3D打印在高職《機械制圖》任務驅(qū)動教學中的探索

梁曉兵

摘要：《機械制圖》課程是工科教育的基礎，應用性強，理解難度大，在高職講解過程中難度很大。教學過程中結(jié)合具體實例，將制圖過程分解成一個個任務，闡述了基于3D打印技術的任務驅(qū)動教學法在《機械制圖》課程教學中的實際應用。

關鍵詞：任務驅(qū)動教學法;《機械制圖》課程;3D打印

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）01-0256-01

隨著科技的發(fā)展，3D打印技術迅速發(fā)展，目前已經(jīng)在航空、醫(yī)學、模具、珠寶等等許多領域得到了廣泛的應用，但在職業(yè)教育領域中的應用應用還不是很廣泛。3D打印機在歐美國家中的一個重要的市場就是職教領域，在英國3D打印作為學生們的手工課進入職業(yè)學校的課堂。

《機械制圖》課程是一門對空間立體感要求很高的課程，涉及到的知識面較廣，同時對學生的實踐能力、理論知識接收能力以及創(chuàng)新能力的要求較高。傳統(tǒng)教學主要靠老師PPT講解，空間建模能力靠想象，學生理解困難，容易使得學生對制圖課程失去興趣甚至產(chǎn)生厭學情緒。基于這種情況，本文把基于3D打印的任務驅(qū)動教學加入《機械制圖》教學領域，以提高學生的學習興趣提高教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生的空間建模能力、加強學生的創(chuàng)新能力與團隊精神以及保證學生的主體地位。

1.3D打印技術的優(yōu)勢

3D打印技術是指通過材料融化后進行連續(xù)的層層累加，逐層疊加材料生成三維實體的技術，因此又稱為增材制造。3D打印進行生產(chǎn)的主要流程是：運用三維工程繪圖軟件如Pro/E繪制三維圖紙，通過切片軟件完成切片，生成G代碼，然后通過3D打印設備，把液態(tài)、粉末態(tài)、絲狀的固體原材料逐層“打印”出設計的產(chǎn)品。

3D打印技術在多個領域有非常廣泛的應用。醫(yī)療領域尤其是在骨科耗材領域，3D打印技術得到了越來越多的應用，F(xiàn)DA已經(jīng)批準多起3D打印醫(yī)療產(chǎn)品進入臨床應用[1]。航空航天領域，GE已經(jīng)把3D打印技術用在了發(fā)動機生產(chǎn)過程中[2]。個人消費領域，荷蘭兩家公司DUSArchitects和UniverseArchitec-ture已經(jīng)在用3D打印技術建造房子[3]，國內(nèi)馬義和也在利用3D打印技術建筑房子[4]。職業(yè)教育領域，發(fā)達國家早已經(jīng)在職業(yè)教育領域開展3D打印技術教育，英國美國加拿大等國家都在職業(yè)教育中引入了3D打印技術。國內(nèi)很多職業(yè)院校也在開展3D打印教學，不過還沒有大面積普及和推廣。

2.任務驅(qū)動教學法

“任務驅(qū)動”教學法，是指在教師指導下，把知識內(nèi)容進行分解成為一個個的有實際意義的、符合學生認知水平的“任務”，以學生為中心，以完成一個個具體的“任務”為線索，把教學內(nèi)容巧妙地隱含在每個“任務”之中，學生自己或者在教師的指導下提出解決問題的思路和方法[5]。當學生完成這個任務后也就建構了本節(jié)課所學的新知識。

“任務驅(qū)動”教學法主要特點是“任務驅(qū)動、做學一體”。職業(yè)院?！稒C械制圖》課程實施“任務驅(qū)動”教學法有利于培養(yǎng)學生的的空間建模能力、提高學生的參與意識創(chuàng)新意識以及分析解決問題的能力。

3.基于3D打印技術的任務驅(qū)動教學在《機械制圖》中的具體應用

《機械制圖》作為一門專業(yè)性很強的基礎課，是機械類學生的必修課，對增強學生的創(chuàng)新意識、圖形表達能力、空間想象能力有著十分重要的作用。傳統(tǒng)上課程的講解是通過課本、PPT、教學模型、實物掛圖等方式進行講解，空間感的建立是通過從點線面的投影規(guī)律來學習三維立體零件圖形。教學過程中，這種教學方法由于不夠直觀形象，筆者發(fā)現(xiàn)高職院校學生對點線面的投影規(guī)律以及二維圖和三維立體零件圖象的轉(zhuǎn)化規(guī)律學習著非常吃力。由于教學用具一方面數(shù)量少，另外一方面教學用具不夠靈活面對學生的各方面學習要求，比如全剖半剖局部剖等視圖教學工作，結(jié)合學生對三維零件實體理解相對容易，本文采用基于3D打印的任務教學法，提升學生學習興趣、提高學生空間能力，提高教學效果。

筆者結(jié)合以往教學經(jīng)驗，結(jié)合教學難點，基于3D打印技術，運用任務驅(qū)動教學方法，以三視圖與剖視圖繪制過程教學為例，進行教學探討。

（1）任務確定：打印剖視三維零件實體，增強同學們對剖視圖的直觀認識。

（2）任務提出：規(guī)定時間內(nèi)打印出零件，一方面增強空間感，建立對剖視圖剖視面剖視畫法的直觀感受，另外一方面，加強對3D打印工作過程的認知，學習3D打印方法技能，使學生走上工作崗位后能夠解決類似問題。

（3）研究任務，制訂解決方案，打印零件：將學生分成若干小組，利用零件的三維模型，根據(jù)任務制訂零件3D打印方案，根據(jù)零件的打印速度、填充率等因素，設置合理打印參數(shù)。要求速度要快，同時又要保證質(zhì)量。

三視圖與剖視圖繪制過程課程教學中，學生在學習過程中，總是感覺剖視圖不夠直觀，尺寸對應有一定難度，學生理解學習相對難度較大。基于3D打印技術，可以直接把剖視平面打印出來，在剖視平面上直接觀察截交線相貫線切線畫法。

目前工業(yè)生產(chǎn)過程越來越專業(yè)化規(guī)范化，如果直接把生產(chǎn)過程搬到學校非常不現(xiàn)實，也不安全，傳統(tǒng)上采用的是去企業(yè)參觀一段時間，然而目前企業(yè)的生產(chǎn)設備，為了安全高效，一般都在外面安裝了安全生產(chǎn)外殼，使得學生參觀過程只能看到設備外殼，無法了解到實際生產(chǎn)機理，如果使用3D打印，就可以把生產(chǎn)過程、裝配過程簡化后在課堂上進行講解。

綜上所述，《機械制圖》教學中把3D打印技術引入任務驅(qū)動教學，不僅可以加深對剖視圖以及投影規(guī)律的理解，可以把工業(yè)生產(chǎn)過程有個直觀的了解認識，而且還能提高學生的學習興趣學習效率、培養(yǎng)學生的空間建模能力、還能加強學生的分析問題解決問題與團隊協(xié)作方面的能力。

參考文獻：

[1]王技德，AutoCAD機械制圖課程實施任務驅(qū)動教學法的任務設計，《內(nèi)蒙古師范大學學報（教育科學版）》，2012（1）.