蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院 施紀紅

創(chuàng)客時代3D打印技術(shù)在高職創(chuàng)意電子課程中的應(yīng)用研究

蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院 施紀紅

針對電子產(chǎn)品設(shè)計與制造的特點和要求，將3D打印技術(shù)引入專業(yè)選修課《創(chuàng)意電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作》的教學(xué)和實踐活動中，配合課內(nèi)教學(xué)體系，設(shè)置了“初-中-高”三層次課外創(chuàng)新制作項目，采用基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的混合式教學(xué)方法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，加強了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，取得了良好教學(xué)效果。

3D打印技術(shù)；創(chuàng)意電子；創(chuàng)客教育

1 背景

2014年9月李克強總理首次提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的號召；2016年6月，教育部印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》，提出有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用。由創(chuàng)客運動引發(fā)的創(chuàng)客教育熱潮，正式進入國家層面的教育發(fā)展規(guī)范。

“創(chuàng)客”(Maker)，是指那些出于自身興趣與愛好，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的人，他們注重在實踐中學(xué)習(xí)新知識、新技能，強調(diào)創(chuàng)意思維、創(chuàng)造能力和創(chuàng)業(yè)精神的結(jié)合；而創(chuàng)客教育就是以3D打印、互聯(lián)網(wǎng)等新興科技為基礎(chǔ)，以創(chuàng)客空間重構(gòu)主要學(xué)習(xí)環(huán)境，以創(chuàng)造性實踐活動為主要學(xué)習(xí)過程，在實踐過程中學(xué)習(xí)各種學(xué)科以及跨學(xué)科知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動手實踐能力的教育，這也是當代高職教育的目標。

2 3D打印技術(shù)對電子產(chǎn)品設(shè)計課程的影響

3D打印技術(shù)是創(chuàng)客教育的一個重要技術(shù)基礎(chǔ)。3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)[1]。這種技術(shù)能夠?qū)㈦娔X里的虛擬3D數(shù)字模型快速地打印出3D實物。桌面3D打印機的普及，讓個性化的零部件與外觀的快速制作成為可能。

3D打印技術(shù)對電子產(chǎn)品設(shè)計課程的影響非常巨大。第一，制作個性化的外觀成為可能。在以往的課程中師生關(guān)注點主要是電子線路功能的設(shè)計與測試。課程成果永遠是一個外觀基本一樣的電子線路板類型的半成品。在這個顏值當?shù)赖哪甏藘?nèi)在的功能，學(xué)生更加希望有不同的外觀展示自己的個性與創(chuàng)造力。獨特外觀的設(shè)計是學(xué)生自我個性的展現(xiàn)，可以更好地激發(fā)學(xué)生的設(shè)計欲望和動力。使用3D打印技術(shù)后可以不考慮傳統(tǒng)開模方法的成本，快速經(jīng)濟地制作出樣品的外觀。第二，跳出專業(yè)限制，從制造者、使用者角度去考慮一個產(chǎn)品的設(shè)計。一個真實的產(chǎn)品不能僅考慮電子功能的簡單實現(xiàn)，還需考慮電子部件和機械部件的配合、電路板和外觀的配合、產(chǎn)品材料對電子功能的影響、制造者的可裝配性、使用者的方便性等等。3D打印技術(shù)可以迅速、直接地加工出樣品的關(guān)鍵零部件，進而進行預(yù)組裝、可裝配性測試、可使用性測試。利用高級金屬3D打印機制作的零部件組裝的電子產(chǎn)品還可以進行散熱測試、電磁兼容測試及其他電氣性能的測試[2]。

3 3D打印技術(shù)在課外選修課《創(chuàng)意電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作》中的應(yīng)用

3.1 課程的前身

本課程的前身是《電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作》，教師和學(xué)生的關(guān)注點是產(chǎn)品功能的實現(xiàn)，注重電子線路的設(shè)計能力和焊接組裝技巧的培養(yǎng)。課程中制作出的一塊塊線路板，由于零件外露、線頭凌亂，很容易損壞，不能真正投入到生活中使用，而且這個幾乎一模一樣的電子半成品不能有效地展示學(xué)生的成果和個性，所以在測試完成后就被學(xué)生扔進了垃圾回收箱。

