楊 毅 荀 毅 陳志莉 董玉杰 吳 洋 楊俊芳

（1.陸軍勤務(wù)學(xué)院軍事設(shè)施系 重慶 401311；2.桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廣西桂林 541006）

野營裝備器材維修課程涉及野營裝備器材運(yùn)行原理、故障診斷與排查、零部件更換、電路檢查、維修后調(diào)試等內(nèi)容，是保障野營裝備器材安全、可靠運(yùn)行，降低經(jīng)濟(jì)損失的核心技能課程。3D打印技術(shù)是一種結(jié)合多種高新技術(shù)于一體的增材快速成型制造技術(shù)，以3D打印技術(shù)為平臺的實(shí)踐教學(xué)作為一種新的實(shí)踐教學(xué)形式正被越來越多的高校所采納，2018年4月，《全國技工院校專業(yè)目錄（2018年修訂）》在機(jī)械類新增3D打印技術(shù)應(yīng)用專業(yè)。研究3D打印技術(shù)在野營裝備器材維修教學(xué)中的應(yīng)用具有重要的意義。

一、3D 打印技術(shù)應(yīng)用于實(shí)操教學(xué)的現(xiàn)狀

3D打印又稱增材制造，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、醫(yī)療、航空、汽車、電子、食品等各個領(lǐng)域。其基本特點(diǎn)是以計算機(jī)數(shù)據(jù)文件作為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀材料，結(jié)合基層造型法進(jìn)行逐層打印出實(shí)物[1-2]。3D打印技術(shù)在國內(nèi)外高校教學(xué)中已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用。很多高校建立了各具特色的3D打印實(shí)驗(yàn)室并將3D打印教學(xué)過程作為實(shí)踐教學(xué)的一項重要組成部分[3-4]。美國弗吉尼亞的大學(xué)生設(shè)計并制造了一架所有零件均通過3D打印機(jī)制造而成的飛機(jī)模型并且成功實(shí)現(xiàn)飛行[5]；西北工業(yè)大學(xué)利用3D 打印技術(shù)參與了我國國產(chǎn)大型商用客機(jī)C919機(jī)翼中央翼條的制造；海軍航空大學(xué)利用3D打印技術(shù)打印出大小合適、重量輕便的航空儀表設(shè)備及零件[6-7]。南京醫(yī)科大學(xué)開展了3D打印技術(shù)在心血管外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用，取得了較好的效果[8]；湖南工業(yè)大學(xué)將3D技術(shù)應(yīng)用到工程建模設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)零件實(shí)物的快速成型，和快速制造[9]。同時，3D打印技術(shù)也正在為教師開發(fā)課堂教學(xué)創(chuàng)新模式提供強(qiáng)有力的支持，通過把3D打印技術(shù)引入課堂，學(xué)生直接可以觀看3D打印的實(shí)物模型，突破了傳統(tǒng)課堂上費(fèi)時費(fèi)勁單純依靠學(xué)生在大腦中想象的局限性。在機(jī)械工程類的課堂中，利用3D打印技術(shù)可向?qū)W生展示復(fù)雜的機(jī)械零件的生產(chǎn)加工過程；在環(huán)境設(shè)計類的課堂中，利用3D打印技術(shù)能夠向?qū)W生展示三維立體空間模型的室內(nèi)環(huán)境設(shè)計方案；在動畫設(shè)計類課的課堂中，可利用3D打印技術(shù)改善動畫人物的表情與動作設(shè)計；在醫(yī)學(xué)教學(xué)過程中，3D打印為教學(xué)過程提供所需的人體器官、結(jié)構(gòu)模型，增強(qiáng)學(xué)員對人體的理解[10-13]。3D打印技術(shù)為平臺的實(shí)踐教學(xué)作為一種新的實(shí)踐教學(xué)形式正被越來越多的高校所采納。

