中職3D打印技術(shù)及教學(xué)改革探究

宋國梁

[摘? ? ? ? ? ?要]? 中職院校作為培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的重要場(chǎng)所，在科技飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，亟待改革。3D打印技術(shù)以其在教學(xué)應(yīng)用中的諸多優(yōu)勢(shì)，正在被廣泛的中職院校教學(xué)所重視。從3D打印技術(shù)的原理開始對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行剖析，分析3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中的作用以及應(yīng)用3D打印技術(shù)需要注意的一系列問題。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 中職;3D打印技術(shù);教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）06-0206-02

長久以來，中職院校的教學(xué)課程都是依據(jù)高等教育的教學(xué)內(nèi)容而設(shè)定的，缺乏中職院校的獨(dú)立特色，也沒有認(rèn)清中職院校與高等教育之間的本質(zhì)區(qū)別。中職院校的教育對(duì)象和就業(yè)方向都與高等院校有著很大的不同。中職院校的學(xué)生大多基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，學(xué)習(xí)積極性欠缺，傳統(tǒng)常規(guī)的教學(xué)方法很難激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)和企業(yè)對(duì)技術(shù)型人才的需要越來越多，也更加強(qiáng)調(diào)畢業(yè)生的實(shí)際動(dòng)手能力。面對(duì)市場(chǎng)多元化需求，中職院校辦學(xué)應(yīng)更加貼近企業(yè)實(shí)踐。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，不僅對(duì)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮著重要作用，對(duì)中職教育的改革也同樣具有重要意義。

一、3D打印技術(shù)的原理

3D打印技術(shù)又稱為“快速成型技術(shù)”，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。其通常是經(jīng)過建模、分層、打印、后期處理這四個(gè)階段來塑造一個(gè)可行的模型。

（一）三維建模

通過專業(yè)三維掃描儀或其他掃描設(shè)備獲取三維數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用獲得的三維數(shù)據(jù)生成三維模型。也可以通過一些三維建模軟件創(chuàng)建三維數(shù)字化模型?？傊?，要通過電腦先制作出一個(gè)3D模型。

（二）切片處理

輸入電腦的3D模型通過打印機(jī)設(shè)備的專業(yè)軟件，將模型切分成一層層的薄片模型，然后在進(jìn)行噴墨打印。具體來說，切片處理需要更加加工模型的特征選擇合適的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定間隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的輪廓信息。間隔越小，成型精度越高，但成型時(shí)間也越長，效率就越低，反之精度越低，效率就越高。

（三）成品加工

根據(jù)切片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，相應(yīng)的成型頭按各截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層地堆積材料，然后將各層相粘結(jié)，最終得到原型產(chǎn)品。

（四）后期處理

從成型系統(tǒng)里取出成型件，進(jìn)行打磨、拋光、涂掛，或放在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。

二、3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

（一）提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性

應(yīng)用3D打印技術(shù)可以將書本上的二維圖形轉(zhuǎn)化為三維立體實(shí)物，能夠給學(xué)生更加直觀清晰的認(rèn)識(shí)。而且以3D打印模型的新穎性特點(diǎn)可以大幅激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)中可以很好地發(fā)揮輔助教學(xué)作用。將3D打印技術(shù)引入課堂教學(xué)，一方面可以幫助學(xué)生將構(gòu)想轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型，另一方面也可以幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力

3D打印技術(shù)為學(xué)生提供了將書本中的圖形轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型的條件，學(xué)生可以自由發(fā)揮想象，盡情設(shè)計(jì)創(chuàng)新，結(jié)合書本知識(shí)和自己的理解，自由開展實(shí)物創(chuàng)作，體會(huì)將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)體的樂趣。在引進(jìn)3D打印技術(shù)融入教學(xué)過程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維能力可以得到很好的鍛煉與提升。有了3D打印技術(shù)的輔助，學(xué)生可以將創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)貫穿于學(xué)習(xí)過程，為靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造出富含個(gè)性特色的實(shí)體作品創(chuàng)造有利條件。

（三）幫助教師探索新的教學(xué)方法

在3D打印技術(shù)引入教學(xué)之前，教師主要還是采用口述結(jié)合文字的形式開展教學(xué)活動(dòng)，或者是借助多媒體設(shè)備輔助教學(xué)，增加教學(xué)活動(dòng)的生動(dòng)性。但是，對(duì)很多學(xué)科來說，這種見不到實(shí)物的課堂教學(xué)遠(yuǎn)沒有結(jié)合實(shí)物進(jìn)行教學(xué)的效果好。學(xué)生閱歷有限，立體思維能力也不是非常好，因此，一旦涉及三維立體圖形的理解問題，很多學(xué)生就會(huì)呈現(xiàn)吃力的現(xiàn)象。引入3D打印技術(shù)后，教師可采用全新體驗(yàn)式教學(xué)方法，將抽象難懂的圖像轉(zhuǎn)化為立體實(shí)物呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生可以通過觀察觸摸這些立體模型，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。這種將抽象內(nèi)容具體化教學(xué)模式創(chuàng)新，將書本理論知識(shí)簡(jiǎn)單化、直觀化，使學(xué)生更容易理解，從另一個(gè)角度大幅提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（四）有助于中職教育與市場(chǎng)需求的對(duì)接

