緊跟前沿科技 創(chuàng)新實踐教學(xué)

李霞+李芳

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.136

摘 要：實踐教學(xué)體系已經(jīng)成為現(xiàn)代高校教育的核心。在某種意義上，高校教育的實踐教學(xué)體系直接決定了高校教育的特征，而且決定了高校教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。針對如何在實踐教學(xué)中創(chuàng)新，本文以工業(yè)設(shè)計專業(yè)開設(shè)的《逆向工程技術(shù)》課程為依托，結(jié)合工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向，著重介紹了3D打印技術(shù)在工業(yè)逆向工程實踐教學(xué)過程中發(fā)揮的強大指導(dǎo)性作用。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué) 逆向工程 3D打印

中圖分類號：G423.07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0136-03

Abstract： The practical teaching system has been the core of modern higher vocational education. In a sense， the practical teaching system of higher vocational education directlydecides the characteristics of it， and decides the realization of the goal of talent cultivation for higher vocational education. Aiming at how to innovate in the teaching practice， based on the "reverse engineering" course which was opened by mold design and manufacturing profession， and combined with the employment direction of students for this profession， this paper emphatically introduces the strong guiding role played for 3D printing technology in mold reverse engineering during the practice teaching process

Key Words： Practical teaching； Reverse engineering； 3D printing

在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，各大企業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展水平不斷提升，科技型的企業(yè)日益增多，高等職業(yè)技術(shù)人才自然成為了一大批技術(shù)含量和智能化水平比較高的崗位的“香餑餑”。因此，對于高職教育者來說，把實踐教學(xué)大規(guī)模地引入課堂，將成為一種教學(xué)改革的必然趨勢。

1 高職教育實踐教學(xué)的重要性

高職教育的專業(yè)人才培養(yǎng)計劃是以崗位群或以某一技術(shù)領(lǐng)域為導(dǎo)向而制定的。結(jié)合北京現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院模具設(shè)計與制造專業(yè)畢業(yè)生主要面向企業(yè)從事模具設(shè)計和制造相關(guān)工作。其主要業(yè)務(wù)范圍有：從事金屬板料、塑料等制件的成形工藝規(guī)程編制；從事模具的設(shè)計和制造；從事逆向工程設(shè)計及快速成型制造等，因此本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具有較強的崗位適應(yīng)能力和實踐操作能力。而現(xiàn)今科技領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并且更新速度較快，實踐教學(xué)更需要及時追蹤高新技術(shù)的發(fā)展，實訓(xùn)的設(shè)備應(yīng)領(lǐng)先或至少相同于實際使用的水平，而且教學(xué)內(nèi)容也要跟上社會發(fā)展和反映經(jīng)濟科學(xué)技術(shù)的最新動態(tài)[1]。

2 《逆向工程技術(shù)》課程與先進(jìn)的3D打印技術(shù)

為了讓學(xué)生適應(yīng)產(chǎn)品開發(fā)和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的節(jié)奏，在激勵的競爭中立于不敗之地，本專業(yè)開設(shè)了《逆向工程技術(shù)》課程作為專業(yè)選修課程。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)，而原有的技術(shù)文件或數(shù)據(jù)丟失的情況下，便可運用逆向工程對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行拆卸分離—三維掃描—數(shù)據(jù)處理—結(jié)構(gòu)改進(jìn)—產(chǎn)品樣件加工、裝配、測試評估等—模具設(shè)計與加工—量產(chǎn)[2]。

目前，對高職學(xué)生而言，與逆向工程技術(shù)相關(guān)的就業(yè)崗位主要有逆向工程師和快速成型設(shè)計工程師，以及從事三維掃描和各種新材料研發(fā)的科技人員。其中，快速成型設(shè)計師的崗位要求為：有快速成型相關(guān)技術(shù)的理論和實踐基礎(chǔ)，了解各種快速成型方法，完成快速成型作業(yè)，掌握技術(shù)發(fā)展方向，開展創(chuàng)新型應(yīng)用。

隨著逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，與之相協(xié)調(diào)的快速成型技術(shù)也在不斷更新。3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的標(biāo)志，正逐漸滲透到產(chǎn)品設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，特別是對逆向工程產(chǎn)品的需求更為強烈。

3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

3 3D打印技術(shù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 引進(jìn)先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備

為配合《逆向工程技術(shù)》課程需求，培養(yǎng)學(xué)生快速成型制造技術(shù)，北京城市學(xué)院引進(jìn)了由蘇州中瑞科技有限公司提供的SL300光固化3D打印機，如圖1所示。其主要使用液體光敏聚合物氦鎘（HeCd）材料，通過激光束打在旋轉(zhuǎn)的鏡子上，光線直接投射在表面上，使材料層層固化而成型，其成型原理如圖2所示。

之所以選擇SL300光固化3D打印機應(yīng)用于模具設(shè)計與制造專業(yè)，正是看中了這種光敏樹脂選擇性固化快速成型技術(shù)適合于制作外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中小型工件，能直接得到樹脂或類似工程塑料的產(chǎn)品，且表面質(zhì)量較好，成型精度較高。學(xué)生可通過其設(shè)計加工一些適合機械生產(chǎn)的相互配合較好的機械零部件，如相互嚙合的齒輪傳動系統(tǒng)、凸輪系統(tǒng)，以及鏈傳動系統(tǒng)等。endprint