二、野營裝備器材維修課程面臨的矛盾問題

（一）實(shí)操教學(xué)裝備器材零部件保障供需矛盾突出，嚴(yán)重影響教學(xué)效果

伴隨著實(shí)戰(zhàn)化練兵的不斷深入，裝備使用率大大提升，裝備故障也隨之增加。同時，部隊對裝備維修人才的需求不斷增大，每年裝備維修人才培養(yǎng)任務(wù)逐年上升。然而，現(xiàn)目前，野營裝備器材維修課程主要依托編制內(nèi)裝備器材進(jìn)行教學(xué)，裝備數(shù)量少，培養(yǎng)學(xué)員多，裝備供求矛盾突出，再加上，配發(fā)的裝備在完成教學(xué)的同時還需要肩負(fù)保障任務(wù)，導(dǎo)致裝備使用超負(fù)荷，零部件耗損快。實(shí)際保障和教學(xué)過程中，野營裝備器材不可避免發(fā)生損壞、磕碰，造成零部件破損，甚至大型元器件破壞，使野營裝備器材維修課程的教學(xué)器材保障得不到保障，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。

（二）課程對抽象思維能力要求高，學(xué)習(xí)難度大，沒有模型教具，教員講解容易陷入“空對空”，學(xué)員學(xué)不深，悟不透

野營裝備器材維修課程涉及的裝備類型多、型號多，不同裝備包含的裝置、設(shè)備型號也很多。傳統(tǒng)的裝備器材維修教學(xué)，難以將裝置、設(shè)備細(xì)化拆分，學(xué)員很難掌握了解裝備、裝置、設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造，只能通過反復(fù)背誦來進(jìn)行記憶，導(dǎo)致學(xué)員對知識的掌握仍然停留在感性的認(rèn)知層面。同時，教員講解的過程中，往往是對著設(shè)備講構(gòu)造，看著原理講維修，容易陷入“空對空”的局面，學(xué)員學(xué)習(xí)效率較低，對裝備的性能、工作原理理解不透，難以從三維視角理解裝置設(shè)備的構(gòu)造，以至于裝備拆修過程出現(xiàn)裝置設(shè)備損壞，影響教學(xué)進(jìn)度的同時也導(dǎo)致學(xué)員不能掌握裝備維修的技術(shù)。

（三）授課技術(shù)手段跟不上時代的步伐，與當(dāng)代新技術(shù)在維修中的運(yùn)用存在“代溝”，新的技術(shù)學(xué)不到，舊的手段學(xué)不牢

隨著教學(xué)水平的不斷發(fā)展，教學(xué)模式不斷更新，網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字化成為當(dāng)前教育改革的核心內(nèi)容。與軍內(nèi)、地方成熟的實(shí)操課程相比，野營裝備器材維修課程起步晚、基礎(chǔ)差、教學(xué)手段、教學(xué)方法單一，教學(xué)模式傳統(tǒng)，教學(xué)形式簡單，造成學(xué)生對于野營裝備器材維修課程的積極性不高，不利于士官職業(yè)技術(shù)教育實(shí)踐類課程教學(xué)水平的提高。特別是《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》、雙萬計劃的實(shí)施，地方實(shí)操維修課程的基礎(chǔ)條件得到了進(jìn)一步的提升。新技術(shù)、新方法、新手段在教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用層出不窮，前沿科技與專業(yè)學(xué)科交叉與結(jié)合的例子不勝枚舉，形成了一批具有專業(yè)特色的實(shí)踐教學(xué)課程。與之對比，野營裝備器材維修課程的教學(xué)條件、教學(xué)手段方法還有較大的提升空間。

三、3D 打印技術(shù)引入野營裝備器材維修課程的作用

一是利用3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝備器材零部件的快速生成更換，解決實(shí)操教學(xué)裝備器材零部件保障供需矛盾，提升學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，提高野營裝備器材維修教學(xué)效果。

