“3D打印技術(shù)”公選實(shí)踐課程教學(xué)探討

嚴(yán)劍剛,吳 鏑,劉 賽

(上海第二工業(yè)大學(xué) 工程訓(xùn)練中心,上海201209)

0 引言

3D打印是近年來逐漸興起的熱門技術(shù),在國(guó)內(nèi)外以星火燎原之勢(shì)迅猛發(fā)展[1]。3D打印技術(shù)歸根到底是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的延伸。它拓展了人類的知覺和感覺,促進(jìn)了人類思維的發(fā)展,將3D打印與課堂教學(xué)融合在一起,能夠刺激學(xué)生的感官,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[2]。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始探索3D打印技術(shù)對(duì)教育的影響,并成立了相關(guān)項(xiàng)目用以促進(jìn)3D打印技術(shù)與教育的融合[3]。2015年國(guó)家工業(yè)和信息化部出臺(tái)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)技術(shù)(2014—2016)》[4]。更要求我們加快對(duì)3D打印技術(shù)教學(xué)的改革,適應(yīng)社會(huì)的需求。

將這新興的3D打印技術(shù)和現(xiàn)有高校的教學(xué)體系融合并協(xié)同發(fā)展[5],不僅僅是重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一,也是達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生利用增材技術(shù)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要手段。目前我校3D打印的教育仍處于起步階段,實(shí)際教學(xué)中仍存在一些問題:①“3D打印技術(shù)”是面向全校的公選實(shí)踐課程,學(xué)生對(duì)三維設(shè)計(jì)的理解不一,課時(shí)又有限,學(xué)生消化理解的時(shí)間有限,阻礙了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng);② 思想政治教育和“3D打印技術(shù)”課程仍然“各行其道”,沒有交叉,沒有滲透,沒有融合,沒有凸顯出思想政治教育在卓越工程意識(shí)和能力培養(yǎng)過程中的引領(lǐng)輻射作用[6];③ 3D打印設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高,設(shè)備有限,學(xué)生多,做到每個(gè)學(xué)生都能操作比較困難,影響了學(xué)生實(shí)踐的積極性。

因此根據(jù)我校實(shí)際情況,從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練、技能競(jìng)賽出發(fā),將課程思政融入到“3D打印技術(shù)”課程中,并通過運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式,根據(jù)不同層次學(xué)生建立不同的教學(xué)案例,摸索課程教學(xué)模式。彌補(bǔ)目前“3D打印技術(shù)”在實(shí)際教學(xué)中的不足,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合競(jìng)爭(zhēng)能力,樹立正確的人生觀和價(jià)值觀[7],提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量,推動(dòng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)方式的改革。

1 教學(xué)模式探討

新模式下“3D打印技術(shù)”公選實(shí)踐課程把職業(yè)道德、職業(yè)心態(tài)和職業(yè)意識(shí)納入教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中[8],對(duì)原有的教學(xué)內(nèi)容做相應(yīng)的補(bǔ)充和刪減,并且教學(xué)方法也應(yīng)該得到相應(yīng)的調(diào)整,以便更好地激發(fā)學(xué)生對(duì)于課程的興趣,提升教學(xué)質(zhì)量和效率。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式將單一的課堂教學(xué)擴(kuò)展到課外,突破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制,發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體性作用,改變了“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的“主導(dǎo)＋主體”的教學(xué)結(jié)構(gòu)[9]。

1.1 教學(xué)目標(biāo)

通過“3D打印技術(shù)”公選實(shí)踐課程的學(xué)習(xí),拓寬學(xué)生的知識(shí)面,了解3D打印的設(shè)備與設(shè)計(jì)原理,以及相應(yīng)的各種3D打印方式和其應(yīng)用。會(huì)操作一種3D打印設(shè)備,能夠具備初步的工程實(shí)踐素養(yǎng),學(xué)習(xí)到先進(jìn)制造技術(shù)的理念與工程技術(shù)的集成與應(yīng)用。在教學(xué)中把培育和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀融入教書育人全過程,將學(xué)科資源、學(xué)術(shù)資源轉(zhuǎn)化為育人資源,實(shí)現(xiàn)“知識(shí)傳授”和“價(jià)值引領(lǐng)”有機(jī)統(tǒng)一,加強(qiáng)工匠精神教育[10]。激發(fā)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、勇于創(chuàng)新的積極性,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、踏實(shí)、勤奮的學(xué)習(xí)態(tài)度和工作作風(fēng),拓展其創(chuàng)新思維意識(shí)及提高動(dòng)手技能。

1.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

“3D打印技術(shù)”是面向全校學(xué)生的一門公選實(shí)踐課程,是應(yīng)用型高等院校學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)過程中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。由于學(xué)生包含了機(jī)械類與非機(jī)械類,而且學(xué)生的興趣也不盡相同,所以必須建立一系列典型、實(shí)用、難度階梯化的3D打印教學(xué)案例來引導(dǎo)學(xué)生。

1.2.1 教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度安排

圍繞培養(yǎng)工匠精神的教學(xué)目標(biāo),將工匠精神貫穿課程教學(xué)始終。把培養(yǎng)學(xué)生耐心、專注、堅(jiān)持的工作精神滲透到教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度中(見表1)。

