高職3D打印技術實踐教學探索

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2101-5042-9137

摘? 要：3D打印（3D Printing）技術作為一項顛覆傳統制造業的新興技術，近年來在世界范圍內迅猛發展，已經在汽車、模具、航天、醫療、個性產品定制等多個領域得到廣泛的應用。為了增強高職院校學生就業競爭力，適當緩解當前社會對3D打印人才的供需矛盾，激發學生的學習興趣，提高高職院校3D打印技術實踐教學水平，文章針對目前3D打印技術專業實踐課程在教學中所面臨的一些問題，進行了深入分析和探索，通過推進教學改革、加強師資建設、深入校企合作和建設網絡平臺，切實提高學生的學習興趣和課堂效果，培養具有創新精神和工程實踐能力的高素質技能人才。

關鍵詞：高職高專? ?3D打印技術? ?實踐教學? ?人才培養

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）06（b）-0094-03

Exploration on Practice Teaching of 3D Printing Technology in Higher Vocational Colleges

ZHAO Nan

（Shanxi Engineering Vocational College， Taiyuan， Shanxi Province， 030009? China）

Abstract： As an emerging technology that subverts the traditional manufacturing industry， 3D printing technology has developed rapidly all over the world in recent years and has been widely used in many fields such as automobile， mold， aerospace， medical treatment， personalized product customization and so on. In order to enhance the employment competitiveness of students in higher vocational colleges， appropriately alleviate the contradiction between supply and demand of 3D printing talents in the current society， stimulate students' interest in learning， and improve the practical teaching level of 3D printing technology in higher vocational colleges， this paper makes an in-depth analysis and exploration on some problems faced in the teaching of practical courses of 3D printing technology specialty strengthen the construction of teachers， deepen school enterprise cooperation and build a network platform， effectively improve students' learning interest and classroom effect， and cultivate high-quality skilled talents with innovative spirit and engineering practice ability.

Key Words： Vocational College; 3D printing technology; Practical teaching; talent cultivation

在我國，隨著《中國制造2025》等政策的出臺，3D打印技術被提升到國家戰略層面。當前，我國3D打印技術人才非常匱乏，培養相關的技術技能人才已成為當務之急，而高職院校正承擔著培養高素質實踐型技能人才的重擔。現階段，國內高校針對3D打印技術的實踐教學工作尚處于初步的探索階段。

1? 高職3D打印技術專業實踐教學現狀

3D打印技術興起于二十世紀八九十年代，不同于以車銑刨磨鉆為代表的減材加工或以鑄鍛焊為代表的等材加工，是一種“自下而上”的逐層累加材料的數字制造技術^[1]。3D打印技術首先將復雜的三維實體模型“切”成具有一定厚度的片層，將三維模型變為簡單的二維圖形，然后再將二維圖形逐層堆積打印，大大降低了零件成型的難度。當前，3D打印技術作為新興技術受到越來越多高職院校的青睞，每年投入到建設3D打印實訓基地的經費也越來越多。但是由于3D打印技術走進高職課堂的時間較短，形成的教學規模還比較局限，因此在實踐教學中存在著一系列問題。

1.1 實踐教學缺乏規范性

當前，我國3D打印技術人才非常匱乏，培養相關的技術技能人才已成為當務之急。由于3D打印技術目前還未出現在《普通高等學校高等職業教育（專科）專業目錄》，缺乏相關的課程標準等規范性文件作為實際教學的指導，從而使得各個教師在教學過程、教學內容、教學評價等方面各不相同，而這也是有些教師教學過于隨意的原因。3D打印技術的各種多媒體資源有待相關專業教師進一步開發和在課堂教學中實踐。

