劉文康 王黎航

（1.浙江科技學院自動化與電氣工程學院 浙江 杭州 310023；2.浙江科技學院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院 浙江 杭州 310023）

新工科建設(shè)旨在培養(yǎng)一批實踐能力強、綜合素質(zhì)高、理論基礎(chǔ)深厚、思維能力突出、善于主動學習的復(fù)合型人才［1］。習近平總書記于2018年9月10日在全國教育大會上號召高校加強大學生的勞動教育，引導學生崇尚勞動、尊重勞動，懂得勞動最光榮、勞動最崇高、勞動最偉大、勞動最美麗的道理，長大后能夠辛勤勞動、誠實勞動、創(chuàng)造性勞動［2］。工程訓練實訓課程在本科教育中起到了舉足輕重的作用，作為本科教育必修課程之一，其在工程教育中具有重要意義［3］。工程訓練實訓課程可以達到理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)和鍛煉學生綜合能力的目的［4］。針對面向新工科對創(chuàng)新實踐人才的培養(yǎng)要求，就需要高校在現(xiàn)有的實踐教育體系下進行新的探索，與創(chuàng)新教育更好地結(jié)合，培養(yǎng)出滿足新工科需求的工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際視野的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

3D打印技術(shù)是一種廣義上的概念，是一種通過逐層累加材料的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)與材料重塑（鑄造加工）技術(shù)，是一種材料累加制造方法。3D打印作為先進制造技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械制造、機電應(yīng)用、航空航天等重要領(lǐng)域，具有材料環(huán)保、加工效率高、可創(chuàng)造性強等優(yōu)點，極其適合新產(chǎn)品的研發(fā)與制造［5］。3D打印設(shè)備是集機械、控制及計算機技術(shù)等為一體的系統(tǒng)，涉及范圍廣泛，滿足了新工科對學生具備全面的知識結(jié)構(gòu)的要求［6］。為此，浙江科技學院工程訓練中心近年來開設(shè)了3D 打印加工實訓課程，將3D 打印技術(shù)與傳統(tǒng)的金工實習教學相結(jié)合，做出了新工科背景下工程訓練中心新技術(shù)應(yīng)用的探索與實踐。

1 3D打印技術(shù)課程的教學要求

1.1 以培養(yǎng)具有實踐能力與創(chuàng)新能力人才為目標

通過引入3D打印的新技術(shù)，推動了工程訓練培養(yǎng)計劃的發(fā)展，增強了學生工程創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。3D打印技術(shù)加工實訓課程的主要目的是讓學生了解先進制造技術(shù)的原理和制造方法，學生可以掌握并熟練運用3D打印技術(shù)，培養(yǎng)自身的工程創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

1.2 以3D打印作品設(shè)計制造為主要內(nèi)容

3D打印作品設(shè)計制造可以讓學生在3D打印課程學習中提升，不斷適應(yīng)新工科對創(chuàng)新實踐的需求，有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。在3D打印課程上開展課程作品設(shè)計制造，學生上交作品后，老師們對作品展開評選與交流活動，以此為載體，實現(xiàn)創(chuàng)新實踐能力與工程實踐能力的提升。通過課程作品設(shè)計制造比賽的形式，擴大3D打印技術(shù)課程的影響力，使之與其他學科專業(yè)相結(jié)合，如機械專業(yè)的機械建模、藝術(shù)專業(yè)的作品染色。學生在3D打印技術(shù)課上學習先進制造技術(shù)的同時，也學習了其他學科專業(yè)的知識。在學生參與課程作品設(shè)計制造的過程中，通過學習先進制造技術(shù)，將多學科知識融合，通過以小組的形式完成，不僅提高了創(chuàng)新實踐能力，同時還可以實現(xiàn)團隊合作能力、溝通表達能力等綜合素養(yǎng)的提升。

