高職3D打印技術(shù)實(shí)踐教學(xué)探索

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2101-5042-9137

摘? 要：3D打?。?D Printing）技術(shù)作為一項(xiàng)顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的新興技術(shù)，近年來在世界范圍內(nèi)迅猛發(fā)展，已經(jīng)在汽車、模具、航天、醫(yī)療、個(gè)性產(chǎn)品定制等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了增強(qiáng)高職院校學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，適當(dāng)緩解當(dāng)前社會(huì)對(duì)3D打印人才的供需矛盾，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高高職院校3D打印技術(shù)實(shí)踐教學(xué)水平，文章針對(duì)目前3D打印技術(shù)專業(yè)實(shí)踐課程在教學(xué)中所面臨的一些問題，進(jìn)行了深入分析和探索，通過推進(jìn)教學(xué)改革、加強(qiáng)師資建設(shè)、深入校企合作和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，切實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂效果，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的高素質(zhì)技能人才。

關(guān)鍵詞：高職高專? ?3D打印技術(shù)? ?實(shí)踐教學(xué)? ?人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）06（b）-0094-03

Exploration on Practice Teaching of 3D Printing Technology in Higher Vocational Colleges

ZHAO Nan

（Shanxi Engineering Vocational College， Taiyuan， Shanxi Province， 030009? China）

Abstract： As an emerging technology that subverts the traditional manufacturing industry， 3D printing technology has developed rapidly all over the world in recent years and has been widely used in many fields such as automobile， mold， aerospace， medical treatment， personalized product customization and so on. In order to enhance the employment competitiveness of students in higher vocational colleges， appropriately alleviate the contradiction between supply and demand of 3D printing talents in the current society， stimulate students' interest in learning， and improve the practical teaching level of 3D printing technology in higher vocational colleges， this paper makes an in-depth analysis and exploration on some problems faced in the teaching of practical courses of 3D printing technology specialty strengthen the construction of teachers， deepen school enterprise cooperation and build a network platform， effectively improve students' learning interest and classroom effect， and cultivate high-quality skilled talents with innovative spirit and engineering practice ability.

Key Words： Vocational College; 3D printing technology; Practical teaching; talent cultivation

在我國(guó)，隨著《中國(guó)制造2025》等政策的出臺(tái)，3D打印技術(shù)被提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。當(dāng)前，我國(guó)3D打印技術(shù)人才非常匱乏，培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)技能人才已成為當(dāng)務(wù)之急，而高職院校正承擔(dān)著培養(yǎng)高素質(zhì)實(shí)踐型技能人才的重?fù)?dān)?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)高校針對(duì)3D打印技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)工作尚處于初步的探索階段。

1? 高職3D打印技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)興起于二十世紀(jì)八九十年代，不同于以車銑刨磨鉆為代表的減材加工或以鑄鍛焊為代表的等材加工，是一種“自下而上”的逐層累加材料的數(shù)字制造技術(shù)^[1]。3D打印技術(shù)首先將復(fù)雜的三維實(shí)體模型“切”成具有一定厚度的片層，將三維模型變?yōu)楹?jiǎn)單的二維圖形，然后再將二維圖形逐層堆積打印，大大降低了零件成型的難度。當(dāng)前，3D打印技術(shù)作為新興技術(shù)受到越來越多高職院校的青睞，每年投入到建設(shè)3D打印實(shí)訓(xùn)基地的經(jīng)費(fèi)也越來越多。但是由于3D打印技術(shù)走進(jìn)高職課堂的時(shí)間較短，形成的教學(xué)規(guī)模還比較局限，因此在實(shí)踐教學(xué)中存在著一系列問題。

1.1 實(shí)踐教學(xué)缺乏規(guī)范性

當(dāng)前，我國(guó)3D打印技術(shù)人才非常匱乏，培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)技能人才已成為當(dāng)務(wù)之急。由于3D打印技術(shù)目前還未出現(xiàn)在《普通高等學(xué)校高等職業(yè)教育（專科）專業(yè)目錄》，缺乏相關(guān)的課程標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范性文件作為實(shí)際教學(xué)的指導(dǎo)，從而使得各個(gè)教師在教學(xué)過程、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面各不相同，而這也是有些教師教學(xué)過于隨意的原因。3D打印技術(shù)的各種多媒體資源有待相關(guān)專業(yè)教師進(jìn)一步開發(fā)和在課堂教學(xué)中實(shí)踐。

