3D打印技術(shù)在“項(xiàng)目”教學(xué)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐*

王 堯 倫鳳艷 賀薪宇 甘新基 鐘梓楠 劉維維

（1.北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 吉林吉林 132021 2.北華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 吉林吉林 132021）

3.打印技術(shù)從誕生之日起，就引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注?，F(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于航天、醫(yī)療、軍工等領(lǐng)域。同時(shí)，3D打印技術(shù)也是多學(xué)科交叉融合的前沿技術(shù)（包括數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、信息交互技術(shù)、材料科學(xué)、化學(xué)工程等）。其高科技含量的特征，使得國(guó)內(nèi)外很多高校將3D打印技術(shù)引入到了課堂。[1]

一、課題研究背景及意義

3.打印技術(shù)是近年來(lái)在快速成型領(lǐng)域新興的一項(xiàng)技術(shù)。其多學(xué)科交叉融合的高技術(shù)含量，使得國(guó)內(nèi)外很多高校都開設(shè)了3D打印課程。美國(guó)在各類院校都開設(shè)了3D打印課程的學(xué)習(xí)，其在制定培養(yǎng)方案的時(shí)候就定位在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。還將3D打印機(jī)安裝在學(xué)校里、樓宇小區(qū)等各公共場(chǎng)所里，供人們使用。甚至有的政府還資助學(xué)生3D打印設(shè)備，促進(jìn)學(xué)生的科研、創(chuàng)新、藝術(shù)等方面的培養(yǎng)。英國(guó)還將3D打印技術(shù)列入到國(guó)家課程體系中，對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)。對(duì)于國(guó)內(nèi)，政府出臺(tái)一系列文件強(qiáng)調(diào)3D打印的重要性。清華大學(xué)、上海師范大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等都將3D打印技術(shù)融入到課程體系中，取得了很好的效果。本文以我院學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)為例，詳細(xì)分析3D打印技術(shù)在“項(xiàng)目”教學(xué)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐。[2]

二、課程教學(xué)硬件設(shè)施的建立

學(xué)院經(jīng)過(guò)半年的努力，已經(jīng)建立了創(chuàng)客空間工作室。并于北京宏籌科技公司等企業(yè)進(jìn)行了廣泛深入的交流合作。配備了擁有13臺(tái)FDM桌面級(jí)3D打印機(jī)、1臺(tái)三維掃描儀、13臺(tái)計(jì)算機(jī)和足夠容納1個(gè)自然班人數(shù)的實(shí)訓(xùn)教室。

三、教學(xué)體系的構(gòu)建

基于“項(xiàng)目”的教學(xué)方法，讓學(xué)生參與“項(xiàng)目”的全過(guò)程，可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。目前，項(xiàng)目組只針對(duì)一部分學(xué)生進(jìn)行兩類“項(xiàng)目”的教學(xué)試運(yùn)行，從試運(yùn)行的結(jié)果看，基于“項(xiàng)目”的教學(xué)方法是有效的。兩類項(xiàng)目分別是“與機(jī)械測(cè)繪實(shí)踐環(huán)節(jié)‘項(xiàng)目’相結(jié)合”“與機(jī)械裝配‘項(xiàng)目’相結(jié)合”。[3]

1.教學(xué)大綱：

教學(xué)大綱是指導(dǎo)“項(xiàng)目”教學(xué)的綱領(lǐng)性文件。針對(duì)非機(jī)械類和機(jī)械類學(xué)生分別設(shè)置教學(xué)大綱。

2.“項(xiàng)目”教學(xué)課件：

通過(guò)與東軟睿道的合作，建設(shè)基于校企合作的優(yōu)秀教材和課件。以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力為核心，結(jié)合高等工科院校工程訓(xùn)練體系運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，課題組要制作“項(xiàng)目”教學(xué)課件。主體內(nèi)容力求體現(xiàn)3D打印技術(shù)的基本知識(shí)和最新發(fā)展成果，文字簡(jiǎn)潔，注重知識(shí)的系統(tǒng)性和科學(xué)性，同時(shí)圖文并茂便于自學(xué)。