3.2 實踐教學(xué)效果

高等職業(yè)教育發(fā)展到今天，教學(xué)方法一直在不斷地發(fā)生改革，比如德國的雙元制、理實一體化、項目化教學(xué)、任務(wù)單驅(qū)動法等。但不管是哪一種教學(xué)方法，都離不開“實踐”二字，否則就是純粹的理論教學(xué)。實踐學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)對于我們的學(xué)生來說，能夠更好地理解相關(guān)的知識和進(jìn)入職業(yè)角色[4]。

把3D打印機引入設(shè)計加工類課堂，學(xué)生可以把自己的創(chuàng)意以實物的形式展示出來，而且對于一些理論性較強的課程，教師可利用3D打印技術(shù)將其用模型的方式展示給學(xué)生，這些相對枯燥無聊的理論填鴨式教育，更激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的動力。

3.2.1 方便打造教學(xué)模具

隨著3D打印的成本越來越低，在教育領(lǐng)域運用3D打印打造教學(xué)模具進(jìn)行教學(xué)，漸漸地逆襲著傳統(tǒng)的制造業(yè)。在教學(xué)初期，結(jié)合模具專業(yè)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程，學(xué)生已經(jīng)可以制作一些簡單的齒輪嚙合的基本教具。如圖3所示為學(xué)生用3D打印機制作的產(chǎn)品。

3D打印最大的特點就是只要你擁有三維數(shù)據(jù)和設(shè)計圖，你便可以打造出你想要的模型，生產(chǎn)周期短，不用大規(guī)模的批量生產(chǎn)，可以節(jié)約一定的成本。如本校電氣控制專業(yè)的自動化生產(chǎn)線，由于學(xué)校購置一整套生產(chǎn)線成本較高，教師在教學(xué)時通常采用集體觀看視頻或是圖片的方法，學(xué)生很難觸摸到自動化生產(chǎn)線檢測與維修的各部件，直觀感覺較差，但是通過3D打印加工一整套生產(chǎn)線部件，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)操作，真實地去觀察體會，極大地提高了教學(xué)質(zhì)量。因此利用3D打印豐富教學(xué)內(nèi)容，將一些平時耗成本較高的實驗器材搬到課堂中，使得教學(xué)如虎添翼，擴大教學(xué)資源平臺，從而達(dá)到很好的教學(xué)效果。如圖4所示為學(xué)生在實訓(xùn)車間學(xué)習(xí)操作3D打印機。

3.2.2 改善教學(xué)方法

3D打印改善了教師的教學(xué)方法，把一些抽象的東西打印出來，進(jìn)行討論，激發(fā)學(xué)生無限的想象。教師根據(jù)自己的實驗內(nèi)容調(diào)節(jié)自己的授課方法，把3D打印物品結(jié)合到講課內(nèi)容中。通過對模型的講解，了解到學(xué)生對哪些問題不懂，從講臺前走到學(xué)生中間，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的困難，讓學(xué)生成為生活中的主體、教學(xué)活動的中心以及教師關(guān)注的重點。

3.2.3 激發(fā)學(xué)生興趣

“人的認(rèn)識不是外界刺激直接給予的，而是外界刺激與人的內(nèi)部心理過程相互作用產(chǎn)生的，發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動性，才能獲得有效的認(rèn)知，這種主動參與性為學(xué)生的主動性、積極性的發(fā)揮創(chuàng)造了良好的條件，即能真正實現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知主體[5]?！蓖ㄟ^3D打印模型的刺激，以及學(xué)生的內(nèi)心加工，迸發(fā)出自己的想法，提高學(xué)生的創(chuàng)造力。3D打印運用到教學(xué)上，還可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生的設(shè)計能力、動手能力，激發(fā)學(xué)生的興趣，使得課堂主動、具體、富于感染力。

通過課堂評價調(diào)查問卷顯示，自從引入3D打印機進(jìn)行教學(xué)之后，模具專業(yè)的學(xué)生對《逆向工程技術(shù)》課程的興趣程度提高了50%左右，這些數(shù)據(jù)都有力地證明了3D打印技術(shù)對課程整體效果的提升。

4 結(jié)語

將3D打印技術(shù)引入《逆向工程技術(shù)》課堂，不僅促進(jìn)學(xué)生獲取更多學(xué)科知識，還加強了學(xué)生對多領(lǐng)域的融合，拓展了學(xué)生的想象空間，提升了學(xué)生的設(shè)計能力，增強了學(xué)生的設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)性，更增加促進(jìn)了學(xué)生的就業(yè)。但3D打印技術(shù)作為新興產(chǎn)業(yè)，還存在著一些社會爭議的問題，如產(chǎn)品的不可回收利用性，成本較高以及其在加工過程中塑料隨著高溫和激光融化的時候，所產(chǎn)生的巨大能耗問題，這也成為了限制其快速發(fā)展的制約性因素，還有待于進(jìn)一步開發(fā)利用。

參考文獻(xiàn)

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