董曉倩

摘要：3D打印技術為高職教育打開一扇新的窗戶，研究和探索3D打印技術在不同的教學階段、教學層次的課堂教學實踐活動中和高職教學的契合點，利用3D打印技術深化高職課堂教學改革，提升學生綜合應用能力，有效地促進高職教學水平的實質提升。

關鍵詞：3D打印;課堂教學改革;學生實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）07-0092-02

Abstract：3D printing technology opens a new window for Higher Vocational Education，Research and exploration of 3D printing technology in different teaching stages， teaching levels of teaching practice and higher vocational teaching point of agreement. Deepening classroom teaching reform in higher vocational colleges by using 3D printing technology， promoting students' comprehensive application ability and effectively promoting the essential promotion of teaching level in higher vocational colleges.

Key words：3D printing;the reform of higher vocational teaching;curriculum integration

3D打印技術被喻為第三次工業(yè)革命，將對傳統(tǒng)制造業(yè)、工業(yè)設計、汽車、航空航天、土木工程、醫(yī)療生物工程、地理信息系統(tǒng)、教育等各個行業(yè)和領域產生深刻的影響。世界很多工業(yè)強國都將3D打印作為未來產業(yè)發(fā)展的新型增長點，制定推動3D打印發(fā)展的戰(zhàn)略和措施。我國也于2015年發(fā)布《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2015～2016年）》以及《中國制造2025》從國家戰(zhàn)略提出3D打印發(fā)展方向和目標，明確提出利用3D打印技術提升傳統(tǒng)產業(yè)，促進產業(yè)增效升級[1]。將3D打印這種綜合性、交叉性的前沿制造技術滲入高職教育課程教學改革中，對推進課堂教學內容深化，學生的綜合應用能力提高有著重要的意義。

1 3D打印技術原理

3D打印即三維打?。═hree-Dimensional Printing）技術，是一種新型快速成型技術，使用AutoCad、SolidWorks等三維建模軟件繪制建立數字化模型，或者DIY掃描設備獲取對象的三維數據，通過點云數據處理，模型修復等逆向建立對象三維模型，以此模型為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過分層加工、迭加成型等形式，逐層增加材料生成3D實體。在技術的某些方面3D打印和噴墨打印機技術相近，通過特殊的設備將材料一層層噴涂或者熔結到三維空間，形成所需要的對象。一般來說，通過3D打印獲得一件物品，需要經歷建模、分層、打印、后期處理四個主要階段，其具體流程如圖1所示。

2 3D打印深化高職課堂教學改革

3D打印技術為高職教育打開一扇新的窗戶，研究和探索3D打印技術在不同的教學階段、教學層次的教學實踐活動中和高職教學的契合點，利用3D打印技術促進高職課堂教學改革，提升學生的綜合應用能力和素質，具有重要現實意義。

1）3D打印技術豐富深化了課程教學內容

在中國制造向中國創(chuàng)造邁進，企業(yè)產品向多樣化個性化發(fā)展的時代大背景下，3D打印技術推進了“智能化創(chuàng)新”的新型模式，促進了制造業(yè)轉型升級，加速制造業(yè)和信息化產業(yè)的深度融合，提高企業(yè)的綜合競爭能力。為適應社會需求，高職院校在傳統(tǒng)專業(yè)的基礎上開設3D打印相關專業(yè)和相關課程，如Solidworks、3DMax、3D打印技術、3D測量技術、逆向建模技術等，培養(yǎng)學生掌握最新CAD/CAM/CAE應用技術，具有較強的模具設計與制造操作技能。3D打印相關專業(yè)和課程的開設，拓寬了高職專業(yè)建設的緯度，體現高職專業(yè)建設的時代性、豐富了高職課程教學內容，以3D打印及相關技術作為教學內容，面向中國智能制造業(yè)拓展職業(yè)技能體系，使高職教育的教學內容體系和社會發(fā)展緊密相關更趨完善。

2）3D打印豐富了課堂教學方法和教學手段

3D打印設備及相關技術便于塑造可重用的多態(tài)教育對象，可快速打印出用于教學輔助的模型、模樣等教具，在一定程度上為一些專業(yè)的實踐教學和科研工作增添了新的方向和契機，將3D打印設備應用到各專業(yè)的教學領域中，為師生提供教學和科研上的支持。

傳統(tǒng)的《工程制圖》《機械設計基礎》《汽車構造》《電氣自動化》《嵌入式系統(tǒng)》等課程，立體器件的內部結構比較復雜需要比較抽象的空間思維能力，當老師講解復雜的理論如截交線、相貫線或者解釋汽車變速箱結構、電動機原理、嵌入式系統(tǒng)時，多是通過模型、掛圖或者視頻向學生講解，傳統(tǒng)的教學方法無法直觀形象的展現器件的立體全貌，學生只有感性認識，難以想象零件的結構和形狀，而且傳統(tǒng)的教學模型成本高、易損壞，視頻播放速度快，難以激發(fā)學生們的學習積極性和樂趣[3]。