1.2 實(shí)踐教學(xué)模式單一

3D打印技術(shù)是集計(jì)算機(jī)、機(jī)械、材料等多學(xué)科于一體的交叉學(xué)科，所涉及的內(nèi)容包括機(jī)械設(shè)備的操作、材料性能、三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)與操作、成型工藝等領(lǐng)域。但是在高職院校的實(shí)踐教學(xué)過程中，實(shí)踐內(nèi)容大多圍繞低端的桌面級(jí)FDM打印機(jī)開展3D打印設(shè)備操作過程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。一方面，這種教學(xué)方法在工業(yè)應(yīng)用方面的價(jià)值不高，學(xué)生掌握的技能并不能直接對(duì)接企業(yè)要求;另一方面，學(xué)生在實(shí)踐過程中只需按部就班地按照教師預(yù)先設(shè)計(jì)好的步驟操作，繼而完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)實(shí)踐過程中，填鴨式的教學(xué)方法使學(xué)生沒有充分發(fā)揮自己學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，也無法感受到課堂主人翁的感覺，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，教學(xué)效果不理想^[2]。

1.3 學(xué)生創(chuàng)造能力較弱

3D打印技術(shù)實(shí)踐教學(xué)與其他傳統(tǒng)機(jī)械類實(shí)踐課程的方法一樣，均是由教師講授相關(guān)的理論知識(shí)，進(jìn)行操作示范，然后由學(xué)生按照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書一步步進(jìn)行練習(xí)。在這個(gè)過程中，學(xué)生的操作技能得到提升，但是卻限制了學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新能力。學(xué)生的創(chuàng)新思維受到教師的影響，沒有得到充分的發(fā)揮和施展。這樣的教學(xué)方法既沒有凸顯3D打印技術(shù)在創(chuàng)新思維培養(yǎng)及科研能力訓(xùn)練方面的重要作用，也違背了我國(guó)近幾年來大力推行的“新工科”教育理念，難以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才^[3]。此外，由于學(xué)生掌握和應(yīng)用3D打印技術(shù)的深度和廣度不足，畢業(yè)后繼續(xù)從事高水平專業(yè)3D打印研究的很少，難以滿足社會(huì)需求，沒有達(dá)到人才培養(yǎng)的效果。

1.4 教師能力有待提高

3D打印技術(shù)作為新興的制造技術(shù)，國(guó)內(nèi)專業(yè)技術(shù)人才儲(chǔ)備不足，且大多數(shù)人才選擇到相關(guān)高科技企業(yè)就職。高職院校從事3D打印課程教學(xué)工作的教師大都是由具有機(jī)械背景的老師承擔(dān)，缺乏對(duì)3D打印技術(shù)的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解尚停留在表面理解上，導(dǎo)致課堂教學(xué)存在照本宣科的現(xiàn)象，消磨了學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。少數(shù)具有3D打印專業(yè)背景的教師從高校一畢業(yè)就到學(xué)校授課，缺乏實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，未實(shí)際參與到企業(yè)生產(chǎn)過程，不能妥善地將課堂知識(shí)與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合，導(dǎo)致課堂實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量不高。

此外，3D打印技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中還存在教學(xué)資源不足、教學(xué)設(shè)備有限、教學(xué)設(shè)施種類單一等問題。

2? 高職3D打印技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)策略

2.1 推進(jìn)教學(xué)改革，提升教學(xué)質(zhì)量

為了有效創(chuàng)建3D打印實(shí)踐課程模式，高職院校應(yīng)該積極推進(jìn)該專業(yè)的課程改革，有效提高教學(xué)質(zhì)量。高職院校應(yīng)強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，結(jié)合院校的實(shí)際情況，著力于對(duì)該專業(yè)教材等教學(xué)資源的改革與創(chuàng)新，為提高3D實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3D打印技術(shù)實(shí)踐課程可以分為兩大部分：第一部分為3D打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)與操作，這部分課程教學(xué)學(xué)生需要在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行，通過教師的講解結(jié)合具體的設(shè)備，認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)和工作過程，熟練使用相關(guān)的3D打印軟件;第二部分為創(chuàng)新產(chǎn)品的快速制造，教師只需要將學(xué)生分組，選定一個(gè)創(chuàng)造主題，學(xué)生將充分發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造力，自主設(shè)計(jì)一些個(gè)性化的產(chǎn)品，并且根據(jù)自己的產(chǎn)品需求，選定材料、工藝與設(shè)備，最終完成產(chǎn)品的快速成型制作^[4]。在整個(gè)過程中，學(xué)生需要記錄自己的創(chuàng)作過程，完善形成PPT，在課程結(jié)束時(shí)進(jìn)行小組匯報(bào)與成果展示。通過這一系列的操作，使學(xué)生對(duì)3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣更加濃烈，在產(chǎn)品創(chuàng)新制造過程中，學(xué)生對(duì)理論課程的理解更加深刻，動(dòng)手能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、PPT制作能力都得到了提升，符合“新工科”對(duì)高校工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求^[5]。

