趙 丹，周金盛

（河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，河北 邢臺 054000）

引言

3D 打印技術(shù)，又叫增材制造技術(shù)，狹義的增材制造是以激光、電子束等為熱源與CAD/CAM 結(jié)合分層成型；廣義的增材制造是以材料累積為特征，以直接制造零件為目標(biāo)的大范疇技術(shù)群[1-3]，它是基于材料堆積法的一項(xiàng)全新的制造技術(shù)。

當(dāng)前已有不少高職院校開設(shè)了與3D 打印相關(guān)的課程，并在教學(xué)上進(jìn)行了積極的探索[4-6]。利用3D打印技術(shù)可以將書本中的專業(yè)模型轉(zhuǎn)化成三維實(shí)體，具有形象化、直觀化、可定制化等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容的要求，可非常方便地設(shè)計(jì)所需要的3D 打印模型來輔助差異化的教學(xué)任務(wù)。3D 打印技術(shù)給高職教育機(jī)械制圖課程的教學(xué)手段和課堂設(shè)計(jì)提供了改革創(chuàng)新的思路。

1 當(dāng)前機(jī)械制圖教學(xué)中存在的問題

1）在實(shí)際教學(xué)過程中，通常對機(jī)械制圖的理論知識比較看重，將知識灌輸給學(xué)生，同時(shí)由于機(jī)械制圖課程的特點(diǎn)，學(xué)生普遍具有畏難情緒，缺乏學(xué)習(xí)的積極性。

2）高職學(xué)生普遍動(dòng)手能力強(qiáng)，擅長實(shí)操，但是學(xué)生的知識儲備相對薄弱，注意力有所欠缺。當(dāng)下的機(jī)械制圖教學(xué)模式為邊講課、邊練習(xí)，練習(xí)即為實(shí)踐的一部分，可提高大部分學(xué)生的積極性。由于機(jī)械制圖課程要求學(xué)生具有良好的空間想象力，但仍有部分學(xué)生對三維立體圖形沒有準(zhǔn)確的感知和想象能力，因此在課堂中不主動(dòng)參與練習(xí)，聽課效果不佳。

3）機(jī)械制圖課教學(xué)過程中理論與實(shí)踐相分離，理論知識單獨(dú)講解，全部理論知識授課結(jié)束后再進(jìn)行識圖實(shí)踐，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對零件模型的立體認(rèn)知不夠，學(xué)習(xí)效果欠佳。

本文將3D 打印技術(shù)同高職機(jī)械制圖課程教學(xué)相結(jié)合，基于BOPPPS 教學(xué)模式開展了教學(xué)課程設(shè)計(jì)探索，理論知識教學(xué)與3D 打印實(shí)踐并重，對于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的上課積極性與提升教學(xué)效果有顯著促進(jìn)作用。

2 教學(xué)課程設(shè)計(jì)探索

2.1 課程設(shè)計(jì)流程

以組合體三視圖——軸承座的畫法為例進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的介紹。當(dāng)下的教學(xué)模式為由教師通過edrawing 軟件演示軸承座的三維模型，通過不同角度旋轉(zhuǎn)給學(xué)生觀察軸承座各個(gè)部分形體之間的連接關(guān)系，由學(xué)生畫出主視圖、俯視圖和左視圖。由于教師演示的局限性以及學(xué)生三維感知能力的欠缺，學(xué)生對肋板與圓筒之間的位置關(guān)系理解不到位，因此此處錯(cuò)誤率較高。

將3D 打印技術(shù)引入到制圖課堂，由三維立體模型的演示轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生動(dòng)手將此模型打印出來，學(xué)生從觀察模型轉(zhuǎn)變?yōu)橛^察實(shí)物，一方面提升了學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生親自打印實(shí)物增強(qiáng)了主人翁的意識，另一方面學(xué)生對該模型的產(chǎn)生過程有了深入的觀察。3D 打印方式為熔融沉積法，一層一層堆積，由下至上，打印過程中學(xué)生即可看到打印完肋板再打印圓筒時(shí)它們之間的連接形式，然后畫三視圖時(shí)學(xué)生可直接觀察實(shí)物，360°無死角觀察每個(gè)基本體之間的連接方式；與教師演示相比，每個(gè)學(xué)生都可根據(jù)自己的情況觀察各自不清楚的部分，彌補(bǔ)各自三維立體想象能力的薄弱點(diǎn)，對于組合體三視圖的學(xué)習(xí)效果達(dá)成有極大促進(jìn)作用?；贐OPPPS 教學(xué)模式的課程設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 基于BOPPPS 教學(xué)模式的課程設(shè)計(jì)

2.2 3D 打印實(shí)操介紹

教師指導(dǎo)學(xué)生操作FDM熔融沉積成型法打印機(jī)進(jìn)行3D 打印實(shí)際操作?？紤]到學(xué)生為一年級學(xué)生，還未學(xué)習(xí)三維建模軟件，因此提前將通過CURA 軟件處理好的軸承座的STL 文件給學(xué)生，并介紹熔融沉積3D 打印機(jī)的用法步驟，包括從拷貝文件到打印機(jī)開始工作之前的各種參數(shù)設(shè)置，讓學(xué)生掌握FDM型3D打印機(jī)的操作使用。FDM型3D 打印機(jī)的操作界面及裝料過程如圖1 所示。

圖1 FDM 型3D 打印機(jī)的操作界面及裝料過程

將全班學(xué)生分為若干組，每組學(xué)生以3～4 名為宜，每組操作一臺打印機(jī)，教師先演示完整的步驟，從加載文件到開始打印直至打印完畢后取件觀察，然后讓學(xué)生自己動(dòng)手操作，學(xué)生普遍對3D 打印機(jī)的工作原理充滿好奇心，從開始打印到軸承座打印完成，學(xué)生可以近距離觀察該組合體的產(chǎn)生過程，對各部分基本立體的連接關(guān)系有直接深入的認(rèn)識。打印完畢后，每組同學(xué)分配一個(gè)軸承座模型，觀察打印出來的組合體，從不同角度多方位觀察，再畫三視圖，于當(dāng)下的投影演示教學(xué)模式下，學(xué)生的積極性和繪圖正確率都得到極大的提升。3D 打印出的軸承座模型如圖2 所示。

圖2 3D 打印的軸承座模型

3 結(jié)語

機(jī)械制圖作為機(jī)械類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，教師需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合當(dāng)代高職學(xué)生的特點(diǎn)探索最合適的教學(xué)方式。3D 打印技術(shù)作為一門新興技術(shù)，與課程合理融合后在增加課堂趣味性方面有獨(dú)到作用，本文對于3D 打印技術(shù)在高職機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了積極探索，利用BOPPPS 教學(xué)模式對融合教學(xué)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提升了學(xué)生的參與感與上課興趣，對于提高機(jī)械制圖課程的教學(xué)效果起到了積極的促進(jìn)作用。