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探究3D机械设计与3D打印课程在中职学校的开设

发表时间：2021/4/9 来源：《基础教育课程》2021年2月作者：孙骞

[导读] 近年来，3D打印技术悄然走进教育领域，并广泛应用于创客教育中，很多中小学开设了与3D打印有关的创客教育课程。如何高效实施3D打印课程是一个亟待解决的问题。传统的讲授式3D打印教学模式下，学生往往是模仿操作，自主参与度不高，作品形式较单一，缺乏创新性且思维能力、创新潜力得不到发展。

浙江省机电技师学院孙骞

摘要：近年来，3D打印技术悄然走进教育领域，并广泛应用于创客教育中，很多中小学开设了与3D打印有关的创客教育课程。如何高效实施3D打印课程是一个亟待解决的问题。传统的讲授式3D打印教学模式下，学生往往是模仿操作，自主参与度不高，作品形式较单一，缺乏创新性且思维能力、创新潜力得不到发展。为解决以上问题，笔者尝试用黎加厚教授提出的“五步创客教学法（IDMSE）”指导3D打印教学设计与实践。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对探究3D机械设计与3D打印课程在中职学校的开设提出了一些建议，仅供参考。
关键词：探究3D机械设计;3D打印课程;中职学校
        引言
模具是“百业之母”，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机电器、家电和通信等产品中，60％～80％的零部件依靠模具成型，模具质量的高低决定着产品质量的好坏。3D打印（3－DimensionPrinting）是快速成型技术的一种，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造三维实体的技术。3D打印技术的应用范围很广，在教育、医疗、服饰、广告、建筑、手办、工业产品制造、原型开发、模具、文物修复等众多领域都有应用。
        一、3D打印技术
        3D打印技术是一个包括光电、计算机、原材料、液压等行业所组成的快速成型技术，其具体的工作原理如下：一是要计算机内设计出要打印的物体的三维电子模型，并通过现有的一些画图软件（CAD、3Dmax）来设定好该模型的形状和各个尺寸；二是将计算机与3D打印机相连，打印机会层层分割建立好的三维图形信息；三是根据分割之后的每层平面的信息确定打印路径并逐层打印，直到最终成型。该项打印技术在实际应用中使用的并不是传统打印中使用的水墨材料，而是粉末状或丝状塑料以及玻璃、面粉和尼龙等物质，在此基础上将计算机内虚拟的三维图形转化成具体的实物，是一种增材制造与快速成型的高科技技术，在实际生产中可以做好随时生产，不会受到产品结构的制约等，而且增材制造减少了材料的浪费，既保证生产质量与效率，还降低了生产成本。
        二、3D打印技术在机械设计中的影响
        （一）减少产能过剩现象的发生
        就我国的传统机械制造领域来说，一直存在的一个难以解决的问题便是产能过剩。因为产品的同质化形势十分严峻，并且其质量水平还未能达到出口的标准，我国市场短时间内又无法消化，这样就造成了资源的浪费，与此同时也阻碍了企业的下一步发展。但是3D打印技术的出现和应用，使得定制化生产成为了可能，我们可以依据消费者的实际需求来进行生产，这样不仅缩短了生产时间，提升了工作效率，还在很大程度上避免了产能过剩现象的发生。3D打印技术为机械设计提供了方便，节省了资源，也有利于保护生态环境。
        （二）改变传统的机械设计思想
        利用3D打印技术可以简化机械制造中加工这一较为复杂繁琐的过程，进一步推动企业经济效益的提升。

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因为在加工过程中，一些比较特殊的零件其制造要求比较高，同时类型也比较多样化，不能够进行大批量的生产，这就严重影响了传统技术下的产品生产效率。通过科学合理地应用3D打印技术，能够简化相关加工过程，提升工作效率的同时，也在一定程度上保证了产品的质量。
        三、3D机械设计与3D打印课程在中职学校的开设
        （一）“第一课堂”和“第二课堂”双管齐下
        专业教学“第一课堂”中，除公共基础课程、专业基本技能课程外，专业核心技能课程都以3D打印技术技能为主线，以模块化、项目化方式实施教学。但3D打印技术技能人才的培养仅仅依靠专业教学“第一课堂”是远远不够的，必须配合“第二课堂”的实践教学活动才能更好地实现人才培养目标。“第二课堂”可依托课外兴趣小组、创新创业小组、技能竞赛小组等，通过师生合作解决企业实际问题、参加“互联网＋”创新创业大赛和行业省赛国赛等，以培养3D打印技术技能人才的职业核心素养为主要目标，构建人才培养模式，并制订良好的训练养成方案，强化对学生专业核心技能的实践训练。
        （二）教学过程实施
        明确主题创意是创新思维的起点，教师应注重培养学生发散性、创新性思维。所有的学生只有对已有知识充分掌握，结合生活与学习经验，进一步联系、想象、创新而获得创意。教师要提供丰富多样的实物样例或3D打印模型作品，调动学生的热情，充分地激发好奇心和创意灵感。明确主题之后，学生通过观察模型进一步解构、分析结构特征，掌握3D建模设计的一般方法。操作实践设计、制作是将创意转化为计算机模型的过程。学生学习掌握3D建模软件的操作方法，熟练运用建模工具进行创作，可提高空间想象力和三维设计能力。教师给学生营造自主探究、讨论的空间，引导学生构思设计方案，从尺寸、结构、美观、建模工具等方面综合考虑。在此基础上，学生再用软件进行知识迁移，综合运用各种建模工具实现创意作品的制作。
        （三）课程体系构建
         以3D打印行业、企业发展需求为导向，以3D打印技术应用基本技能培养为主线，以3D打印技术岗位能力要求为教学目标，涉及3D打印的技术细节，包括正向3D工程设计、逆向工程设计、3D打印工艺设计及材料分析、制作及后处理、3D打印相关软件的安装和操作等，构建以培养职业能力为目标的课程体系，建设优质核心课程。核心课程的建设内容包括职业能力分析、课程项目任务开发、课程标准制订、教材编写和信息化教学资源建设等。
        结束语
        随着信息化、智能化的发展，越来越多的毕业生希望从事3D打印技术应用相关行业岗位的工作，数字创意建模证书考核试点工作的后续实施，也会为越来越多的毕业生拓展出更多、更广的就业领域和岗位群。
参考文献
[1]李秀莲.3D打印课程在小学信息技术教育中的实践探索[J].天天爱科学(教学研究),2019(06):18.
[2]张海荣.项目教学法在中职3D打印课程中的应用研究[D].广东技术师范大学,2019.
[3]魏良庆.高职3D打印技术专业课程体系建设研究[J].发明与创新(职业教育),2019(05):3-4.