淺析《機械設(shè)計》應(yīng)用3D打印的案例式教學(xué)

林云峰

摘要：《機械設(shè)計》課程兼?zhèn)浠A(chǔ)性和實踐性，對于機類專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)來講，是一門至關(guān)重要的主干課。但是傳統(tǒng)《機械設(shè)計》教學(xué)模式過于僵化，難以保證課程教學(xué)質(zhì)量，由此本文提出基于3D打印的案例式教學(xué)的方式和方法，希望打開《機械設(shè)計》教學(xué)的新格局。首先對《機械設(shè)計》課程特點、存在問題和3D打印技術(shù)進行了簡單介紹，接著倡導(dǎo)以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)案例式教學(xué)的方式改變傳統(tǒng)課程教學(xué)模式，進而對于3D打印案例式教學(xué)的實現(xiàn)路徑進行了分析，希望可以給予實際3D打印的案例式教學(xué)工作一定的啟示。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；3D打印技術(shù)；案例教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0197-02

3D打印外在不斷發(fā)展的過程中，開始慢慢滲透到各行各業(yè)中去，逐步從工業(yè)向民用發(fā)展，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)中，教育教學(xué)對于3D打印的應(yīng)用也進行了嘗試和探索，以《機械設(shè)計》課程教學(xué)為例，希望在3D打印的基礎(chǔ)上真正實現(xiàn)案例式教學(xué)模式的探索，希望由此迎來全新的《機械設(shè)計》課程教學(xué)格局。

一、《機械設(shè)計》課程的特點以及當(dāng)前教學(xué)中存在的問題

1課程特點分析?！稒C械設(shè)計》是機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其特點表現(xiàn)為：設(shè)計性（結(jié)果不唯一）、實用性（聯(lián)系實際）和繁雜性。其繁雜性特點又表現(xiàn)為“五多”，即關(guān)系多、門類多、要求多、公式多和圖表多。關(guān)系多指涉及諸多先修課程：如機原、公差、制圖、金工、力學(xué)等等；門類多指典型零部件多、且類型多，而設(shè)計方法各有所不同；要求多指設(shè)計同一機器或零件，應(yīng)同時滿足性能、工藝性、經(jīng)濟性等多個要求；公式多指設(shè)計計算公式；圖表多指設(shè)計中需要查圖表地方很多?？傊n程牽涉到的知識點較多，難度較大，理論性和實踐性較強，對于學(xué)生的邏輯思維能力、空間想象能力和實踐動手能力要求較高。

2課程教學(xué)存在的問題。從當(dāng)前課程教學(xué)的現(xiàn)狀來看，存在問題集中體現(xiàn)在：傳統(tǒng)教學(xué)方法依然是主導(dǎo)，重視理論學(xué)習(xí)，忽視實踐運用；實踐操作環(huán)節(jié)比重較低，教學(xué)灌輸式傾向嚴重；教材與教學(xué)嚴重不協(xié)調(diào)，與學(xué)生素質(zhì)與課時等不匹配、不同步，教學(xué)知識點處于彼此孤立的狀態(tài)?？傊?，當(dāng)前課程教法落后，效果不佳，手段單一，急需進行創(chuàng)新、調(diào)整和改善。

二、《機械設(shè)計》應(yīng)用3D打印案例式教學(xué)模式的必要性

在《機械設(shè)計》課程中應(yīng)用3D打印案例式教學(xué)模式，就是通過3D打印來提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與動力，豐富教學(xué)方法手段，推動案例教學(xué)法在課程教學(xué)中的應(yīng)用，由此促進課程教學(xué)質(zhì)量的提升，主旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，即工程表達能力、工程計算能力和良好工程習(xí)慣，并注重學(xué)生多向思維和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。下面對3D打印案例式教學(xué)模式基本情況進行簡單介紹：很多機械專業(yè)的學(xué)生在接觸機械制圖的時候，因為空間想象能力比較差，難以實現(xiàn)平面投影視圖與零件圖像之間的轉(zhuǎn)化，常依托影射規(guī)則來實現(xiàn)三維零件圖形的感知，這種認識過程存在很大的缺陷和不足，投影視圖不能全面形象地展現(xiàn)出零件三維圖形，也就難以保證學(xué)生對于機械制圖的深刻理解。此時，無論是依靠實體教學(xué)模型，還是依靠零件模型來幫助教學(xué)，都會消耗很多的時間去備課以及很多的資源去設(shè)計，不僅效率低下，教學(xué)效果也不可能很好，畢竟學(xué)生沒有切身的參與進去。但是應(yīng)用3D打印的案例教學(xué)模式就可以打破這樣的格局。無論處于何種課程情境中，教師都可以在3D打印技術(shù)的幫助下，很容易打印出對應(yīng)的立體模型，并且依照實際課程案例需求，實現(xiàn)對應(yīng)的切割和改變，由此可以得到更加具體的三維零件模型，甚至實現(xiàn)設(shè)計結(jié)果的驗證，在此過程中學(xué)生切實的參與進去，在3D打印技術(shù)的幫助下，也能夠準確的找到案例教學(xué)法的切入點，這對于促進課程教學(xué)質(zhì)量而言，是很有意義的嘗試和探索。