隨著3D打印技術(shù)的逐漸成熟，3D打印設(shè)備已在我國多個(gè)省市推廣應(yīng)用。中職教育的目的在于服務(wù)社會(huì)，為社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)勞動(dòng)技術(shù)型人才。因此，面對(duì)3D打印技術(shù)為我國工業(yè)發(fā)展帶來的巨大影響，在中職教育教學(xué)過程中引入3D打印技術(shù)，既有利于提高課堂教學(xué)效率，又可以讓學(xué)生更早地接觸我國制造業(yè)，更早了解現(xiàn)今社會(huì)的市場(chǎng)需求，從而有的放矢地提升專業(yè)素質(zhì)，以利于更好勝任未來工作崗位。3D打印技術(shù)的引入為我國中職教育與市場(chǎng)需求的無縫對(duì)接打下了良好基礎(chǔ)，也為創(chuàng)新型勞動(dòng)技術(shù)人才的培養(yǎng)提供了助力。

三、3D打印技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用的重點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（一）認(rèn)清我們3D打印技術(shù)在中職教育中應(yīng)用的現(xiàn)狀和出現(xiàn)的問題

從20世紀(jì)90年代形始，我國對(duì)3D打印技術(shù)的相關(guān)研究不斷，這項(xiàng)技術(shù)逐步被大家所了解。如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)被不少中職院校引入教學(xué)活動(dòng)，用于提升教學(xué)效率。甚至，有些中職院校專門開設(shè)了3D打印技術(shù)專業(yè)，以培養(yǎng)這方面的專業(yè)人才。目前，3D打印技術(shù)在職業(yè)教育領(lǐng)域正在逐步從實(shí)驗(yàn)階段走向成熟，許多正確應(yīng)用3D打印技術(shù)于教學(xué)活動(dòng)的寶貴經(jīng)驗(yàn)已在教育領(lǐng)域被多方借鑒，并取得了理想的成果，避免了由于不當(dāng)使用而造成的資源浪費(fèi)和時(shí)間耽擱。

就目前來看，在中職教育中正確使用3D打印技術(shù)，首先要做充足的相關(guān)實(shí)踐調(diào)查，分析3D技術(shù)的實(shí)施環(huán)境和實(shí)施方法，其次要參考相應(yīng)的文獻(xiàn)資料，了解前人應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和可能出現(xiàn)的問題，然后對(duì)以往職業(yè)教育引入3D打印技術(shù)的歷史實(shí)例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中阻礙3D打印技術(shù)在職業(yè)教育中持續(xù)深入應(yīng)用的原因以及順暢應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)提升教學(xué)水平的寶貴經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而取其精華、去其糟粕才能達(dá)到理想的實(shí)踐效果。

3D打印技術(shù)作為一種新型的教學(xué)輔助技術(shù)，雖然已被不少中職院校引入教學(xué)活動(dòng)，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到普及的程度。目前，對(duì)3D打印技術(shù)的研究成果多停留在高等教育領(lǐng)域。從高等教育到中職教育的應(yīng)用，不論是因?yàn)榻虒W(xué)條件的限制還是學(xué)生接受能力的制約，這項(xiàng)教育改革的實(shí)施必定有一個(gè)艱苦的探索期。就現(xiàn)階段中職教師對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)來看，大致可以分為三種情況：一是認(rèn)識(shí)不足，不能在教學(xué)中充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì);二是認(rèn)識(shí)片面，無法正確應(yīng)用3D打印技術(shù);三是雖有一定了解，但無法將職業(yè)教育的根本與3D打印技術(shù)緊密聯(lián)系起來，導(dǎo)致大量教育資源的浪費(fèi)。

在職業(yè)教育中應(yīng)用3D打印技術(shù)的目的在于提高教學(xué)效率，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)人才。因此，在應(yīng)用3D打印技術(shù)之前，必須做好相應(yīng)的實(shí)踐研究，總結(jié)正確使用這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)律，在實(shí)施過程中應(yīng)用科學(xué)方法對(duì)那些前人經(jīng)驗(yàn)得來的規(guī)律加以驗(yàn)證，進(jìn)而得出適合自身發(fā)展的可行性方案。只有這樣，才能算是正確應(yīng)用3D打印技術(shù)服務(wù)于職業(yè)教育，才能在人才培養(yǎng)方面收到滿意的結(jié)果。

