蔡小妹

摘 要：3D打印技術作為傳統(tǒng)制造工業(yè)中新出現(xiàn)的一種加工方式，在社會各行各業(yè)得到了大力的推廣和應用。將其應用于中等職業(yè)學校交通運輸類汽車應用與維修專業(yè)汽車電器的教學過程中，可以很大程度地改變現(xiàn)有專業(yè)課程教學內(nèi)容枯燥、缺乏創(chuàng)新和應用性的現(xiàn)狀，使學生在實體模型的幫助下更好地理解和掌握教學重點和難點環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的汽車電器教學是將理論知識與實訓操作分開上課，而今，教師可以借助3D打印技術的3D打印模型輔助汽車電器課堂，讓學生更為透徹地掌握所學知識，并加以應用。

關鍵詞：3D打印技術;汽車電器教學;教具

汽車電器是一門理論與實踐緊密結合的課程。汽車電器課程理論講解部分應該在實操中得到體現(xiàn)，以達到預期的效果。也就是說，學生應該實際安裝和操作汽車電器零部件。這就要求學校實訓室建設中購買相關的教學設備或帶學生到本專業(yè)相關企業(yè)進行頂崗實習。在教學中，這樣做雖然可以讓學生人人動手，但是會造成教學成本的提高和人事管理的麻煩。怎樣處理好汽車電器教學中教與學的對立統(tǒng)一，實現(xiàn)教學資源利用的最大化？日新月異的科技發(fā)展似乎給我們帶來了解決途徑。

一、中等職業(yè)學校汽車電器教學現(xiàn)狀

汽車電器課程是中等職業(yè)學校交通運輸類專業(yè)的核心課程之一，主要內(nèi)容是汽車電器設備的構造、原理及其維護、維修等相關知識，具有較強的理論性以及實操性?，F(xiàn)在的中等職業(yè)學校汽車電器專業(yè)課程的教學較為注重理論知識的學習，如工作原理的理論學習，而往往忽略實訓操作的重要性，導致學生動手能力差、故障判斷不明確等問題，主要原因是汽車電器的教具選擇不恰當。汽車電器專業(yè)教師大多會選擇利用教具進行講解、示范和案例展示，這類的教具大多是汽車零部件1∶1制作而成或者汽車拆下的零部件，此類教學用具既重，安裝拆卸又煩瑣，很難真正引起學生興趣，也很難保障學生掌握汽車零部件之間的傳動與工作原理，更難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維和能力。

二、認識3D打印技術

在工業(yè)4.0的發(fā)展浪潮中，工業(yè)機器人、3D打印、云計算、虛擬現(xiàn)實、人工智能等正在各行各業(yè)迅速發(fā)展，熠熠生輝。3D打印作為一項新興技術，在中國和工業(yè)4.0的發(fā)展規(guī)劃中發(fā)揮著重要作用。那么，3D打印可以應用于哪些領域？3D打印又能用來做什么呢？3D打印走向職業(yè)教育，現(xiàn)代技術的更新速度快，教學中使用教具的選擇，傳統(tǒng)的模具教具一批一批地采購，造成教學資源的浪費?，F(xiàn)如今，教學中可以借助3D打印技術來優(yōu)化教學流程，從而達到理實一體化教學的目的。

3D打印技術是一種增材制造技術，相對于傳統(tǒng)減材制造與等材制造，增材制造是一種“自下而上”材料堆加的制造工藝。它能夠基于逐層打印方式，依托數(shù)字模型文件和粉末材料，快速構造物體，將三維設計圖紙以實體物品的方式呈現(xiàn)出來。在應用該技術時，必須以3D打印機為載體。具體成型過程如下：首先通過計算機3D軟件建模，或對現(xiàn)有物體進行全面掃描，然后將構建好的3D模型分層切片，最后指導3D打印機用打印材料逐層打印，層疊形成3D零件。

（一）3D打印技術的類型

隨著3D打印技術的發(fā)展，根據(jù)打印材料、成型方式的不同，劃分出了很多不同的技術類型。如材料擠出型、光固化型、粉末床融合型。學校用的桌面機大部分采用的是材料擠出型（FDM），是將熱熔性材料加熱融化呈半流體狀態(tài)（塑料、樹脂、尼龍、蠟等），通過擠壓從噴嘴擠出，噴頭按照預定軌跡運動，被擠出的材料瞬間冷卻成型。主要的耗材就是熱熔性塑料，比如PLA、ABS之類的。

（二）3D打印技術在汽車領域的應用特點

在汽車生產(chǎn)過程中，零件種類繁多，每個零件的生產(chǎn)周期和成本是汽車生產(chǎn)過程中需要嚴格控制的參數(shù)。為了縮短汽車研發(fā)和生產(chǎn)周期，3D打印技術在汽車領域的引入和汽車零部件的快速生產(chǎn)，可以大大提高零部件的生產(chǎn)效率，同時也可以大大提高汽車零部件的整體生產(chǎn)質量，從而降低汽車零部件的制造成本。此外，在汽車零部件生產(chǎn)中使用3D打印技術，可以及時調(diào)整汽車零部件研發(fā)中的細微偏差，快速確認汽車零部件的工作原理和可行性，從而有效縮短汽車零部件的開發(fā)周期。同時，如果采用3D打印技術制作汽車模具，能夠加工出復雜結構的模具，可以有效縮短制造時間，更好地加強對制造精度的控制，從而有效提高模具的使用壽命。