1.2 實踐教學模式單一

3D打印技術是集計算機、機械、材料等多學科于一體的交叉學科，所涉及的內容包括機械設備的操作、材料性能、三維結構設計、軟件開發與操作、成型工藝等領域。但是在高職院校的實踐教學過程中，實踐內容大多圍繞低端的桌面級FDM打印機開展3D打印設備操作過程的驗證性實驗。一方面，這種教學方法在工業應用方面的價值不高，學生掌握的技能并不能直接對接企業要求;另一方面，學生在實踐過程中只需按部就班地按照教師預先設計好的步驟操作，繼而完成實驗報告。整個實踐過程中，填鴨式的教學方法使學生沒有充分發揮自己學習的主觀能動性，也無法感受到課堂主人翁的感覺，難以激發學生學習興趣和熱情，教學效果不理想^[2]。

1.3 學生創造能力較弱

3D打印技術實踐教學與其他傳統機械類實踐課程的方法一樣，均是由教師講授相關的理論知識，進行操作示范，然后由學生按照實訓指導書一步步進行練習。在這個過程中，學生的操作技能得到提升，但是卻限制了學生的創造創新能力。學生的創新思維受到教師的影響，沒有得到充分的發揮和施展。這樣的教學方法既沒有凸顯3D打印技術在創新思維培養及科研能力訓練方面的重要作用，也違背了我國近幾年來大力推行的“新工科”教育理念，難以培養工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才^[3]。此外，由于學生掌握和應用3D打印技術的深度和廣度不足，畢業后繼續從事高水平專業3D打印研究的很少，難以滿足社會需求，沒有達到人才培養的效果。

1.4 教師能力有待提高

3D打印技術作為新興的制造技術，國內專業技術人才儲備不足，且大多數人才選擇到相關高科技企業就職。高職院校從事3D打印課程教學工作的教師大都是由具有機械背景的老師承擔，缺乏對3D打印技術的系統性學習，對專業知識的理解尚停留在表面理解上，導致課堂教學存在照本宣科的現象，消磨了學生對專業學習的主動性。少數具有3D打印專業背景的教師從高校一畢業就到學校授課，缺乏實際生產經驗，未實際參與到企業生產過程，不能妥善地將課堂知識與實際工程應用相結合，導致課堂實踐教學質量不高。

此外，3D打印技術在實踐教學中還存在教學資源不足、教學設備有限、教學設施種類單一等問題。

2? 高職3D打印技術專業實踐教學策略

2.1 推進教學改革，提升教學質量

為了有效創建3D打印實踐課程模式，高職院校應該積極推進該專業的課程改革，有效提高教學質量。高職院校應強化創新意識，結合院校的實際情況，著力于對該專業教材等教學資源的改革與創新，為提高3D實踐教學質量奠定堅實的基礎。

3D打印技術實踐課程可以分為兩大部分：第一部分為3D打印設備的結構認識與操作，這部分課程教學學生需要在教師的引導下進行，通過教師的講解結合具體的設備，認識其結構和工作過程，熟練使用相關的3D打印軟件;第二部分為創新產品的快速制造，教師只需要將學生分組，選定一個創造主題，學生將充分發揮自己的想象力與創造力，自主設計一些個性化的產品，并且根據自己的產品需求，選定材料、工藝與設備，最終完成產品的快速成型制作^[4]。在整個過程中，學生需要記錄自己的創作過程，完善形成PPT，在課程結束時進行小組匯報與成果展示。通過這一系列的操作，使學生對3D打印技術的學習興趣更加濃烈，在產品創新制造過程中，學生對理論課程的理解更加深刻，動手能力、表達能力、團隊合作能力、PPT制作能力都得到了提升，符合“新工科”對高校工程應用型人才培養的要求^[5]。

2.2 加強師資建設，提供人才保障

對于強化師資隊伍建設而言，一方面各高校應針對性地從企業或者高校引進3D打印相關專業教師，另一方面邀請企業專家對已有授課教師進行系統的知識培訓。定期進行3D打印技術教研室學習交流會，將自己的學習或者教學心得進行交流分享，提升教師的專業素養。與企業深度合作，借助企業策劃研修班或考察團等模式，進行學習、參觀、交流等活動，深入了解企業運營現況、市場需求、項目技術等，并積極開展與企業的3D打印技術合作，開展相關科學研究，為學院師資團隊建設、教科研發展、人才素質培養提供學習借鑒通道^[6]。通過一系列的手段，提升了專業教師的業務水平，開闊了眼界，形成了一系列企業案例，課堂教學水平也有了顯著的提升。