三、《機械設(shè)計》應(yīng)用3D打印案例式教學(xué)模式的策略

1.基于3D打印的案例式教學(xué)模式的優(yōu)勢分析。在課程教學(xué)過程中運用案例教學(xué)模式，是當(dāng)前該課程教學(xué)的普遍共識，認為這樣的教學(xué)模式可以給予學(xué)生更多的機會去了解設(shè)計要點、方法和步驟，可以融合貫穿課程知識點，但是一直以來難以找到比較好的契機去推動案例式教學(xué)模式的開展。3D打印技術(shù)運用到教育領(lǐng)域之后，展現(xiàn)出其輔助教學(xué)的效能，我們意識到《機械設(shè)計》應(yīng)用3D打印案例式教學(xué)模式的時機已經(jīng)到來。該教學(xué)模式的優(yōu)勢集中體現(xiàn)在：其一，促進課程教學(xué)模式的改革，改變課程教學(xué)格局，使得其展現(xiàn)出參與式、啟發(fā)式、探究式和討論式的特點來；其二，促進課內(nèi)講授時間的縮短與課時匹配，使學(xué)生積極主動參與進去，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)鉆研能力的培養(yǎng)，以更大的興趣參與到課程學(xué)習(xí)中去；其三，妥善處理理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間的關(guān)系，使得課內(nèi)與課外的比重也朝著理想的方向發(fā)展；其四，有利于改變課程評價方式方法，在平時表現(xiàn)和期末考試成績的綜合評比之下，對于學(xué)生的成績進行綜合考量，由此形成更好的教學(xué)效果。