2.2 加強(qiáng)師資建設(shè)，提供人才保障

對(duì)于強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè)而言，一方面各高校應(yīng)針對(duì)性地從企業(yè)或者高校引進(jìn)3D打印相關(guān)專業(yè)教師，另一方面邀請(qǐng)企業(yè)專家對(duì)已有授課教師進(jìn)行系統(tǒng)的知識(shí)培訓(xùn)。定期進(jìn)行3D打印技術(shù)教研室學(xué)習(xí)交流會(huì)，將自己的學(xué)習(xí)或者教學(xué)心得進(jìn)行交流分享，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)。與企業(yè)深度合作，借助企業(yè)策劃研修班或考察團(tuán)等模式，進(jìn)行學(xué)習(xí)、參觀、交流等活動(dòng)，深入了解企業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)況、市場(chǎng)需求、項(xiàng)目技術(shù)等，并積極開展與企業(yè)的3D打印技術(shù)合作，開展相關(guān)科學(xué)研究，為學(xué)院師資團(tuán)隊(duì)建設(shè)、教科研發(fā)展、人才素質(zhì)培養(yǎng)提供學(xué)習(xí)借鑒通道^[6]。通過一系列的手段，提升了專業(yè)教師的業(yè)務(wù)水平，開闊了眼界，形成了一系列企業(yè)案例，課堂教學(xué)水平也有了顯著的提升。

2.3 深入校企合作，增強(qiáng)人才質(zhì)量

高職院校作為學(xué)生實(shí)踐技能提升的主要基地，應(yīng)積極主動(dòng)地開拓實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生提供更具針對(duì)性的教學(xué)資源，為走向社會(huì)工作崗位奠定基礎(chǔ)。而企業(yè)為了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，高質(zhì)量的人才是其生存的根本。為了實(shí)現(xiàn)合作共贏，校企合作應(yīng)運(yùn)而生。高職院校應(yīng)積極與3D打印領(lǐng)先企業(yè)在人才培養(yǎng)、技術(shù)革新、社會(huì)服務(wù)、就業(yè)創(chuàng)業(yè)等方面深度合作，打造人才共育、技術(shù)共研、信息共享、利益共贏、文化共融的校企命運(yùn)共同體。校企合作實(shí)現(xiàn)從“初級(jí)版”到“升級(jí)版”，從淺表層合作到縱深層合作，從虛體平臺(tái)合作到實(shí)體平臺(tái)合作，從單一合作到全方位合作^[7]。學(xué)院人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提升，合作企業(yè)全面發(fā)展、效益優(yōu)良，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)能力大幅提升。

2.4 推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)陣地

如今，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)技術(shù)快速發(fā)展，為了滿足時(shí)代更迭的現(xiàn)實(shí)需要，高職院校需要利用互聯(lián)網(wǎng)來推進(jìn)3D打印技術(shù)實(shí)踐教學(xué)。高職院?？梢越⒁粋€(gè)集學(xué)習(xí)、考試、交流于一體的3D打印課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，該平臺(tái)具備理論學(xué)習(xí)、設(shè)備介紹、軟硬件使用教程、新聞推送、在線考試、互動(dòng)交流和資源共享等功能。該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)既可以豐富實(shí)踐教學(xué)形式，又可以提高課堂效率，充實(shí)學(xué)生的知識(shí)庫，也是學(xué)院對(duì)外宣傳的一面旗幟。此外，還可以利用QQ、微信、微博、論壇等新媒體方式宣傳3D打印技術(shù)，從而建設(shè)好高職院校專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)陣地。

2.5 加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)，提升專業(yè)內(nèi)涵

3D打印專業(yè)的建設(shè)一定要經(jīng)過詳細(xì)的專業(yè)調(diào)研，充分認(rèn)知專業(yè)的廣度和深度，然后對(duì)課程進(jìn)行科學(xué)的建設(shè)，最終形成人才培養(yǎng)方案。從人才培養(yǎng)方案出發(fā)，建立課程結(jié)構(gòu)，形成課程體系，根據(jù)學(xué)院的實(shí)際教學(xué)情況，分配基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課的比例，分配理論課和實(shí)踐課的比例、必修課和選修課的比例。其次，逐步開展數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)，如各種三維設(shè)計(jì)建模、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、逆向重構(gòu)分析與設(shè)計(jì)、CAD/CAM、數(shù)據(jù)優(yōu)化等軟件平臺(tái)，提高教師課堂效率，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)陣地。采用各種信息化手段來適應(yīng)專業(yè)教學(xué)的需求，提升教學(xué)質(zhì)量。

3? 結(jié)語

3D打印技術(shù)作為一門新興的制造技術(shù)，在高校專業(yè)教學(xué)和培養(yǎng)人才過程中應(yīng)引起足夠的重視。通過推進(jìn)教學(xué)改革、加強(qiáng)師資建設(shè)、深入校企合作和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，切實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂效果，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探索的能力，對(duì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和工程實(shí)踐能力的人才具有重要的意義。

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基金項(xiàng)目：山西工程職業(yè)學(xué)院2019年度院級(jí)教科研課題（項(xiàng)目編號(hào)：JKY-201912）。

作者簡(jiǎn)介：趙楠（1991—），女，碩士，助教，研究方向?yàn)?D打印技術(shù)。