嚴劍剛,吳 鏑,劉 賽
(上海第二工業(yè)大學 工程訓練中心,上海201209)
3D打印是近年來逐漸興起的熱門技術(shù),在國內(nèi)外以星火燎原之勢迅猛發(fā)展[1]。3D打印技術(shù)歸根到底是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的延伸。它拓展了人類的知覺和感覺,促進了人類思維的發(fā)展,將3D打印與課堂教學融合在一起,能夠刺激學生的感官,從而激發(fā)學生學習的興趣[2]。發(fā)達國家已經(jīng)開始探索3D打印技術(shù)對教育的影響,并成立了相關(guān)項目用以促進3D打印技術(shù)與教育的融合[3]。2015年國家工業(yè)和信息化部出臺《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進技術(shù)(2014—2016)》[4]。更要求我們加快對3D打印技術(shù)教學的改革,適應社會的需求。
將這新興的3D打印技術(shù)和現(xiàn)有高校的教學體系融合并協(xié)同發(fā)展[5],不僅僅是重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一,也是達成培養(yǎng)學生利用增材技術(shù)創(chuàng)新精神和實踐能力的重要手段。目前我校3D打印的教育仍處于起步階段,實際教學中仍存在一些問題:①“3D打印技術(shù)”是面向全校的公選實踐課程,學生對三維設計的理解不一,課時又有限,學生消化理解的時間有限,阻礙了學生的設計能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng);② 思想政治教育和“3D打印技術(shù)”課程仍然“各行其道”,沒有交叉,沒有滲透,沒有融合,沒有凸顯出思想政治教育在卓越工程意識和能力培養(yǎng)過程中的引領輻射作用[6];③ 3D打印設備價格相對較高,設備有限,學生多,做到每個學生都能操作比較困難,影響了學生實踐的積極性。
因此根據(jù)我校實際情況,從教學目標、教學內(nèi)容設計、學習能力訓練、技能競賽出發(fā),將課程思政融入到“3D打印技術(shù)”課程中,并通過運用網(wǎng)絡教學方式,根據(jù)不同層次學生建立不同的教學案例,摸索課程教學模式。彌補目前“3D打印技術(shù)”在實際教學中的不足,提升學生的學習興趣和綜合競爭能力,樹立正確的人生觀和價值觀[7],提高教學效率和教學質(zhì)量,推動應用型人才培養(yǎng)的教學方式的改革。
新模式下“3D打印技術(shù)”公選實踐課程把職業(yè)道德、職業(yè)心態(tài)和職業(yè)意識納入教學內(nèi)容當中[8],對原有的教學內(nèi)容做相應的補充和刪減,并且教學方法也應該得到相應的調(diào)整,以便更好地激發(fā)學生對于課程的興趣,提升教學質(zhì)量和效率。
網(wǎng)絡教學方式將單一的課堂教學擴展到課外,突破傳統(tǒng)教學的時空限制,發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體性作用,改變了“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學模式,實現(xiàn)以學生為中心的“主導+主體”的教學結(jié)構(gòu)[9]。
通過“3D打印技術(shù)”公選實踐課程的學習,拓寬學生的知識面,了解3D打印的設備與設計原理,以及相應的各種3D打印方式和其應用。會操作一種3D打印設備,能夠具備初步的工程實踐素養(yǎng),學習到先進制造技術(shù)的理念與工程技術(shù)的集成與應用。在教學中把培育和踐行社會主義核心價值觀融入教書育人全過程,將學科資源、學術(shù)資源轉(zhuǎn)化為育人資源,實現(xiàn)“知識傳授”和“價值引領”有機統(tǒng)一,加強工匠精神教育[10]。激發(fā)學生動手、動腦、勇于創(chuàng)新的積極性,培養(yǎng)學生嚴謹、認真、踏實、勤奮的學習態(tài)度和工作作風,拓展其創(chuàng)新思維意識及提高動手技能。