1.2.2 教學(xué)案例

教學(xué)案例應(yīng)明確設(shè)計(jì)方案、技術(shù)要點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)等[11],難度要求梯度化,滿足不同層次或要求的教學(xué)環(huán)節(jié)。

(1)演示案例。演示案例可用“七巧板”“高腳杯”等簡(jiǎn)易的模型入手。利用UG8.0三維設(shè)計(jì)軟件,通過拉伸等命令,設(shè)計(jì)一款無支撐填充實(shí)體——七巧板[12](見圖1);或是通過回轉(zhuǎn)等命令,設(shè)計(jì)一個(gè)高腳杯。并用UP!3D打印機(jī)進(jìn)行打印與拆卸。

此案例可以針對(duì)沒有任何基礎(chǔ)的學(xué)生通過三維設(shè)計(jì)軟件的簡(jiǎn)單操作,把大家熟知的七巧板、高腳杯,運(yùn)用3D打印技術(shù)完成模型制作。這樣容易提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,為后續(xù)拓展其創(chuàng)新思維意識(shí)及提高動(dòng)手技能提供保障。

(2)綜合型案例。綜合案例用“螺桿與螺母的組合件”(見圖2)、“球于盒中”“漸開線齒輪”等典型的組合體模型。要求學(xué)生通過三維軟件設(shè)計(jì),熟悉切片方法,探索優(yōu)化打印質(zhì)量的技巧,檢驗(yàn)裝配后效果。進(jìn)而進(jìn)行誤差的修復(fù),最終完成作品。

此案例可以針對(duì)略有機(jī)械基礎(chǔ)或已掌握前述案例的學(xué)生通過三維設(shè)計(jì)軟件的拉伸、螺紋、抽殼、陣列等命令,了解機(jī)械的簡(jiǎn)單裝配的原理,最終把兩個(gè)零件裝配在一起。綜合型的案例幫助學(xué)生掌握合理的實(shí)驗(yàn)方案,深入掌握3D打印的工藝,優(yōu)化學(xué)生的創(chuàng)新知識(shí)結(jié)構(gòu)。

表1 教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度安排Tab.1 Teaching content and schedule

圖2 螺桿、螺母Fig.2 Screw rod,nut

1.3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

圖3 微信公眾號(hào)Fig.3 WeChat public number

當(dāng)代大學(xué)生作為新生的一代,對(duì)新事物有著強(qiáng)烈的興趣。建立微信公眾號(hào)(見圖3)、慕課,讓師生間的溝通變得更為快捷,并且不再局限于文字,包括圖片、語音、視頻等,也無需付費(fèi)。學(xué)生可以利用業(yè)余時(shí)間提前進(jìn)行學(xué)習(xí),如有疑問可以隨時(shí)發(fā)問題到平臺(tái),這樣使答疑的方式更便捷,彌補(bǔ)了課時(shí)有限,學(xué)生層次不一等傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷。

1.4 學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練

“3D打印技術(shù)”公選實(shí)踐課程的學(xué)生專業(yè)不同、年級(jí)不同,采用團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的機(jī)制,可以降低學(xué)習(xí)的難度,發(fā)揮不同專業(yè)的特長(zhǎng),提高學(xué)生間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。正是公選實(shí)踐課程的特點(diǎn),讓每一個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手的機(jī)會(huì),提前感受今后邁入社會(huì)后的分工協(xié)作機(jī)制,響應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)定位。

根據(jù)學(xué)生數(shù)量由4～5人組成一組,上課時(shí)以小組為單位安排實(shí)驗(yàn)設(shè)備,并以項(xiàng)目導(dǎo)入方式要求學(xué)生完成指定的考核。成員間可以建立微信群,課外也能進(jìn)行無障礙溝通,共同問題在微信公眾號(hào)內(nèi)交流。這樣學(xué)習(xí)能更加深入,學(xué)生間合作能更加緊密,最終小組的作品也能更加豐富和多元化。

1.5 技能競(jìng)賽

對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生提倡參加各項(xiàng)技能競(jìng)賽,提高學(xué)生工程實(shí)踐能力。在2017年上海市第七屆大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽中(見圖4),指導(dǎo)的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在以3D打印技術(shù)為主題的無碳小車“S”和“8字”競(jìng)賽中包攬了兩個(gè)項(xiàng)目特等獎(jiǎng)。通過競(jìng)賽更好地為工程訓(xùn)練教學(xué)服務(wù),提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,達(dá)到了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的。

圖4 技能競(jìng)賽Fig.4 Skill competition

2 結(jié)束語

“3D打印技術(shù)”公選實(shí)踐課程融入課程思政、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式,建立適合當(dāng)下的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練、技能競(jìng)賽,是現(xiàn)代教育技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的一個(gè)重要應(yīng)用。有利于優(yōu)化學(xué)生的創(chuàng)新知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、完善學(xué)生的創(chuàng)新思維、塑造學(xué)生的創(chuàng)新人格,推動(dòng)了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)方式的改革。