3D打印技術(shù)數(shù)字化課程資源建設(shè)的研究與實踐

李旭

摘 要

本文介紹了3D打印技術(shù)數(shù)字化課程教學(xué)需求和目標(biāo);其次，分析了優(yōu)化3D打印技術(shù)數(shù)字化課程的內(nèi)容選擇;最后，重點探究了實現(xiàn)3D打印技術(shù)數(shù)字化課程教學(xué)的延伸路徑。

關(guān)鍵詞

3D打印技術(shù);課程資源;數(shù)字化課程;課程體系

中圖分類號： G712;TH-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.49

0 前言

3D打印技術(shù)是當(dāng)前制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的新技術(shù)，這項技術(shù)的應(yīng)用，可提高項目整體的生產(chǎn)效率，并簡化工業(yè)生產(chǎn)流程。使用3D打印技術(shù)可以改良模具生產(chǎn)的過程，這一方法對于工業(yè)設(shè)計行業(yè)和制造業(yè)都有極大的促進(jìn)作用。

1 3D打印技術(shù)數(shù)字化課程明確教學(xué)需求

1.1 個體需求

在接觸到新型設(shè)計技術(shù)的初期階段，很多學(xué)生可能更傾向于對無人機(jī)、機(jī)器人技術(shù)等方面的研究，而對3D打印技術(shù)的關(guān)注較少[1]。隨著學(xué)生們自我學(xué)習(xí)意識的提升，很多學(xué)生們也希望能夠通過學(xué)習(xí)到的新知識，跟上時代發(fā)展的步伐。所以，一些學(xué)生開始了解并運用3D打印技術(shù)，將自己的想法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。

1.2 學(xué)校需求

國內(nèi)大部分的職業(yè)院校都將信息技術(shù)與通用技術(shù)統(tǒng)一結(jié)合成為了一門新技術(shù)，并在日常教學(xué)中為學(xué)生們普及技術(shù)教育。但是，學(xué)校在教學(xué)中采用的材料、資源和方法都相對傳統(tǒng)，面對新時期的人才發(fā)展需求，學(xué)校要從硬件、軟件和資源方面，不斷地進(jìn)行更新和優(yōu)化，以此實現(xiàn)對學(xué)生們創(chuàng)新思維、跨學(xué)科思維和空間設(shè)計能力的培養(yǎng)。

1.3 社會需求

社會現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，對3D打印技術(shù)的需求越來越多。人工智能、機(jī)器人和3D打印技術(shù)為代表的智能化科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)逐步改變了人們的生活。3D打印技術(shù)作為創(chuàng)客教育中相對容易普及的新技術(shù)，對于培養(yǎng)跨學(xué)科思維和創(chuàng)新性思維的現(xiàn)代化人才方面，具有至關(guān)重要的作用。

2 確立3D打印技術(shù)數(shù)字化課程教學(xué)目標(biāo)

2.1 過程方法目標(biāo)

過程方法學(xué)習(xí)目標(biāo)實現(xiàn)中，部分教師會結(jié)合小組合作的教學(xué)模式。讓學(xué)生們在小組中與他人學(xué)會配合，并積極地承擔(dān)其每個人的角色和任務(wù)，同時，培養(yǎng)他們的自覺性和主動性，養(yǎng)成科學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣[2]。

2.2 知識技能目標(biāo)

3D打印技術(shù)教學(xué)的知識技能目標(biāo)在于拓寬學(xué)生們視野，讓學(xué)生們學(xué)習(xí)如何使用3D打印設(shè)備和軟件，完成扭轉(zhuǎn)、鏡像和陣列等工具命令執(zhí)行，設(shè)計出簡單的作品，并將自己的想法，實現(xiàn)成為帶有創(chuàng)意性的生活用品。

2.3 情感價值目標(biāo)

3D打印技術(shù)教育的情感價值目標(biāo)，要求學(xué)生們能從學(xué)習(xí)中，獲得良好的情感教育和審美指導(dǎo)，學(xué)會發(fā)現(xiàn)生活中的美并親自動手創(chuàng)造美。在學(xué)習(xí)中，有效防止個別學(xué)生出現(xiàn)情感價值缺失和品德缺失的情況，促使學(xué)生實現(xiàn)全面發(fā)展。