以3D打印作為認知工具，傳統(tǒng)的理論教學結合3D打印成型，制造出和課程配套相應的模型、教具，使教學資源庫的內容更加豐富和立體化。圖2是以3D打印技術為支撐打印《工程制圖》課程部分教學模具。

圖3是以3D打印技術為支撐打印《機械設計基礎》課程部分教學模具，使學生能夠直觀接觸和了解課程相關的工作工具、零部件之間的安裝配合、傳動原理。通過立體、直觀、可觸摸的教具使課堂教學更加生動活潑，有利于教師“教”也方便了學生“學”。

利用3D打印技術打印《汽車構造》課程中各種實體汽車的微型部件如發(fā)電機模型、汽車減速器等，便于了解其零部件之間的安裝配合和測試等過程的學習，可大大節(jié)約學生實車裝配的練習時間和實物損耗。《嵌入式系統(tǒng)》等電信專業(yè)的課程中亦可利用3D打印機打印嵌入式微處理器及其管腳、存儲器內部結構、寄存器及其外圍電路，使教學內容更加豐富多彩形象生動[4]。

通過 3D打印的教具模型將學生空間思維、抽象思維形象化、實物化，在學生剛接觸專業(yè)理論的前期，對應的抽象思維和空間思維能力還沒形成之時，為學生提供感性認知，讓枯燥的理論課程更加直觀生動，讓學生在觀察中不斷修正自己的知識體系，獲取直接的經驗，對于培養(yǎng)學生的思維能力有很好的促進作用。通過3D打印制作出生動的教學課件，有利于提高學生的理解能力，增強學生的學習主動性。

借助3D打印技術改善了教學方法，更新了教學手段，教師的教學從傳統(tǒng)的二維到多維交互可能性實現，學生從讀圖、平面視頻向讀實際物體的空間拓展，將抽象的理論概念變化成可觸摸的有趣的空間實物問題進行解決。

3）3D打印拓寬了實踐教學的廣度和深度

基于課堂教學需求，創(chuàng)建學生自主管理、全方位開放的3D打印實驗室，讓學生利用學習到的知識動手制作教具、學具，學生通過邊學習，邊制作，邊觀察組裝這些教具，加強了與課堂的交互活動和協作學習，使教學內容更加具體化、立體化和實用化。學生在制作過程中與教學模型互動，觀察、動手制作、參與合作等能力都得到全面的提升，從多種維度增加對教學內容的了解，在制作過程中體驗學習的理論知識，質感增強。同時能夠在邊學邊制作過程中培養(yǎng)學生的興趣、增進師生交流，增強師生實踐能力、創(chuàng)新意識和科研能力，整體綜合能力素質得以鍛煉和培養(yǎng)。

在制作教具、學具的基礎上進一步拓展訓練，增加課堂的開放性，循序漸進逐步增強相應學科對學生的吸引力，加深其對知識的理解掌握和綜合運用。以汽車專業(yè)的教學為例，如圖4流程圖所示，在完成《工程制圖》《機械設計》《汽車構造》等課程的基礎上，為全面了解汽車內部的構造知識和運作原理，學生可成立興趣小組，自行設計汽車內部的主要元器件模型，并利用3D打印機打印模型、試組裝運行微型實車。

在課程教學過程中，3D打印機作為學習工具、教學用具、生產工具同時加以使用，學生可就真實的問題情景，將抽象的理論知識直接具體化?；?D打印機的快速成型能力，學生能及時將理論學習、設計和項目成果建立直接的聯系，直接將設計轉化為作品，并能夠隨時調整和改進過程中的局限和不足之處，在知識和技能，理論和現實之間架起來橋梁。

3總結和展望

高職教學領域內應用3D打印技術完善課堂教學內容，豐富教學手段，提高教學質量，深化課堂教學改革，促進課堂教學取得良好的教學效果及其學生的綜合應用能力和素質提高具有重要的現實意義。

如何利用3D打印技術使課堂的理論教學內容更加趨向實用化和社會化，使學生學到的知識能夠進一步轉變?yōu)樯鐣a力，是我們進一步思考和展望的方向。在更多的學生更好地掌握專業(yè)知識和3D打印技術的基礎上，能夠進一步拓展3D實驗室的多元化功能，加大和校外企業(yè)的合作、讓實驗室能夠創(chuàng)造出經濟效益，促進教、學、做、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的一體化的良性循環(huán)。

參考文獻：

[1] 李青，王青.3D打印：一種新興的學習技術[J].遠程教育雜志，2013，31（4）：29-35.

[2] 李升，顏志勇，李思思，等.基于3D打印技術高職教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究[J].技術與市場，2016，23（6）：431.

[3] 安芬菊，李德榮，俞國燕，等.3D打印在工程訓練中教學組織的研究[J].實驗科學與技術，2018，16（2）：138-140.

[4] 張志勇，唐永林，邢國春，等.基于3D打印技術的高職高專院校嵌入式系統(tǒng)課程教學改革探析[J].長春師范大學學報，2015，34（12）：90-93.

[5] 朱紅萍.高職制造類課程融合3D打印技術的教改探究[J].教育教學論壇，2018（12）：247-248.

【通聯編輯：代影】