回顧電子類學(xué)生的專業(yè)課程體系，基本不涉及審美、造型、創(chuàng)意和材料的應(yīng)用，所以我們培養(yǎng)的學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的電子電氣功能，但是有時卻缺少樂趣、創(chuàng)意和審美。如果我們能將3D打印技術(shù)引入課程，將使單調(diào)的電子電路板設(shè)計變成真正的電子產(chǎn)品設(shè)計，這不僅能夠激發(fā)學(xué)生的設(shè)計、創(chuàng)作熱情，還能有效地幫助學(xué)生逐漸發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程中除了線路板外還需要考慮的更多實際問題，并想方設(shè)法采用合理化的措施進行補救改正。

3.2 《創(chuàng)意電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作》課程的實踐教學(xué)框架

由于專業(yè)課程體系設(shè)置的限制，《創(chuàng)意電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作》作為課外專業(yè)選修課分三個學(xué)期開設(shè)，每學(xué)期32學(xué)時。配合學(xué)生課內(nèi)課程的學(xué)習(xí)，本課程分成初級、中級、高級三個層次，分別要求學(xué)生具有一定電工電子技術(shù)基礎(chǔ)、掌握一定單片機技術(shù)、熟悉嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建方法等。課程的設(shè)置框架如表1，課程項目的選擇均和課內(nèi)學(xué)習(xí)課題相關(guān)，具有一定的鞏固和拓展性。以初級課程為例，設(shè)計了4個項目。這4個項目分別配合課程OTL功率放大電路（創(chuàng)意小音箱）、反射式的紅外報警電路（創(chuàng)意陽臺報警器）、聲控延時電路（創(chuàng)意小夜燈），脈寬調(diào)制電路(創(chuàng)意臺燈)進行拓展應(yīng)用。這四個電路配上個性化的外殼，就變成了一個真正的電子產(chǎn)品，而不再是一個DIY的電子小制作了。同時在中高級課程中設(shè)計了自我創(chuàng)意項目，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意創(chuàng)造作品。該課程采用基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的混合式教學(xué)方法，強調(diào)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、動手實踐能力、團隊合作能力的培養(yǎng)。教師提出功能要求，推薦經(jīng)典的實現(xiàn)方案；學(xué)生以小組方式，分工合作。組內(nèi)部分同學(xué)根據(jù)推薦自主查找資料、設(shè)計電子線路板、刻板焊接、實現(xiàn)規(guī)定的功能；部分同學(xué)負責(zé)創(chuàng)意設(shè)計作品的3D數(shù)字外觀，打印3D實物、配合線路板進行修模裝配；最終通過磨合形成個性化的作品。在一個個項目的完成中，學(xué)生不僅要完成電子功能的設(shè)計，還需要進行外形、顏色、材質(zhì)的選擇與設(shè)計，最終通過3D打印機將電子產(chǎn)品的功能與外觀結(jié)合起來，使作品變成一個真正可以使用的電子產(chǎn)品，這個過程極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力[3]。

表1 《創(chuàng)意電子產(chǎn)品的的設(shè)計與制作》課程框架表

4 結(jié)束語

該課程在電子線路設(shè)計的基礎(chǔ)上，配合3D打印實體的觸覺體驗，讓學(xué)生的想象變成現(xiàn)實，達到“所思即所得”的教學(xué)效果。學(xué)生通過做中學(xué)、學(xué)中做、做中創(chuàng)，應(yīng)用3D打印技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，通過動手設(shè)計深度體驗了創(chuàng)造的快樂，激發(fā)了學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)和創(chuàng)意智造的熱情，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)造設(shè)計能力。

[1]王美.基于3D打印技術(shù)的特色課程研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2015(25)∶120.

[2]張波.電子產(chǎn)品制造中3D打印技術(shù)的應(yīng)用探討[J].應(yīng)用科技,2017(01)∶291.

[3]賴麗花.基于社團選修課的創(chuàng)客教育模式研究[J].中國教育信息化,2016∶13.

施紀紅，1976年出生，江蘇句容人，本科，講師，研究方向：電子工藝與管理。

蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017年度院級教改重點課題“創(chuàng)客教育背景下的大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力課外培養(yǎng)模式的探索與實踐”(編號：JG201701)。