3D打印技術(shù)以快速成型為核心優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)個性化制造、縮短研制周期、提高材料利用率，為野營裝備器材零部件供應(yīng)提供新的解決方案，做到有的放矢，解決裝器材維修過程中故障不確定性帶來的零部件配備的不確定性。同時，根據(jù)3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，開展野營裝備器材維修實(shí)踐教學(xué)改革研究，提出基于3D打印技術(shù)的野營裝備器材維修教學(xué)模式，解決傳統(tǒng)裝備維修教學(xué)過程中，老師“滔滔不絕”，學(xué)員“稀里糊涂”的困境，讓零部件做全身“CT掃描”，真正讓學(xué)員理解修什么、怎么修，如何下手修等野營裝備器材維修技術(shù)方法。另一方面，教學(xué)過程中，融入新的技術(shù)，新的手段，有利于提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，提升他們的綜合職業(yè)素養(yǎng)。

二是開展基于3D打印技術(shù)的野營裝備器材維修教學(xué)，將課程內(nèi)容與3D打印技術(shù)相結(jié)合，利用3D打印技術(shù)的優(yōu)越性幫助學(xué)員更好地掌握專業(yè)知識，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中激發(fā)創(chuàng)新思維，在實(shí)踐過程中鍛煉動手能力。

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢是能夠根據(jù)用戶的需求，制作出不同的打印模型，滿足教學(xué)的需求。野營裝備器材維修課程涉及的裝備類型多、型號多，難以將裝置、設(shè)備細(xì)化拆分。借助3D打印技術(shù)，結(jié)合裝備維修實(shí)際需要，根據(jù)學(xué)員學(xué)習(xí)需求，通過建立不同的裝置、設(shè)備3D打印模型，自行設(shè)計，確定各設(shè)備、零部件的操縱面，如淋浴車混水閥、過濾器等，按照設(shè)計尺寸對不同部件三維模型分別打印，形成不同零部件的剖面結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)員直觀的、具體地感受裝備器材的三維立體結(jié)構(gòu)，真正理解吃透其基本原理、內(nèi)部構(gòu)造、運(yùn)行方式。通過此過程的不斷重復(fù)，讓學(xué)生扎實(shí)地掌握所學(xué)知識，同時也在動手過程中收獲了成就感。

三是開展基于3D打印技術(shù)的野營裝備器材維修教學(xué)，推進(jìn)新技術(shù)、新方法進(jìn)課堂，是教學(xué)模式的突破，更是教學(xué)理念的更新，特別是對軍校裝備實(shí)操課程教學(xué)，將是一次深層次的改革，必將對今后的野營裝備器材維修課程教學(xué)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

隨著制造科技水平不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)療行業(yè)、建筑行業(yè)嶄露頭角。國內(nèi)不少學(xué)校已經(jīng)將其引入課程教學(xué)中。開展3D打印技術(shù)進(jìn)野營裝備器材維修課堂，是對3D打印技術(shù)進(jìn)入維修課程教學(xué)的一次良性探索，摸索出一套適用于野營裝備器材維修教學(xué)的3D打印技術(shù)運(yùn)用方法體系，對于探索如何利用高新技術(shù)進(jìn)課堂具有重要的示范效應(yīng)。

四、野營裝備器材維修課程引入3D 打印技術(shù)的方法

（一）理論研究與實(shí)踐操作相結(jié)合

采用理論研究對3D打印技術(shù)的特點(diǎn)、優(yōu)勢，主要應(yīng)用領(lǐng)域，存在的問題等進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)合野營裝備器材維修課程的特點(diǎn)，找到二者之間的切合點(diǎn)。野營裝備器材維修實(shí)操教學(xué)采用“講授式”與“交互式”教學(xué)方法相結(jié)合的方式，對課堂教學(xué)進(jìn)行重塑，將3D打印技術(shù)“直觀性”、“可視性”特點(diǎn)融入傳統(tǒng)教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)野營裝備器材維修知識的“情景化”。充分發(fā)揮3D打印能夠制造教學(xué)模型的優(yōu)勢，讓學(xué)員能夠在教學(xué)過程中感受到實(shí)物，讓學(xué)生更加直觀地去接觸特定實(shí)物，讓學(xué)員能夠在學(xué)習(xí)的過程中有更加深刻的體驗(yàn)，加深其對于抽象知識的了解和認(rèn)識，從而加深對于知識的理解。