3 優(yōu)化3D打印技術(shù)數(shù)字化課程內(nèi)容選擇

3.1 設(shè)計軟件

在進(jìn)行3D打印技術(shù)數(shù)字化課程資源建設(shè)中，設(shè)計軟件是不可或缺的重要組成部分。當(dāng)前，我國大部分地區(qū)高校主要在入門教學(xué)、工業(yè)設(shè)計和廣告影視制作等領(lǐng)域應(yīng)用設(shè)計軟件，并且根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的不同，選擇功能性和操作難易程度各異的軟件。常見的UG、PRO-E、3DMAX等軟件，雖然有較為強大的功能，但是操作難度較大。如果在為初學(xué)者進(jìn)行教學(xué)中，選擇這種成熟度較高的軟件，會增加其學(xué)習(xí)困難，甚至?xí)驌羲麄冊趯W(xué)習(xí)3D打印技術(shù)時的自信心[3]。因此，在選擇3D打印技術(shù)數(shù)字化課程設(shè)計軟件時，要根據(jù)學(xué)生的層級，為他們提供適合的軟件。例如，對于初學(xué)者，可以選擇3D 0NE和123D design等兩款簡單易上手的軟件。兩款軟件均適合初學(xué)者，能夠幫助他們從2D設(shè)計思維順利地過渡到3D層面上。前者的軟件操作界面相對友好，更適合低年級的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，而后者的操作模式更加專業(yè)，可以在社團(tuán)課程和第二課堂教學(xué)中進(jìn)行運用。3D ONE系列軟件的開發(fā)宗旨就是為青少年提供三維立體創(chuàng)意設(shè)計的社區(qū)品臺，學(xué)生們在教師的指導(dǎo)下，運用軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)和設(shè)計，還能和社區(qū)內(nèi)的其他同學(xué)進(jìn)行成果交流與技術(shù)探討，符合當(dāng)前3D打印技術(shù)數(shù)字化課程資源建設(shè)的發(fā)展需要。

3.2 打印設(shè)備

根據(jù)不同的打印原理和打印方法，在3D打印技術(shù)數(shù)字化課程資源建設(shè)中，需要選擇不同的打印設(shè)備。當(dāng)前，市面上較為常見的打印設(shè)備包括了以下幾種：（1）FDM打印設(shè)備;（2）3DP打印設(shè)備;（3）SLA打印設(shè)備;（4）EMB打印設(shè)備。

在對幾種不同類型和規(guī)格的設(shè)備進(jìn)行對比分析之后發(fā)現(xiàn)，3DP打印設(shè)備和SLA打印設(shè)備都是價格相對高昂的設(shè)備，而且在材料打印制作中，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的制作，主要的應(yīng)用環(huán)境為工業(yè)生產(chǎn)與制造領(lǐng)域、高級模型玩家制作等方面。EMB是幾種設(shè)備中體積最為龐大、打印精度最高的設(shè)備類型，這種設(shè)備將鈦合金作為打印材料，可用于醫(yī)療醫(yī)學(xué)衛(wèi)生領(lǐng)域的人體器官、骨骼打印，以及航空航天與軍事現(xiàn)代化建設(shè)中的零部件打印。與之相比，F(xiàn)DM打印設(shè)備比較常見，設(shè)備精度不高，打印出的成品會出現(xiàn)表面粗糙的情況。但是，這種類型的打印機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)快速成型，并且容易學(xué)生操作，價格相對低廉，所以學(xué)校的3D打印技術(shù)數(shù)字化教學(xué)工作中應(yīng)用這種設(shè)備比較常見。

