基于3D打印技術的機械制圖教學創新思路淺析

陳賓賓

摘要：機械制圖教學中，經常能夠看到學生因為想象力不足，做不出好的產品問題。為了改變這種情況，本文將利用3D打印技術，調動學生學習能動性，激發學生的學習興趣與創新精神，拓展機械專業知識點與學生的想象力，旨在獲得更好的教學效果。

關鍵詞：3D打印;打印技術;機械制圖;教學思路

前言：在機械專業中，機械制圖屬于非常重要的專業課，特點是實踐與基礎。機械制圖教育，著重引導了學生的空間想象力培養，強化了學生的繪圖能力。學生在學習制圖技術的同時，工程意識、創新能力得到了很好的培養。

一、機械制圖教育現狀與3D打印技術

（一）教學現狀

雖然機械制圖教學中，教師通常都會用模型與教具向學生演示點線面、組合體與立體圖形，但很多學生卻并沒有理解知識要求，無法掌握知識含義。很多學生在學習知識的時候，由于缺少空間想象力，所以學習陷入困境[1]。特別是在裁切立體和組合體圖形的時候，因為學生沒有足夠的空間想象力，導致學生出現了很大的學習壓力。使用多媒體動畫與手工教具，能夠讓學生掌握三視圖投影規律，使用三維圖形轉化二維圖形，不過學生很難做到將二維圖形變成三維圖形。學生無法單純依靠想象實現裝配圖與零件圖，無法達到預期的機械制圖教學目標，很難保障教學效果。

眾所周知，機械制圖是一門實踐、應用并重的課程，但是傳統教育模式中，只考慮理論，忽視了理論和實踐的銜接。部分學生思維不夠靈活，只看重考試分數高低。學生的制圖能力和識圖能力不夠靈活，學生沒有工程素養以及創新意識。

（二）3D打印技術與計算機繪圖挑戰

上個世紀九十年代，社會就已經出現了3D打印技術。該技術屬于立體平面印刷技術，本質為增材制造、層層堆疊。有很多工藝方法使用了該思想，納米堆積、建筑生產中都能看到其身影[2]。3D打印層層堆疊具有高度定制性與高度柔性，零部件外形制造難度并不是很高，制造成本敏感度也比較低。3D打印技術有著非常明顯的優勢，多年的發展，使得其已經在制造業、教育界、高科技、醫療設備、國防與航天中得到廣泛使用。3D打印能夠無限實現學生的創意，學生從模型庫中下載模型，或是自己獨立設計模型，之后打印出來，只要擁有3D打印機，學生就能開辦模擬工廠。

工業革命背景下，生產人員的知識能力要求不斷提高、電腦設備的制造成本大幅度降低，這讓無紙化、三維化成為了今后機械加工的趨勢。3D打印技術成為機械設計全新的思路，3D打印技術需要三維建模的過程。

教學期間，需要教師做好引導，培養學生的空間感知力，鍛煉學生思維能力，有技巧的思考問題。這對教師教學設計與課程分析能力提出更高要求，需要教師創新教學模式，規避傳統模式教學弊端和問題。

二、機械制圖與3D打印技術的結合

（一）教學設計和框架

在3D打印技術逐漸成熟的今天，越來越多的學校開設了3D打印選修課程，傳授學生如何3D打印。從探索和研究經驗中得出，3D打印技術的使用有非常好的效果。這里將以兩種形式討論機械制圖教學中的3D打印技術使用。

第一種模式為，教師在課堂教學中，使用3D打印教具模擬展示與進行繪圖教學。教師在準備換屆，使用多媒體動畫的模型方法，將3D打印機變成實物[3]。使用動畫演示以及視圖展示的方法，吸引學生興趣，并講解知識點。學生此時表現出強烈的學習積極性。學生利用課間時間，相互傳閱教具，學生對比二維圖像與三維實物之間的區別，學生對打印技術建立了全新的理解與印象。機械制圖教學中，這種教學模式的使用，主要為理論教學，有著抽象且很多的課程，學時相對有限。這種模式適合電氣工程自動化、通信工程、電子信息工程、自動化等專業。

第二種模式為，學生親自制作3D產品。機械專業一般有兩個學期學習制圖課程知識，第一學期學習投影規律，第二學期學習cad、裝配圖、零件圖知識。機械專業制圖有著延展性特征，3D打印技術、三維建模知識學習。學生在學習中，逐步形成了工程意識，了解了工程概念。學生使用打印庫模型作為素材，應用3D打印機打印創作。學生在逐漸掌握打印方法以后，產生了濃厚興趣，并開始了獨立的創作，設計各種模型，為模型庫補充新的資源。教師需要將課程考核定位在學生作品是否具有創新性，開發學生潛能。

（二）教學成果

不論是什么課程，教學中的經驗累積都是非常重要的事情。多年的教學設計，才能讓教師不斷補充模型庫，并將其作為教學素材。教師可以將素材庫中的材料打印出來，并在學校的展示柜中展示。學生平時可以觀看學習，教師也可以隨時選擇合適的教具，為學生提供直觀、生動的課堂。學生按照興趣參觀和模仿制作，能夠激發學生的學習欲望。

學生在3D打印課程中，如果操作失誤，沒有制作出合適的產品，那么，教師就可以將學生的作品拿出來，讓學生對比成功作品和失敗作品的區別是什么。此時學生對比實物進行了反思，學生在用心思考中，找到了問題原因，并積極改變模型形狀。學生在3D打印實踐學習中，提升了自身的整體素質，學生創新思維得到了激發。學生創作各種各樣的3D打印產品，學生在打印產品的過程中，創造力得到激發，學生的知識記憶能力和理解水平顯著加強，提高了學生學習自自主性，激發了學生對于知識的學習興趣。

結語：機械制圖教學中，3D打印技術的使用，需要教師精心設計與實踐，這對提高教學效果來說意義重大。3D打印課程的應用，改變了傳統教學方法與模式，學生擁有了更多開放學習與教學渠道，學生在學習中感受到了樂趣。課本知識有了實踐空間與渠道，能夠實現知識與技術結合，是今后人才培養趨勢。3D打印建模，并不單純是為了獲得打印結果，同時也是在學習3D打印技術的時候，讓學生了解什么是三維建模，在學生腦海中形成獨特的理解，活躍學生的思維。

參考文獻：

[1]姜濤.如何在機械制圖教學中運用現代化教學手段[J].科技風，2021，{4}（19）：71-72.

[2]馬學知.機械制圖全線上教學實踐的效果分析[J].農機使用與維修，2021，{4}（07）：111-114.

[3]朱文博，紀?；?，李海淵.理實結合的機械制圖教學改革與實踐[J].上海理工大學學報（社會科學版），2021，43（02）：185-192.