初學者進行教學中，選擇這種成熟度較高的軟件，會增加其學習困難，甚至會打擊他們在學習3D打印技術時的自信心[3]。因此，在選擇3D打印技術數字化課程設計軟件時，要根據學生的層級，為他們提供適合的軟件。例如，對于初學者，可以選擇3D 0NE和123D design等兩款簡單易上手的軟件。兩款軟件均適合初學者，能夠幫助他們從2D設計思維順利地過渡到3D層面上。前者的軟件操作界面相對友好，更適合低年級的學生進行學習，而后者的操作模式更加專業，可以在社團課程和第二課堂教學中進行運用。3D ONE系列軟件的開發宗旨就是為青少年提供三維立體創意設計的社區品臺，學生們在教師的指導下，運用軟件進行學習和設計，還能和社區內的其他同學進行成果交流與技術探討，符合當前3D打印技術數字化課程資源建設的發展需要。

3.2 打印設備

根據不同的打印原理和打印方法，在3D打印技術數字化課程資源建設中，需要選擇不同的打印設備。當前，市面上較為常見的打印設備包括了以下幾種：（1）FDM打印設備;（2）3DP打印設備;（3）SLA打印設備;（4）EMB打印設備。

在對幾種不同類型和規格的設備進行對比分析之后發現，3DP打印設備和SLA打印設備都是價格相對高昂的設備，而且在材料打印制作中，能夠實現高精度的制作，主要的應用環境為工業生產與制造領域、高級模型玩家制作等方面。EMB是幾種設備中體積最為龐大、打印精度最高的設備類型，這種設備將鈦合金作為打印材料，可用于醫療醫學衛生領域的人體器官、骨骼打印，以及航空航天與軍事現代化建設中的零部件打印。與之相比，FDM打印設備比較常見，設備精度不高，打印出的成品會出現表面粗糙的情況。但是，這種類型的打印機能夠實現快速成型，并且容易學生操作，價格相對低廉，所以學校的3D打印技術數字化教學工作中應用這種設備比較常見。

3.3 課程體系

在構建3D打印技術數字化課程時，要從課程體系的設計環節展開研究，確保這一技術能有效地融入到課程設計之中。3D打印技術是多媒體技術的有效延伸，借助這一技術可將人們想象中的事物，以更加直觀和具象化的方式轉變成為現實存在的物件。所以，在課程體系設計中，教師要有意識地將3D打印技術融入到設計環節，并在課堂教學中，有計劃地引導學生們進行學習。

例如，在課程體系構建的最初階段，要為學生們引入3D打印技術的基本原理，以便為模具設計教學提供輔助參考。學生在學習和觀摩中，能直觀地感受到知識帶給自己的變化，而且，采用展示化的教學，也能提高課堂教學效果，實現高效課堂的構建。在1至2周之后，教師可以讓學生們利用自己已經掌握到的知識，分組參與3D打印技術的應用，完成教師布置的作業。教師還可以構建演示和實踐等課程模式，在模具設計的教學中，增加實驗類型的課程，讓學生們能進一步了解到所學技術的深層次原理。

4 實現3D打印技術數字化課程教學延伸

4.1 年級3D作品設計比賽

教師可以在學期中，在學生們掌握了基本的3D打印技術原理之后，讓學生們利用3D ONE操作技術軟件，以自愿報名的方式，參與到年級3D作品設計競賽中。這種競賽模式以年級分組，讓學生們都可以在自己已經掌握的知識和技術水平上進行競賽，以此實現競賽活動的公正性和公平性[3]。比如，某地區的3D打印技術數字化課程教學小組的教師，為低年級組的競賽設置了“創意課桌”的3D打印技術設計主題。要求學生們利用3D ONE軟件，在90分鐘之內獨立完成模型設計與制作。這種方式充分調動了學生們參與度和積極性，學生們可以在競賽中檢驗自己的知識和能力，并獲得更專業、更具有針對性的點評。

4.2 區域創客3D建模競賽

除了組織校內的年級競賽以外，教師還鼓勵學生們，特別是高年級的學生，參與更大規模的創客建模設計競賽。比如，“創客節”、“創客比賽”和“創客嘉年華”等，都是以創客為主題的競賽活動，這種方式能鼓勵學生們發揮自己所長，并推動區域性的創客文化得以傳播和發展[4]。例如，在我國“大眾創業，萬眾創新”的新產業發展理念的指導下，某地區區教育局提高了對創客文化的重視力度，積極鼓勵學生參與教育創客節。在2018年舉辦的第二屆創客教育界中，共設計了無人機、3D建模、機器人競速和智能生活創意編程賽等，為3D打印設計和其他新型創意技術的發展提供了廣闊的空間[5]。

5 總結

當前，國內職業院校的相關課程教學設計需求以及3D打印技術的發展方向，教師要持續對3D打印技術的數字化課程資源加以建設，以此推動3D打印技術持續發展，整個增材制造業也能由此吸收更多適合該行業發展的人才。

參考文獻

[1]蔣三生.基于第二課堂的“數字化設計與3D打印”課程建設[J].農產品加工，2019（20）：108-111.

[2]白俊如.基于創客教育的小學3D打印課程開發與設計研究——以華興小學課程開發為例[J/OL].中國教育技術裝備：1-4.2018.s2.118.

[3]周登攀.基于3D打印技術方向的高職模具專業課程體系的構建[J].內燃機與配件，2018（24）：243-245.

[4]石寶存，張士萍，陳瑋.3D打印技術在建筑工程中的應用及發展[J].江蘇建材，2018（06）：52-54.

[5]林國威.融入3D打印技術重構康復治療技術專業課程體系探討[J].臨床醫藥文獻電子雜志，2018，5（A4）：210-211.