基于3D打印技術(shù)的工程圖學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

姜杉+安蔚瑾+徐健+林夢(mèng)霞

摘要：3D打印技術(shù)近幾年迅猛發(fā)展，如何有效利用這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，促進(jìn)工程圖學(xué)的教學(xué)，提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力成為目前課程改革中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文探討了3D打印技術(shù)在工程圖學(xué)課程授課環(huán)節(jié)不同階段的作用，并結(jié)合新的本科生培養(yǎng)方案的修訂制定基于3D打印技術(shù)的實(shí)踐課程安排，力求通過(guò)3D打印實(shí)踐環(huán)節(jié)的加入提高學(xué)生空間想象與構(gòu)思能力、機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計(jì)與圖形表達(dá)能力、創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計(jì)制圖能力、機(jī)械零部件精度設(shè)計(jì)初步能力。本研究對(duì)于工科高校培養(yǎng)創(chuàng)新型、能力型人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞：3D打印;工程圖學(xué);實(shí)踐;創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）19-0160-02

一、引言

近幾年3D打印技術(shù)及設(shè)備發(fā)展迅速，通過(guò)與金屬?lài)娡?、硅膠磨具、數(shù)控加工等制造手段相結(jié)合，該項(xiàng)技術(shù)已成為現(xiàn)代零件、模型制造的有效手段，在文化創(chuàng)意、生物醫(yī)學(xué)、原型制造、產(chǎn)品創(chuàng)意評(píng)判等領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。工程圖學(xué)課程作為一門(mén)具有啟蒙性且實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，如何在該課程的教學(xué)中增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的工程素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力是本課程的主要目標(biāo)。如何培養(yǎng)學(xué)生的空間想象與構(gòu)思能力、機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計(jì)與圖形表達(dá)能力、創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計(jì)制圖能力、機(jī)械零部件精度設(shè)計(jì)初步能力，都是本課程的主要內(nèi)容。如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用在工程圖學(xué)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，達(dá)到課程的預(yù)定目標(biāo)，是本文研究的重點(diǎn)。

二、基于3D打印技術(shù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

目前多數(shù)高校“工程圖學(xué)”課程均由三部分構(gòu)成：畫(huà)法幾何、機(jī)械制圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。不同階段的內(nèi)容難點(diǎn)直接決定教師對(duì)課程內(nèi)容、授課方式和實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。本課程就是針對(duì)本校課程安排，通過(guò)將3D打印技術(shù)引入來(lái)提高不同階段的授課效果。

1.畫(huà)法幾何學(xué)習(xí)階段。針對(duì)畫(huà)法幾何學(xué)習(xí)階段，授課重點(diǎn)放在截切、相貫部分。學(xué)生在本階段學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)于相貫，特別是空心立體的相貫理解上有困難。往往想象不出結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的相貫結(jié)構(gòu)。因此，在繪制圖樣時(shí)就無(wú)從下手。為此，本研究通過(guò)將一些典型的相貫結(jié)構(gòu)讓學(xué)生造型、打印出來(lái)，將實(shí)體呈現(xiàn)在學(xué)生面前。學(xué)生有了很好的直觀感受，做圖就簡(jiǎn)單易行了。

2.機(jī)械制圖學(xué)習(xí)階段。制圖階段學(xué)習(xí)涉及初步的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和基本零件、裝配等概念。學(xué)生逐步接觸真實(shí)的生產(chǎn)零件和機(jī)器概念，內(nèi)容瑣碎，很容易打消學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了改變這種現(xiàn)狀，并結(jié)合新修訂的學(xué)生培養(yǎng)方案，將本課程的內(nèi)容與后續(xù)設(shè)計(jì)類(lèi)課程內(nèi)容進(jìn)行銜接過(guò)渡。設(shè)計(jì)了具有一定配合關(guān)系的零件組的實(shí)踐環(huán)節(jié)。主要通過(guò)設(shè)計(jì)一組幾個(gè)零件構(gòu)成的低速滑輪裝置，并有一定的配合關(guān)系和設(shè)計(jì)要求的零件，讓學(xué)生了解設(shè)計(jì)要求和極限與配合在設(shè)計(jì)中的作用，并將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中。使學(xué)生在空間形象思維方面實(shí)現(xiàn)了從抽象的幾何形體向?qū)嶋H的機(jī)械零件轉(zhuǎn)變;在分析和解決問(wèn)題方面實(shí)現(xiàn)了從形體分析法到構(gòu)型分析法提高到零件結(jié)構(gòu)分析方法的轉(zhuǎn)變。培養(yǎng)了從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)來(lái)進(jìn)行零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、材料工藝設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念。這樣既將知識(shí)具體運(yùn)用又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)階段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)階段學(xué)習(xí)，以往就是對(duì)軟件的操作學(xué)習(xí)。學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的目的和意義了解不清，特別是非機(jī)械類(lèi)學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)沒(méi)有必要。因此，學(xué)習(xí)積極性不高，精力投入較少。本研究擬通過(guò)如：裝飾品設(shè)計(jì)、生活用具設(shè)計(jì)、人偶設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)裝置設(shè)計(jì)等幾個(gè)有趣實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生既掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件使用又結(jié)合生活實(shí)際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與性。變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

三、體會(huì)與思考

本文首先探索一種基于3D打印技術(shù)新的教學(xué)理念和教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變舊的知識(shí)傳授觀，實(shí)現(xiàn)由“灌輸”到“體驗(yàn)”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)換。其次培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)性、探究式學(xué)習(xí)習(xí)慣，營(yíng)造以學(xué)生實(shí)踐為中心、自主活動(dòng)為基礎(chǔ)的新型教學(xué)過(guò)程，大力推進(jìn)教學(xué)活動(dòng)由“教”向“學(xué)”再向“行”的轉(zhuǎn)變，使教學(xué)活動(dòng)建立在學(xué)生自主活動(dòng)、主動(dòng)探索的基礎(chǔ)上，進(jìn)而形成有利于學(xué)生自主精神、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)境，使創(chuàng)新教育教學(xué)落到實(shí)處。最后通過(guò)理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的結(jié)合鞏固理論學(xué)習(xí)成果，做好本課程與后續(xù)課程銜接安排，設(shè)計(jì)與后續(xù)設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)相一致的實(shí)踐環(huán)節(jié)，避免重復(fù)。在提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語(yǔ)

因此，我們的課程教學(xué)，應(yīng)該立足于新的培養(yǎng)理念，前瞻性地面對(duì)人才培養(yǎng)的全過(guò)程，從課程設(shè)計(jì)、內(nèi)容安排、教學(xué)方式等方面進(jìn)行改革，增強(qiáng)課程的吸引力，提升課程的能動(dòng)力，從學(xué)生被動(dòng)的“耳提面命”轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的“身體力行”，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目的。

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