3D打印技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用研究

劉衛(wèi)東　林翠青　鄧發(fā)云

摘要：3D打印可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等提供一種快速、高效的實(shí)現(xiàn)手段。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；高職教學(xué)；人才培養(yǎng)；教學(xué)創(chuàng)新

一、3D打印技術(shù)在高職教學(xué)中的重要作用

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，又稱快速原形制造（Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM）技術(shù)，該技術(shù)綜合了數(shù)字建模技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識(shí)，是一種高新制造技術(shù)。3D打印可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑位蛑苯又圃炝慵?，從而為零件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等提供了一種快速、高效、低成本的實(shí)現(xiàn)手段。高職院校理工類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是高素質(zhì)的技術(shù)技能人才，3D打印技術(shù)在高職教學(xué)與人才培養(yǎng)與中的重要意義主要體現(xiàn)在以下方面：

1.創(chuàng)新思維和創(chuàng)新課堂的有利工具

3D打印技術(shù)在高職教育中的應(yīng)用是一種物化創(chuàng)新思維和培養(yǎng)學(xué)生個(gè)性化想象能力的創(chuàng)新工具，因而，要在學(xué)好傳統(tǒng)專業(yè)課程和應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)使用3D打印技術(shù)這個(gè)創(chuàng)新制造工具。

對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，要重點(diǎn)突出技術(shù)應(yīng)用，首先要進(jìn)行數(shù)學(xué)模式的創(chuàng)新，采用“體系-方向-興趣”的“先知其然，后知其所以然”的教學(xué)模式；在教學(xué)手段上，讓學(xué)生建立動(dòng)手制作、模仿學(xué)習(xí)與開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方法。例如：有些高職院校已經(jīng)開(kāi)辦模具設(shè)計(jì)與制造（3D打印技術(shù)方向）專業(yè)或先進(jìn)制造技術(shù)3D打印專業(yè)，或是已開(kāi)設(shè)3D打印相關(guān)的課程。在課堂上，利用3D打印技術(shù)的快速成型可以進(jìn)行一些創(chuàng)意創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以用3D打印機(jī)打印一些教具等。

2.創(chuàng)客空間和創(chuàng)客教育的平臺(tái)

2015年，我國(guó)第一次將”創(chuàng)客”寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》。確定支持發(fā)展“創(chuàng)客空間”，為創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新搭建平臺(tái)，致力于預(yù)測(cè)影響全球教育領(lǐng)域的教學(xué)、學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性探究新興技術(shù)的新媒體聯(lián)盟地平線報(bào)告。連續(xù)兩年在基礎(chǔ)教育、高等教育和圖書(shū)館教育的三個(gè)版本中，將教育應(yīng)用主流技術(shù)的重要進(jìn)展聚焦到3D打印上。文獻(xiàn)分析表明，在醫(yī)學(xué)、機(jī)械工程、建筑、材料、電子工程以及教學(xué)科研等領(lǐng)域，基于3D打印的學(xué)術(shù)性研究與日劇增。當(dāng)前有代表性的3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用項(xiàng)目，主要集中在創(chuàng)客空間，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新課程中。高校應(yīng)該為學(xué)生營(yíng)造基于“創(chuàng)新、實(shí)踐、分享”理念的創(chuàng)客氛圍，組建創(chuàng)客俱樂(lè)部，配備專門的創(chuàng)客教師，定期為創(chuàng)客教師提供專門的師資培訓(xùn)。同時(shí)，應(yīng)有開(kāi)放式的圖書(shū)館、計(jì)算機(jī)房、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室供創(chuàng)客們使用。定期舉辦一些創(chuàng)客沙龍、創(chuàng)意競(jìng)賽等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

2.實(shí)現(xiàn)一專多能人才培養(yǎng)

我國(guó)3D打印職業(yè)教育必須要加速發(fā)展、改革、創(chuàng)新，以培養(yǎng)大量的、高素質(zhì)的3D打印技術(shù)應(yīng)用人才。高職院校培養(yǎng)的機(jī)械類專業(yè)群人才完全可以滿足3D打印人才所需掌握的技術(shù)技能。因?yàn)?D打印行業(yè)企業(yè)所需人才需要廣泛的知識(shí)領(lǐng)域、一專多能，若單純靠高職學(xué)院某一專業(yè)培養(yǎng)這類人才，很明顯會(huì)使培養(yǎng)專業(yè)人才的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了行業(yè)企業(yè)的需求。如果高職院校能改變這種人才培養(yǎng)思路，結(jié)合實(shí)際情況，建設(shè)一個(gè)可以供機(jī)械類專業(yè)群中多個(gè)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的平臺(tái)，就會(huì)改變高職專業(yè)教學(xué)單一的缺陷，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享，也就勢(shì)必能培養(yǎng)出更多的3D打印技術(shù)技能型人才，以滿足社會(huì)的需要。