2.3 深入校企合作，增強人才質量

高職院校作為學生實踐技能提升的主要基地，應積極主動地開拓實踐平臺，為學生提供更具針對性的教學資源，為走向社會工作崗位奠定基礎。而企業為了長遠的發展，高質量的人才是其生存的根本。為了實現合作共贏，校企合作應運而生。高職院校應積極與3D打印領先企業在人才培養、技術革新、社會服務、就業創業等方面深度合作，打造人才共育、技術共研、信息共享、利益共贏、文化共融的校企命運共同體。校企合作實現從“初級版”到“升級版”，從淺表層合作到縱深層合作，從虛體平臺合作到實體平臺合作，從單一合作到全方位合作^[7]。學院人才培養質量顯著提升，合作企業全面發展、效益優良，服務區域經濟轉型升級能力大幅提升。

2.4 推進“互聯網+”，建設網絡陣地

如今，互聯網時技術快速發展，為了滿足時代更迭的現實需要，高職院校需要利用互聯網來推進3D打印技術實踐教學。高職院校可以建立一個集學習、考試、交流于一體的3D打印課程網絡平臺，該平臺具備理論學習、設備介紹、軟硬件使用教程、新聞推送、在線考試、互動交流和資源共享等功能。該網絡平臺既可以豐富實踐教學形式，又可以提高課堂效率，充實學生的知識庫，也是學院對外宣傳的一面旗幟。此外，還可以利用QQ、微信、微博、論壇等新媒體方式宣傳3D打印技術，從而建設好高職院校專業技術領域的網絡陣地。

2.5 加強專業建設，提升專業內涵

3D打印專業的建設一定要經過詳細的專業調研，充分認知專業的廣度和深度，然后對課程進行科學的建設，最終形成人才培養方案。從人才培養方案出發，建立課程結構，形成課程體系，根據學院的實際教學情況，分配基礎課、專業基礎課、專業核心課的比例，分配理論課和實踐課的比例、必修課和選修課的比例。其次，逐步開展數字化教學平臺的開發，如各種三維設計建模、點云數據處理、逆向重構分析與設計、CAD/CAM、數據優化等軟件平臺，提高教師課堂效率，拓展學生學習陣地。采用各種信息化手段來適應專業教學的需求，提升教學質量。

3? 結語

3D打印技術作為一門新興的制造技術，在高校專業教學和培養人才過程中應引起足夠的重視。通過推進教學改革、加強師資建設、深入校企合作和建設網絡平臺，切實提高學生的學習興趣和課堂效果，進一步提高學生對所學專業知識的理解和掌握，培養學生自主學習、自主探索的能力，對培養具有創新創業精神和工程實踐能力的人才具有重要的意義。

參考文獻

[1] 何揚波，陳劍，房飛宇，等.新工科背景下3D打印技術本科教學實驗室的建設[J].實驗室研究與探索，2020，39（1）：275-278，306.

[2] 林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3] 賈興東.構建校企命運共同體協同培養技術技能人才[J].中國高校科技，2017（6）：78-80.

[4] 周映宏.高性能彩色3D打印機噴頭的系統設計與驗證[D].成都：電子科技大學，2020.

[5] 趙小英.基于互聯網+的《3D打印》創新實踐教學課程改革的探索與開發——以貴州理工學院為例[J].科技風，2020（6）：80.

[6] 李蘭新.翻譯轉換理論視角下的3D打印技術文本漢譯報告[D].西安：西安理工大學，2020.

[7] 何裕瓊.職業教育中3D打印技術教學的實踐研究[J].中國多媒體與網絡教學學報，2019（3）：130-131.

基金項目：山西工程職業學院2019年度院級教科研課題（項目編號：JKY-201912）。

作者簡介：趙楠（1991—），女，碩士，助教，研究方向為3D打印技術。