（二）抽象思維與形象設(shè)計相結(jié)合

3D打印技術(shù)運(yùn)用到野營裝備器材維修課程教學(xué)離不開抽象思維。二維平面模型與三維空間模型的相互切換是實(shí)現(xiàn)二者融合成敗的關(guān)鍵。一方面，要利用抽象思維的方法，讓學(xué)員對三維實(shí)體的二維表現(xiàn)形式熟悉吃透，同時，又能夠?qū)Ⅻc(diǎn)、線、面的簡單二維模型在大腦中抽象成三維實(shí)體模型。另一方面，利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)野營裝備器材零部件打印，讓學(xué)員學(xué)會將抽象思維的模型轉(zhuǎn)化為零部件的實(shí)體三維設(shè)計，利用形象設(shè)計方法實(shí)現(xiàn)零部件的3D打印解體，為后續(xù)3D打印野營裝備器材維修零部件打下基礎(chǔ)。

（三）過程控制與結(jié)果導(dǎo)向相結(jié)合

野營裝備器材維修課程中應(yīng)用3D打印技術(shù)必須注重將過程控制與結(jié)果導(dǎo)向相結(jié)合。目前，3D打印技術(shù)的運(yùn)用還受限于打印技術(shù)的步驟、精度及過程控制。將其運(yùn)用到野營裝備器材維修實(shí)操教學(xué)中，須對每一個步驟進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)，需要制定嚴(yán)格的、詳細(xì)的教學(xué)實(shí)施方案，做到有的放矢。零部件測繪要控制精度，模型構(gòu)建要滿足后續(xù)要求，針對不同的零部件要有具體的、詳細(xì)的3D打印作業(yè)方案等等，過程控制得當(dāng)，后續(xù)教學(xué)的實(shí)施才能順利進(jìn)行。注重過程控制的同時也要堅持野營裝備器材維修課程改革的目的性。必須樹立3D打印技術(shù)為野營裝備器材維修教學(xué)服務(wù)的思想，始終將裝備維修教學(xué)效果作為3D技術(shù)融入野營裝備器材維修課程的目標(biāo)，學(xué)員對野營裝備器材維修技術(shù)、方法、手段的掌握是課程的核心目的，摒棄“技術(shù)優(yōu)先”思維，防止將野營裝備器材維修教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤?D打印技術(shù)實(shí)踐教學(xué)”，防止實(shí)踐教學(xué)改革偏離方向，走了樣。

（四）定量分析與定性研究相結(jié)合

將3D打印技術(shù)應(yīng)用到野營裝備器材維修課程的實(shí)踐過程中，要注重定量測定與定性分析相結(jié)合。一方面要運(yùn)用定性分析方法，歸納、演繹、綜合分析3D打印技術(shù)與野營裝備器材維修教學(xué)改革過程中呈現(xiàn)的特點(diǎn)、現(xiàn)象以及學(xué)員的切身體會，在此基礎(chǔ)上，探索出適合于二者有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，提煉出切實(shí)有效的教學(xué)手段、重塑教學(xué)過程組織，精簡教學(xué)過程設(shè)計。另一方面，要運(yùn)用定量分析的方法，對教學(xué)過程、學(xué)員學(xué)習(xí)的效果進(jìn)行統(tǒng)計分析評價，更加科學(xué)、準(zhǔn)確的反應(yīng)基于3D打印技術(shù)的野營裝備器材維修教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)之間的區(qū)別和聯(lián)系。

五、結(jié)束語

將3D打印技術(shù)應(yīng)用到野營裝備器材維修課程，對于培養(yǎng)“實(shí)用、能用、好用”的裝備操作維護(hù)士官人才，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，創(chuàng)新教學(xué)模式，突出學(xué)員的主體地位具有重要作用。在實(shí)施過程中，要注重方式方法的運(yùn)用，強(qiáng)化野營裝備器材使用與維護(hù)的專業(yè)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能的理解和學(xué)習(xí)，防止主要教學(xué)目標(biāo)的偏移，要注重對教學(xué)過程、學(xué)員學(xué)習(xí)的效果的跟蹤分析評價，找準(zhǔn)制約野營裝備器材維修課程與3D打印技術(shù)融合的關(guān)鍵因素。