二、3D打印技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐

建設(shè)一個(gè)可以供機(jī)械類專業(yè)群中多個(gè)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的3D打印技術(shù)平臺(tái)，可培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)與能力；批判性思維能力；創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力；跨學(xué)科的學(xué)習(xí)能力；與人合作的能力。

以廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院為例，建設(shè)一個(gè)3D建模與快速成型實(shí)訓(xùn)室，開(kāi)發(fā)結(jié)合當(dāng)下最新的技術(shù)教學(xué)課程，以3D設(shè)計(jì)軟件表達(dá)學(xué)生的創(chuàng)意想象。實(shí)訓(xùn)室在實(shí)現(xiàn)常規(guī)教學(xué)功能的同時(shí)，向?qū)W生全面開(kāi)放，為學(xué)生科技類研究型課題開(kāi)展提供有力的支持。同時(shí)，教師可用3D打印技術(shù)，為3D課件設(shè)計(jì)、自制教具等帶來(lái)極大便利。對(duì)學(xué)生而言：3D設(shè)計(jì)以直觀高效的模型表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，更能準(zhǔn)確的表達(dá)學(xué)生創(chuàng)意，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，強(qiáng)化學(xué)生的手腦并用。對(duì)老師而言：可以掌握先進(jìn)的學(xué)科教育技術(shù)手段，開(kāi)展各類科技活動(dòng)，展示科技創(chuàng)新成果，充實(shí)校內(nèi)外課程體系，提升學(xué)校的科技創(chuàng)新教學(xué)實(shí)力。

（一）3D建模與快速成型實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的基本原則

1.安全性原則。學(xué)生對(duì)設(shè)備的操作能力比較弱，安全防范意識(shí)差，引進(jìn)的3D打印機(jī)，操作較簡(jiǎn)單、安全可靠、耗材無(wú)毒無(wú)害。

2.以學(xué)生為主體。3D打印實(shí)訓(xùn)室需以學(xué)生為主體，學(xué)生是開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主體，在教師的引導(dǎo)下自主選擇探究課題學(xué)習(xí)。

3.實(shí)踐性原則。遵循教學(xué)規(guī)律，引導(dǎo)探索、嘗試、創(chuàng)造。從課程學(xué)習(xí)、自然現(xiàn)象等方面選擇具有一定的靈活性、開(kāi)放性、趣味性、主動(dòng)性、綜合性的內(nèi)容來(lái)構(gòu)建實(shí)訓(xùn)室的課題，方便創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境。

4.創(chuàng)造性原則。營(yíng)造鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的環(huán)境，課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)具有開(kāi)放性，為學(xué)生創(chuàng)造性思維創(chuàng)設(shè)更多空間。

（二）3D建模與快速成型實(shí)訓(xùn)室技術(shù)平臺(tái)建設(shè)的基本內(nèi)容

在當(dāng)前高職教育課程改革浪潮中，改進(jìn)傳統(tǒng)的教育模式，增設(shè)具有時(shí)代特征的技術(shù)平臺(tái)，已成為課程改革的主流取向。建設(shè)一個(gè)基于“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”技術(shù)的創(chuàng)新教學(xué)平臺(tái)勢(shì)在必行。以下是廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院建設(shè)的3D建模與快速成型實(shí)訓(xùn)室的“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”實(shí)踐教學(xué)技術(shù)平臺(tái)基本構(gòu)架。分配教師、學(xué)生賬號(hào)，教師登錄界面的主菜單欄目如圖1所示：

通過(guò)建設(shè)一個(gè)3D建模與快速成型實(shí)訓(xùn)室，具備計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、3D打印機(jī)等條件的基礎(chǔ)上，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”技術(shù)平臺(tái)。師生可以在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的交流，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新、實(shí)踐、分享”資源共享。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：廣東省高等職業(yè)技術(shù)教育研究會(huì)2017年一般課題：基于“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”的高職機(jī)械類專業(yè)群創(chuàng)新教育研究（GDGZ17Y079）.