1.3 結(jié)合引入通識教育的運行機制與發(fā)展

在3D打印技術(shù)加工實訓課程中，通過引入通識教育，使學生深入理解和形成馬克思主義勞動觀，提升學生文化自信，培養(yǎng)學生社會責任感，樹立正確的人生觀、價值觀［7］。通過設(shè)計制造型課程中命題式建模實踐為五角星建模與創(chuàng)新提高型課程中課程創(chuàng)意設(shè)計主題為“慶祝建黨百年，圍繞紅船精神”，使學生理解愛崗敬業(yè)、吃苦耐勞，通過“紅船精神”的課程創(chuàng)意設(shè)計主題，可以培養(yǎng)學生對中華民族燦爛文明的自豪感和對中華民族偉大復(fù)興的自信，增強學生的社會責任感，幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀。

2 3D打印技術(shù)課程的教學探索

2.1 3D打印技術(shù)課程的教學改革要點

（1）增加學生創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)。學生進行3D打印的基礎(chǔ)知識學習之后，為了進一步加強對3D打印的基礎(chǔ)知識記憶和使用，應(yīng)當鼓勵學生自主設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。自主設(shè)計實踐更能提升學生的創(chuàng)新實踐能力，應(yīng)當給予學生一定程度上的指導與幫助，讓學生更好地在3D打印技術(shù)課程中提升自我。

（2）完善學生課程考核機制。工程訓練中心的實訓課程往往通過實操成績和實驗報告進行評估，對自主創(chuàng)新過程考核較少，這極大地限制了學生的創(chuàng)新實踐能力的發(fā)展，使得學生對知識的獲取與認識只停留在課堂上的所學所練之中。通過課程創(chuàng)意設(shè)計的形式激發(fā)學生的參與熱情迫在眉睫，同時，通過宣傳與展示優(yōu)秀的自主設(shè)計作品，進一步激發(fā)學生互相競爭學習的熱情與動力。

（3）豐富課程教學內(nèi)容方式。除了3D打印技術(shù)加工實訓課程的正?；A(chǔ)知識教學以外，更應(yīng)該培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力和自主發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。當學生在實踐過程中遇到困難時，可以讓學生以小組討論的形式進行交流，讓學生在交流學習中收獲，可以更好地解決問題。

2.2 3D打印技術(shù)課程的教學安排內(nèi)容

3D 打印技術(shù)加工實訓課程的教學安排內(nèi)容是學生了解以3D 打印為例的先進制造技術(shù)的原理和制造方法，并熟練使用3D 打印技術(shù)，用以培養(yǎng)自己的工程創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。工程訓練實訓課程的受眾群體是全校本科生，則在課程內(nèi)容的安排上應(yīng)當滿足循序漸進和分專業(yè)模塊的設(shè)置。

在課程安排上設(shè)置了3 類課程，即認知理解型課程、設(shè)計制造型課程、創(chuàng)新提高型課程，課程內(nèi)容循序漸進。課程內(nèi)容與課程要求如表1所示。

表1 3D 打印技術(shù)加工實訓課程安排與目標

（1）認知理解型課程。教學方式主要以講述、演示為主，教學過程多運用課件、演示視頻等多媒體方式，并且結(jié)合3D打印課程實例。通過3D打印實物、課件、視頻相結(jié)合的教學手段，使3D打印教學過程課堂氣氛生動活潑，同時實現(xiàn)理論知識直觀、內(nèi)容形象，學生易于接受。

（2）設(shè)計制造型課程。設(shè)計制造型課程主要采用綜合型實踐教學，讓學生學習理論知識和培養(yǎng)動手能力。學生首先通過認知理解型課程學習“3D 打印”相關(guān)理論知識；再通過設(shè)計制作過程，強調(diào)學生自主性，讓學生體驗從產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計、3D模型到打印制作的全過程，讓學生在這個過程中提高分析問題和解決問題的能力，如圖1、圖2所示。

圖1 學生于設(shè)計制造型課程中設(shè)計與制造五角星

圖2 學生于設(shè)計制造型課程中設(shè)計與制造“永遠跟黨走”系列作品

（3）創(chuàng)新提高型課程。綜合提高課程主要采用基于項目驅(qū)動的教學方法，學生任務(wù)是綜合運用SOLIDWORKS、Rhino 等建模軟件親手操作3D 打印機器。教師明確設(shè)計任務(wù)和要求后，學生應(yīng)充分發(fā)揮自主性，從建模和制作等都由學生自行完成，為學生能動性的發(fā)揮和創(chuàng)新留下足夠的空間。