2基于3D打印的案例式教學(xué)的實現(xiàn)路徑選擇。從目前教學(xué)經(jīng)驗來看，《機械設(shè)計》應(yīng)用3D打印案例式教學(xué)實現(xiàn)途徑主要有以下幾種：①整體案例式教學(xué)。即將課程設(shè)計任務(wù)納入到課程教學(xué)體系，以課程整體教學(xué)案例的視角去開展課程設(shè)計，使課設(shè)內(nèi)容和知識點得到優(yōu)化組合。這種教法一般都是以建立3D打印案例模型的方式，使得課程設(shè)計更有目標性和針對性。在使用整體案例式教學(xué)法的時候，要注重案例的合理選擇，必須要具有代表性，其涵蓋的課程知識點應(yīng)該與課設(shè)題目之間存在特定的聯(lián)系，由此可以保證課設(shè)任務(wù)的合理分解和安排，這才能夠保證整體案例式教學(xué)法效果的實現(xiàn)。②任務(wù)法教學(xué)。教學(xué)案例設(shè)計要與課設(shè)題目關(guān)聯(lián)，并且在此基礎(chǔ)上將其合理的分組安排，以任務(wù)驅(qū)動的方式，使得學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到對應(yīng)的知識，進而實現(xiàn)課設(shè)題目相關(guān)任務(wù)的完成，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)學(xué)生課外主動學(xué)習(xí)探究習(xí)慣的培養(yǎng)。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的過程中，關(guān)注的主要環(huán)節(jié)在于：以3D打印為基礎(chǔ)，實現(xiàn)不同任務(wù)情境的塑造，由此才能夠保證任務(wù)法教學(xué)效益和效率的實現(xiàn)。在此教法運用的過程中需要注意以下內(nèi)容：任務(wù)情境設(shè)置要保證與學(xué)生的知識系統(tǒng)相關(guān)，與學(xué)生的平時生活相關(guān)，與學(xué)生的興趣點相關(guān)，與學(xué)生的認知能力相關(guān)，這是保證學(xué)生切實融入到對應(yīng)課程教學(xué)的重要手段。③實物教學(xué)法。就是倡導(dǎo)在3D打印的幫助下，盡可能的塑造更多的零件模型和機械模型，使得原本空洞的講述過程變?yōu)檠劬梢钥吹降膶嶋H物品，由此實現(xiàn)教學(xué)效益和質(zhì)量的提升。在實物教學(xué)法運用的過程中，教師在課程設(shè)計中需要注意以下幾個方面：其一，找到學(xué)生工程表達能力培養(yǎng)的難點和重點，以此為切入點，實現(xiàn)對應(yīng)實物的塑造，保證學(xué)生在參與3D打印的過程中能夠更加清楚的去了解實物的構(gòu)造，以提升實際的理解效益；其二，鼓勵學(xué)生以小組的方式去開展模型的改進和設(shè)計制作過程中，給予學(xué)生更多的機會去接觸去探究，由此實現(xiàn)學(xué)生多向思維、創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)提升，這也是本教學(xué)模式的最大優(yōu)勢之一。④實習(xí)法教學(xué)。為了實現(xiàn)課程理論知識與實踐知識之間的融合，為了促進不同課程之間的聯(lián)動，常會采用的教學(xué)策略為：以動手操作方式引導(dǎo)學(xué)生去分析問題、討論問題和探究問題。例如制圖課中的減速箱測繪，二維CAD繪圖，三維CAD，機設(shè)課軸系零件拆裝實驗，都可以以實習(xí)教學(xué)方式來貫穿進行，不斷加深學(xué)生實際感性認知，并引導(dǎo)激發(fā)對原理理論的探究。實習(xí)法貫徹的過程中，需要對于實習(xí)過程進行引導(dǎo)和監(jiān)督，對于學(xué)生可能遇到的問題，要在他們自己探討的基礎(chǔ)上，給予對應(yīng)的引導(dǎo)，由此才能夠發(fā)揮對應(yīng)的效益。⑤競賽法教學(xué)。引入競爭獎勵機制，在各章節(jié)知識（按常用零件）教學(xué)過程中，加重對平時表現(xiàn)的評價在總評成績中的占比，將課程設(shè)計成績與課程成績聯(lián)動，采用競賽法擇優(yōu)3D打印學(xué)生的設(shè)計成果模型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和鉆研精神。3D打印可以為競賽法的執(zhí)行營造良好的操作環(huán)境，學(xué)生可以在3D打印的引導(dǎo)下，保證以更加真實的姿態(tài)參與到競爭中去，并且以能夠以更加直觀的方式來呈現(xiàn)競賽取得的結(jié)果，這對于實際的教學(xué)效率提升，教學(xué)氛圍營造來講，是很有必要的舉措。

四、結(jié)束語

綜上所述，《機械設(shè)計》應(yīng)用3D打印的案例式教學(xué)模式，其的確能夠引導(dǎo)課程教學(xué)質(zhì)量朝著更高的方向發(fā)展和進步。對于課程專業(yè)教師而言，應(yīng)該樹立教學(xué)創(chuàng)新理念，正確認識3D技術(shù)在機械設(shè)計案例教學(xué)過程中的應(yīng)用價值，找到全新課程教學(xué)策略，由此保證《機械設(shè)計》的教學(xué)格局得到全面改善和調(diào)整。除此之外，還需要做好以下幾個方面的工作：其一，學(xué)校要積極參與到3D打印技術(shù)引入的工作中去，正確認識3D打印對于《機械設(shè)計》課程質(zhì)量提升的積極作用，由此保證建立健全對應(yīng)的3D打印案例式教學(xué)體系，保證具備良好的3D打印技術(shù)環(huán)境和氛圍；其二，對于課程應(yīng)用3D打印技術(shù)的方式和方法進行探討和研究，鼓勵教師積極在此方面進行探索，在形成成熟的教學(xué)案例之后將其推廣，由此發(fā)揮3D打印技術(shù)在促進專業(yè)教學(xué)效益提升的作用。

參考文獻：

[1]金曉怡.機械設(shè)計課程案例教學(xué)的研究與實踐[J].機械制造與自動化，2011，（03）：73-76+126.

[2]劉揚，銀金光.“機械設(shè)計”課程中應(yīng)用案例教學(xué)的探討[J].中國電力教育，2010，（27）：64-65.

[3]龔曉群.《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程任務(wù)驅(qū)動、案例教學(xué)模式研究[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，（02）：89-90.

[4]崔建昆，錢煒.機械設(shè)計課程實踐教學(xué)中的工程案例和模塊化教學(xué)[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011，（28）：43-45.

[5]陶平.以工程案例教學(xué)促進機械工程知識的建構(gòu)——以機械設(shè)計課程教學(xué)為例[J].高教論壇，2015，（04）：24-26.