（二）進(jìn)行宏觀規(guī)劃分層普及3D打印技術(shù)，避免資源浪費(fèi)

我國中職教師由于年齡、專業(yè)、地域等多方面原因，個(gè)人素質(zhì)參差不齊。在推薦3D打印技術(shù)輔助教學(xué)時(shí)，不能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，需要分層次逐步普及推廣。

首先，可以根據(jù)地域進(jìn)行分層。由于內(nèi)地的制造業(yè)沒有沿海地區(qū)發(fā)達(dá)，對(duì)3D打印技術(shù)的應(yīng)用也相應(yīng)地涉及不多。而沿海地區(qū)激光快速成型技術(shù)已較成熟，應(yīng)用3D打印技術(shù)的機(jī)會(huì)也比較多。因此，根據(jù)地域分層，一方面可以顧忌到當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)與3D打印技術(shù)的融合程度，提升3D打印技術(shù)的使用效果，另一方面也可以顧忌到區(qū)域差異，便于實(shí)施與當(dāng)?shù)叵噙m應(yīng)的應(yīng)用方案，保證3D打印技術(shù)的順利推行。

其次，可以根據(jù)專業(yè)進(jìn)行分層。不同的專業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)的教學(xué)輔助需求也是不同的。對(duì)與傳統(tǒng)制造業(yè)相關(guān)的專業(yè)，用3D打印技術(shù)作為課堂教學(xué)輔助就可以了。而對(duì)與智能制造產(chǎn)業(yè)相關(guān)的專業(yè)，就要求學(xué)生必須熟練掌握3D打印技術(shù)，并對(duì)其有深入的了解和研究。相應(yīng)的對(duì)專業(yè)教師的要求也要提高，這個(gè)專業(yè)的教師相比與其他專業(yè)的教師對(duì)3D打印技術(shù)需要有更加深入的研究和認(rèn)識(shí)。目前，我國正處于傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造業(yè)轉(zhuǎn)型的階段，由此而產(chǎn)生的一些新興專業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)的需要更高，這也就要求對(duì)應(yīng)的專業(yè)教師必須具備更高的專業(yè)素質(zhì)。因此，根據(jù)專業(yè)分層是正確應(yīng)用3D打印技術(shù)必須注意的問題。

最后，根據(jù)教師素質(zhì)進(jìn)行分層。教師作為知識(shí)的傳播者，在職業(yè)教育中扮演著重要角色。教師對(duì)3D打印技術(shù)認(rèn)識(shí)不足，必然嚴(yán)重影響到3D打印技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)效果，不但不能充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還很可能造成大量教學(xué)資源的浪費(fèi)。

（三）整合資源降低3D打印技術(shù)使用門檻

目前，我國3D打印技術(shù)的核心力量仍主要集中在各高等院校的研發(fā)機(jī)構(gòu)，而將高等院校的科研與職業(yè)教育領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)接問題還不是很完善，無法做到良好互動(dòng)。因此，如何實(shí)現(xiàn)高等教育與職業(yè)教育的雙贏發(fā)展，已成為3D打印技術(shù)良好實(shí)施需要重視的一項(xiàng)難點(diǎn)問題。職業(yè)教育所需的3D打印技術(shù)應(yīng)用還需要高等院?？蒲袡C(jī)構(gòu)的配合與支持，才能取得更好的教學(xué)效果。

此外，3D打印技術(shù)從研發(fā)到商業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是掌握在制造業(yè)企業(yè)的手中。目前，職業(yè)教育與企業(yè)需求之間人存在著一些問題，很難實(shí)現(xiàn)真正的無縫對(duì)接。因此，職業(yè)教育在引入3D打印技術(shù)時(shí)必須先做大量市場(chǎng)調(diào)查，盡可能充分了解企業(yè)和市場(chǎng)的真實(shí)人才需求，從而有的放矢地普及3D打印教學(xué)，讓其更好地服務(wù)于人才培養(yǎng)。

3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用涉及方方面面的利益，只有在實(shí)現(xiàn)多方利益共贏的基礎(chǔ)上，整合教育資源，合理應(yīng)用3D打印技術(shù)，才能在職業(yè)教育中真正發(fā)揮3D打印技術(shù)的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)語

3D打印技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)。在職業(yè)教育領(lǐng)域開展3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用活動(dòng)，探索新時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)職業(yè)教育的真正需求，分析在教學(xué)中正確應(yīng)用3D打印技術(shù)的方法和規(guī)律，最終為職業(yè)教育的現(xiàn)代化發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

王永淇，孫佳.3D打印技術(shù)及其在職業(yè)教育領(lǐng)域的應(yīng)用[J].遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，19（6）：62-64.

◎編輯 武生智