增材制造技術在技工院校的教學設計應用初探

鈕琪

摘要：增材制造技術作為新興的專業門類，近年來得到了廣泛的關注。不但在2020年全國乃至世界技能大賽成為新的比賽項目，更是在全國的技工院校引起了一陣學習“3D打印”技術和增開相關專業的熱潮。本文主要介紹了教師基于快速成型技術對增材制造在技工院校實際教學設計中的實踐應用進行的初步的探索，并對重要的具有創新性的教學環節作以說明。

關鍵詞：增材制造;技工院校;快速成型;教學設計

一、項目教學法的合理引入

在傳統的教學模式中，學生處于被動的學習狀態，接受抽象的理論知識， 教學的效果很難達到預期。而項目教學法的實施過程中充分體現了教學以學生為 主體，教師為主導的現代教育理念，既能發揮教師的主導作用，又體現了學生 的主體作用，充分體現職業教育“以能力為本位”的價值取向。因此將項目教學 法應用到技工院校《機械制造技術》課程中，可以激發學生的學習興趣，提高課堂的學習效率，培養學生的綜合能力，這樣就可以扭轉傳統教學方式無法實現“理實一體化”的窘境。因此，對于本文研究的例課——“數控車床尾座零件加工（快速成型技術）”，主要采用項目教學法進行整體的教學設計。

二、項目教學的思路與內容分析

在“數控車床尾座零件加工（快速成型技術）”實訓項目中，我們創新性地設計了項目準備、 擬定方案、決策實施、評價反饋和能力拓展（知識遷移）這五個環節，旨在提高學生理論認識水平、提高實踐操作能力和獨立解決問題的能力并強化責任意識;旨在強化學生的專業知識，發展專業相關綜合能力;旨在提高學生團隊工作意識， 增強學生“實戰”經驗，為將來進入企業工作打下堅實的理論與實踐基礎并做好 相應的有針對性的能力儲備，以服務于“做中教、做中學”的教育核心理念。

特別是對于數控專業的學生，快速成型技術這一新興技術具有很高的學習價值。在學習成型工藝的基礎上，基于技工院校專業課當中學生動手實踐的興趣點，將數控車床尾座零件加工（快速成型技術）選定為本次項目的理實一體化實訓課程項目內容，可以提高學生的專業能力、社會能力和方法能力。

由上述分析可知，增材制造技術作為一個較高層級的新興專業發展門類，具體到實踐當中的教學設計上可以根據具體的課程和學生特點進行合理性地編排。

而在教法和學法的探究上，現代教育理論強調師生互動教學方式，注意師生交流，最能提高學生學習積極性，收益最大。因此教學設計的核心思路是以教師為主導、學生為主體，適時地應用多媒體手段輔助教學，促使學生動腦想、多交流、勤鉆研、善提煉，使學生的學習過程和認識過程成為統一的整體。本課題研究所采用的具體教法學法列舉如下：

1.直觀演示法

展示各種3D打印機與零件，進行示范性實驗;輔助使用微課、動畫等信息化手段，使學生快速習得軟件與3D打印機的操作步驟。

2.實習作業法

學生在教師的組織和指導下，從事快速成型項目教學的實際工作，借以掌握一定的機械專業技能和有關的直接知識，驗證間接知識。

3.自主學習法和探究學習法

學生在學習中采用自主學習與探究學習結合的形式，在教育信息化環境下的教學設計中，注重對自主學習策略的滲透，促進學生主動完成學習任務。

三、教學過程的信息化設計

為了模擬真實情境以對增材制造技術在實際教學當中進行較好地呈現，此處設計了一個模擬情境，假設學校實習車間的車床尾座零件發生損壞，引導學生完成該零件的模擬加工。具體的設計過程簡述如下：

1.情境導入

學校車床部分車床尾座零件發生損壞，要求學生根據實際情景完成基于FDM技術的車床尾座零件模擬加工。根據課前導學內容，以翻轉課堂等新型教學模式為載體，鼓勵學生自主探究Creo 3.0 軟件旋轉命令的基本操作，教師加以指導。

2.講述STL數據轉換方法步驟

對分層切片和加入支撐進行合理選擇;運用3D打印機進行逐層熔融沉積制造的具體操作。

3.方案優化與任務實施準備

以小組為單位進行現場操作。

4.課堂評價

應用了交互式測試，通過課堂派手機端在線提交評價，系統自動分析成績，并錄入學生學期考核，實現過程性評價。

四、評價方式的多元化、動態化設計

本文的研究的課題主要突出了過程性評價方式，更加強調除了專業能力以外的人文素養的養成，可以培養學生獨立解決問題的實踐能力，增強學生合作意識和競爭意識。

同時，依托項目教學法的先進教學評價模式，在項目工程中學生需按規定完成個人項目評價工作頁和小組項目評價工作頁;在評價工程中注重評價因素的多元化與評價因子的系統化以提升教學效果，形成“三位一體”的線上項目教學評價機制。

在檢測過程中，依據與企業聯合制定的數控車床尾座零件快速成型檢測頁，首先運用傳統的尺規量具進行檢測。除了打印機參數設定和繪圖失誤引起的打印失敗以外，我們發現快速成型技術對零件的尺寸精度有很好的保證。隨后教師對零件完成度較好的一組采用Geomagic Control軟件進行打印零件與原零件的逆向建模比對。在引領學生了解前沿知識，拉近與企業生產實際的距離的同時，也為后續逆向工程相關教學內容設下堅實的鋪墊。

五、結語

作為當下發展呈上升態勢的新興學科門類，增材制造在技工院校的教學實踐并無多少經驗可循。因此，本次“數控車床尾座零件加工（快速成型技術）”課題的教學設計是主要依據項目教學法，并采用信息化的教學策略進行的一次具有一定創新性的教學設計探索，希望能在技工院校的廣大師生對于增材制造技術相關領域的學習與研究領域產生一定的參考價值。