“3D打印技術(shù)”是面向全校學生的一門公選實踐課程,是應用型高等院校學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)過程中重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一。由于學生包含了機械類與非機械類,而且學生的興趣也不盡相同,所以必須建立一系列典型、實用、難度階梯化的3D打印教學案例來引導學生。
1.2.1 教學內(nèi)容與進度安排
圍繞培養(yǎng)工匠精神的教學目標,將工匠精神貫穿課程教學始終。把培養(yǎng)學生耐心、專注、堅持的工作精神滲透到教學內(nèi)容與進度中(見表1)。
1.2.2 教學案例
教學案例應明確設計方案、技術(shù)要點、創(chuàng)新點等[11],難度要求梯度化,滿足不同層次或要求的教學環(huán)節(jié)。
(1)演示案例。演示案例可用“七巧板”“高腳杯”等簡易的模型入手。利用UG8.0三維設計軟件,通過拉伸等命令,設計一款無支撐填充實體——七巧板[12](見圖1);或是通過回轉(zhuǎn)等命令,設計一個高腳杯。并用UP!3D打印機進行打印與拆卸。
此案例可以針對沒有任何基礎的學生通過三維設計軟件的簡單操作,把大家熟知的七巧板、高腳杯,運用3D打印技術(shù)完成模型制作。這樣容易提升學生學習的興趣,為后續(xù)拓展其創(chuàng)新思維意識及提高動手技能提供保障。
(2)綜合型案例。綜合案例用“螺桿與螺母的組合件”(見圖2)、“球于盒中”“漸開線齒輪”等典型的組合體模型。要求學生通過三維軟件設計,熟悉切片方法,探索優(yōu)化打印質(zhì)量的技巧,檢驗裝配后效果。進而進行誤差的修復,最終完成作品。
此案例可以針對略有機械基礎或已掌握前述案例的學生通過三維設計軟件的拉伸、螺紋、抽殼、陣列等命令,了解機械的簡單裝配的原理,最終把兩個零件裝配在一起。綜合型的案例幫助學生掌握合理的實驗方案,深入掌握3D打印的工藝,優(yōu)化學生的創(chuàng)新知識結(jié)構(gòu)。
表1 教學內(nèi)容與進度安排Tab.1 Teaching content and schedule
圖2 螺桿、螺母Fig.2 Screw rod,nut
圖3 微信公眾號Fig.3 WeChat public number
當代大學生作為新生的一代,對新事物有著強烈的興趣。建立微信公眾號(見圖3)、慕課,讓師生間的溝通變得更為快捷,并且不再局限于文字,包括圖片、語音、視頻等,也無需付費。學生可以利用業(yè)余時間提前進行學習,如有疑問可以隨時發(fā)問題到平臺,這樣使答疑的方式更便捷,彌補了課時有限,學生層次不一等傳統(tǒng)教學方式的缺陷。
“3D打印技術(shù)”公選實踐課程的學生專業(yè)不同、年級不同,采用團隊學習的機制,可以降低學習的難度,發(fā)揮不同專業(yè)的特長,提高學生間的團隊協(xié)作能力。正是公選實踐課程的特點,讓每一個學生都有動手的機會,提前感受今后邁入社會后的分工協(xié)作機制,響應學校應用型人才培養(yǎng)的辦學定位。
根據(jù)學生數(shù)量由4~5人組成一組,上課時以小組為單位安排實驗設備,并以項目導入方式要求學生完成指定的考核。成員間可以建立微信群,課外也能進行無障礙溝通,共同問題在微信公眾號內(nèi)交流。這樣學習能更加深入,學生間合作能更加緊密,最終小組的作品也能更加豐富和多元化。
對于學有余力的學生提倡參加各項技能競賽,提高學生工程實踐能力。在2017年上海市第七屆大學生工程訓練綜合能力競賽中(見圖4),指導的兩個團隊在以3D打印技術(shù)為主題的無碳小車“S”和“8字”競賽中包攬了兩個項目特等獎。通過競賽更好地為工程訓練教學服務,提升了學生學習的興趣,達到了應用型人才培養(yǎng)的目的。
圖4 技能競賽Fig.4 Skill competition
“3D打印技術(shù)”公選實踐課程融入課程思政、網(wǎng)絡教學方式,建立適合當下的教學目標、教學內(nèi)容設計、學習能力訓練、技能競賽,是現(xiàn)代教育技術(shù)在實踐教學中的一個重要應用。有利于優(yōu)化學生的創(chuàng)新知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、完善學生的創(chuàng)新思維、塑造學生的創(chuàng)新人格,推動了應用型人才培養(yǎng)的教學方式的改革。