3D 打印技術(shù)課程的開展使傳統(tǒng)工程訓練中心的內(nèi)容更加完善，將先進制造技術(shù)與傳統(tǒng)工程技術(shù)的結(jié)合，讓學生接觸新技術(shù)、開拓新思維，使學生的實踐精神與創(chuàng)新精神有機結(jié)合。

3 3D打印技術(shù)課程的應(yīng)用實踐

3.1 3D打印技術(shù)應(yīng)用于課外創(chuàng)新實踐活動

為了實現(xiàn)科技強國、建設(shè)創(chuàng)新型國家，需要我國教育工作者努力探索培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。當學生試圖將創(chuàng)意想法實踐時，常囿于現(xiàn)實而被迫終止：標準零部件需要在市場逐一選擇，過程繁雜；對于非標準零部件，學生自主加工精度不高，代工廠加工周期長且加工昂貴，難以實現(xiàn)學生的創(chuàng)想，消減了學生創(chuàng)新的主動性。以3D 打印為例的先進制造技術(shù)可以很好地改變這一現(xiàn)狀。通過3D打印技術(shù)，有利于學生進行科技發(fā)明或創(chuàng)新制作，3D打印技術(shù)能為學生創(chuàng)新制作提供一種更為高效、簡單的方式。

3.2 3D打印技術(shù)應(yīng)用于培養(yǎng)學生的綜合技能

3D打印設(shè)備是集機械、控制及計算機技術(shù)等為一體的系統(tǒng)，涉及范圍廣，具體包括了機械設(shè)計、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、光學技術(shù)、材料科學等多種新興技術(shù)，其促使學生加強多領(lǐng)域知識的學習融合，符合新工科對于當今綜合性創(chuàng)新人才的需求。因此，對于大學生來說，3D 打印課程不僅是一種創(chuàng)新實踐課程，更應(yīng)該通過對3D打印技術(shù)的系統(tǒng)學習，深入了解學習所涉及的各種技術(shù)知識。

3.3 3D打印技術(shù)應(yīng)用于學生創(chuàng)新實踐能力展示載體

以3D 打印技術(shù)為例的先進制造技術(shù)可以將學生的創(chuàng)新思維想法很好地展示，通過應(yīng)用3D 打印技術(shù)，達到技術(shù)是為人所服務(wù)、為人所用的目的。在實際操作中，很多情況只通過3D 打印技術(shù)不能夠?qū)崿F(xiàn)，需要學生結(jié)合各種技術(shù)知識，使3D打印技術(shù)更好地體現(xiàn)。

如圖3所示，學生將傳統(tǒng)3D打印技術(shù)作品增添后續(xù)處理，將其進行上色。因3D 打印材料本身上色不易，因此，學生在創(chuàng)新實踐中同時，提升了上色技術(shù)。

圖3 3D 打印技術(shù)與上色技術(shù)相結(jié)合

如圖4所示，學生通過將3D打印技術(shù)與銑削技術(shù)相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)3D 打印材料結(jié)構(gòu)強度不高的問題，制作出3D打印花盆。

圖4 3D 打印技術(shù)與銑削技術(shù)相結(jié)合

4 結(jié)語

新工科背景下，對于新技術(shù)應(yīng)用于工程訓練中心課程的教學探索與應(yīng)用實踐的討論詳述了3D 打印課程對于工程訓練中心課程的教學改革的方案，此方案旨在增強學生的實踐學習興趣和自主實踐的積極性，推動學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與通識教育的融合發(fā)展，提升學生的實踐能力與創(chuàng)新能力。將結(jié)合引入思政內(nèi)容，融入“大國工匠”等愛國情懷，提出一種新的通識教育思政教育模式。多學科交叉融合是思維創(chuàng)新的源泉，3D 打印設(shè)計制造將多學科知識融合，不僅提高了創(chuàng)新實踐能力，同時還可以實現(xiàn)團隊合作能力、溝通表達能力等綜合素養(yǎng)的提升。3D 打印技術(shù)課程的探索與實踐為其他模式的發(fā)展建設(shè)提供了參考，具有借鑒作用。