3.3 課程體系

在構(gòu)建3D打印技術(shù)數(shù)字化課程時，要從課程體系的設(shè)計環(huán)節(jié)展開研究，確保這一技術(shù)能有效地融入到課程設(shè)計之中。3D打印技術(shù)是多媒體技術(shù)的有效延伸，借助這一技術(shù)可將人們想象中的事物，以更加直觀和具象化的方式轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實存在的物件。所以，在課程體系設(shè)計中，教師要有意識地將3D打印技術(shù)融入到設(shè)計環(huán)節(jié)，并在課堂教學(xué)中，有計劃地引導(dǎo)學(xué)生們進(jìn)行學(xué)習(xí)。

例如，在課程體系構(gòu)建的最初階段，要為學(xué)生們引入3D打印技術(shù)的基本原理，以便為模具設(shè)計教學(xué)提供輔助參考。學(xué)生在學(xué)習(xí)和觀摩中，能直觀地感受到知識帶給自己的變化，而且，采用展示化的教學(xué)，也能提高課堂教學(xué)效果，實現(xiàn)高效課堂的構(gòu)建。在1至2周之后，教師可以讓學(xué)生們利用自己已經(jīng)掌握到的知識，分組參與3D打印技術(shù)的應(yīng)用，完成教師布置的作業(yè)。教師還可以構(gòu)建演示和實踐等課程模式，在模具設(shè)計的教學(xué)中，增加實驗類型的課程，讓學(xué)生們能進(jìn)一步了解到所學(xué)技術(shù)的深層次原理。

4 實現(xiàn)3D打印技術(shù)數(shù)字化課程教學(xué)延伸

4.1 年級3D作品設(shè)計比賽

教師可以在學(xué)期中，在學(xué)生們掌握了基本的3D打印技術(shù)原理之后，讓學(xué)生們利用3D ONE操作技術(shù)軟件，以自愿報名的方式，參與到年級3D作品設(shè)計競賽中。這種競賽模式以年級分組，讓學(xué)生們都可以在自己已經(jīng)掌握的知識和技術(shù)水平上進(jìn)行競賽，以此實現(xiàn)競賽活動的公正性和公平性[3]。比如，某地區(qū)的3D打印技術(shù)數(shù)字化課程教學(xué)小組的教師，為低年級組的競賽設(shè)置了“創(chuàng)意課桌”的3D打印技術(shù)設(shè)計主題。要求學(xué)生們利用3D ONE軟件，在90分鐘之內(nèi)獨立完成模型設(shè)計與制作。這種方式充分調(diào)動了學(xué)生們參與度和積極性，學(xué)生們可以在競賽中檢驗自己的知識和能力，并獲得更專業(yè)、更具有針對性的點評。

4.2 區(qū)域創(chuàng)客3D建模競賽

除了組織校內(nèi)的年級競賽以外，教師還鼓勵學(xué)生們，特別是高年級的學(xué)生，參與更大規(guī)模的創(chuàng)客建模設(shè)計競賽。比如，“創(chuàng)客節(jié)”、“創(chuàng)客比賽”和“創(chuàng)客嘉年華”等，都是以創(chuàng)客為主題的競賽活動，這種方式能鼓勵學(xué)生們發(fā)揮自己所長，并推動區(qū)域性的創(chuàng)客文化得以傳播和發(fā)展[4]。例如，在我國“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的新產(chǎn)業(yè)發(fā)展理念的指導(dǎo)下，某地區(qū)區(qū)教育局提高了對創(chuàng)客文化的重視力度，積極鼓勵學(xué)生參與教育創(chuàng)客節(jié)。在2018年舉辦的第二屆創(chuàng)客教育界中，共設(shè)計了無人機(jī)、3D建模、機(jī)器人競速和智能生活創(chuàng)意編程賽等，為3D打印設(shè)計和其他新型創(chuàng)意技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間[5]。

5 總結(jié)

當(dāng)前，國內(nèi)職業(yè)院校的相關(guān)課程教學(xué)設(shè)計需求以及3D打印技術(shù)的發(fā)展方向，教師要持續(xù)對3D打印技術(shù)的數(shù)字化課程資源加以建設(shè)，以此推動3D打印技術(shù)持續(xù)發(fā)展，整個增材制造業(yè)也能由此吸收更多適合該行業(yè)發(fā)展的人才。

參考文獻(xiàn)

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