三、3D打印技術在中職汽車電器教學中的應用

在汽車電器的教學中，我們常常使用汽車上面的配件來現(xiàn)場教學，但是對于單個系統(tǒng)來說，學生是很難全看到內(nèi)部構造的。通過引入3D打印課程，可讓學生在做中學，學中做。中等職業(yè)學校汽車電器的理論課堂如果靈活運用3D打印技術可以對整體教學有明顯的促進作用。首先3D打印技術是較為新穎的先進科技，學生對新穎的先進技術和新鮮事物保有強烈的好奇心、較高的學習興趣。在傳統(tǒng)中職汽車電器理論教學中采用傳輸式教學，對學生的學習興趣和創(chuàng)新性思維都有一定的制約。3D打印技術讓學生用眼睛就可以觀察到汽車零部件快速成型的過程，并將所出的零部件組裝起來，引發(fā)學生的學習積極性和實際動手操作的興趣。

（一）基于課堂教學需要的3D教具制作

對于規(guī)則的汽車電器零部件，采用三維建模軟件3DsMAX、PRO/E、UG等進行建模，對于不規(guī)則的復雜曲面的汽車電器零部件，則采用手持三維掃描儀進行建模。在中職汽車電器教學當中融入3D打印技術，將汽車電器里面的構造通過3D打印技術制作出來（如圖1）。以行星齒輪的教具設計為例。在整個教具制作過程中，學生以小組為單位，互相配合，共同制作教具。首先，利用三維建模軟件建模行星齒輪的3D模型圖和裝配圖（如圖2）。接著，利用切片軟件將行星齒輪的3D模型轉換為3D打印設備可以識別的文件，以STL格式輸出。最后，STL格式的文件導入3D打印機桌面機進行打印（如圖3）。學生在建模過程中建成的三維模型圖及其STL文件要先發(fā)給教師審核，審核通過才能導入3D打印機出成品，否則會造成成品成為報廢品，從而造成3D打印的原材料浪費。另外，成品出來后會有毛刺，需要利用工具輕微打磨作品，最終出成品。

（二）創(chuàng)建提高課堂教學效果的3D打印技術應用的教學模式

通過自制教具的課堂效果，可以發(fā)現(xiàn)，相比之前教學時對著PPT授課，利用仿真軟件或拆卸下來的教具，學生上課的學習興趣更濃厚，通過制作教具的過程，學生了解了汽車電器零部件之間的結構連接。采用自制教具的教學可以化學生的被動學習為主動學習，激發(fā)學生學習汽車電器的興趣，真正讓學生喜歡上課。用3D打印自制教具，不僅可以豐富教學手段，引起學生興趣，更能夠為學生提供實踐仿真的教學平臺與教學用具，讓學生的理論學習在實踐中得到切實鍛煉。基于這種技術，教師可以更加直觀而具體地展現(xiàn)汽車電器的零部件，利用可視化方法幫助學生準確理解汽車電器的工作原理和結構，為提升中職汽修專業(yè)的電器學習成效奠定基礎。

為了提高學生的學習興趣，發(fā)揮學生自制教具的主觀能動性，同時可以提高學生動手實踐水平，學?？梢栽谀承┕た祁惖膶I(yè)課程，如機械制圖、建筑制圖等專業(yè)中開設3D打印課程，結合制圖軟件自制教具，讓學生在做中學、學中做。另外，學?？梢栽诠た茖I(yè)中定期舉辦3D打印相關比賽，學生利用課余時間，設計本專業(yè)的教學用具三維模型圖以及STL文件，經(jīng)過專業(yè)教師的確認出圖，導入3D打印桌面機出成品。3D打印教具具有輕量化，在教學實訓過程中能起到較大的促進作用。在教學過程中，我們常常使用從汽車零部件拆下來的汽車部件，這些教具比較笨重，而且容易造成上課安全隱患，簡單的3D打印設備可以將復雜的汽車零部件零散化以及輕量化，便于教學。在自制教具的過程中，學生產(chǎn)生濃厚的學習興趣，學習效果比傳統(tǒng)教學效果更好。

四、結語

3D打印自制教具可以在某些工科專業(yè)推廣，彌補傳統(tǒng)教學利用現(xiàn)有教具以及仿真軟件進行教學的不足，培養(yǎng)學生團隊合作和創(chuàng)新能力。在課堂中，讓學生制作簡易教具，通過制作過程，學生更容易理解和掌握教具的結構以及原理，知識點變得更加立體，改變傳統(tǒng)教學中學生互動少且少部分學生學習的局面，讓整個教學過程顯得富有生機，理論與實操并存，學生產(chǎn)生更加濃厚的學習興趣。在未來的汽車電器教學中，應全面思考教學設計，引入新的教學方法，運用新的教學技術。

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注：本文系廈門市教育信息技術研究2021年度課題“數(shù)據(jù)支持下的以學習者為中心的中職教學研究”（課題批準號：XMKT2103）的研究成果。