“項(xiàng)目”教學(xué)教材及練習(xí)題：

為測(cè)試學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握程度，針對(duì)3D 打印技術(shù)的“項(xiàng)目”教學(xué)內(nèi)容編寫教材和實(shí)訓(xùn)練習(xí)題?！敖滩呐c習(xí)題”緊扣3D 打印技術(shù)“項(xiàng)目”教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，檢驗(yàn)教學(xué)效果。

3.師資建設(shè)：

通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，培養(yǎng)了一支穩(wěn)定的、多層次的實(shí)訓(xùn)教學(xué)指導(dǎo)教師隊(duì)伍。以具有教學(xué)資歷深、經(jīng)驗(yàn)豐富、專家型、高水平特點(diǎn)的高級(jí)職稱的教師作為3D打印技術(shù)“項(xiàng)目”教學(xué)的帶頭人，以接受新技術(shù)、新工藝能力較強(qiáng)的年輕教師作為實(shí)訓(xùn)教學(xué)指導(dǎo)教師。同時(shí)，適當(dāng)引入了企業(yè)人員參加到工程實(shí)訓(xùn)隊(duì)伍里來(lái)。課題組成員于2017年11月成功申報(bào)教育部高教司項(xiàng)目1項(xiàng)、2018年7月成功申報(bào)吉林省教育科學(xué)規(guī)劃課題1項(xiàng)。[4]

四、“項(xiàng)目”的設(shè)計(jì)

結(jié)合東軟睿道真實(shí)的“項(xiàng)目”資源為 3D 打印教學(xué)提供了切入點(diǎn)，使學(xué)生的想象和創(chuàng)意得以 實(shí)現(xiàn)。將學(xué)生的設(shè)計(jì)與效果建立起聯(lián)系，促使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)工程設(shè)計(jì)的興趣。[5]

1.與機(jī)械測(cè)繪實(shí)踐環(huán)節(jié)“項(xiàng)目”相結(jié)合

由一年級(jí)和二年級(jí)的學(xué)生組成“項(xiàng)目”小組。一年級(jí)的學(xué)生通過(guò)實(shí)體構(gòu)件繪制草圖。由二年級(jí)的學(xué)生輔助修改完善草圖。然后，在有教師的參與下，對(duì)修改后的草圖進(jìn)行評(píng)估和交流，并解決所有問(wèn)題。二年級(jí)和一年級(jí)的學(xué)生共同完成3D建模，并通過(guò)3D打印機(jī)完成模型的打印工作。最后，不同小組間進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，并由指導(dǎo)教師點(diǎn)評(píng)每組學(xué)生完成情況。

2.與機(jī)械裝配“項(xiàng)目”相結(jié)合

由一年級(jí)、二年級(jí)和三年級(jí)的學(xué)生組成“項(xiàng)目”小組。指導(dǎo)教師布置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。學(xué)生通過(guò)三維模型軟件分別建立機(jī)構(gòu)部件的三維模型。并完成打印工作。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要通過(guò)自己的努力（包括利用互聯(lián)網(wǎng)、詢問(wèn)指導(dǎo)教師等）解決遇到的全部困難。最后，各小組間展示并交流心得，分享遇到的困難及解決辦法。

結(jié)語(yǔ)

結(jié)合我院情況，項(xiàng)目組對(duì)3D打印技術(shù)在“項(xiàng)目”教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。經(jīng)過(guò)半年的實(shí)踐，學(xué)生提高了學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，取得了較好的效果。接收十余名對(duì)3D打印技術(shù)興趣濃厚的學(xué)生加入到項(xiàng)目組。這些學(xué)生根據(jù)自己的特長(zhǎng)，參與科研教研項(xiàng)目。2018年5月在浙江余姚參加的“全國(guó)首屆機(jī)器人創(chuàng)意大賽”上，我院3項(xiàng)入圍決賽的魔方機(jī)器人里的大多數(shù)結(jié)構(gòu)都是采用3D打印制作的。