3D打印技術(shù)在測繪教學(xué)中的應(yīng)用

徐 工 蘇曉慶＊

（山東理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

0 引言

教育部發(fā)布的《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》[1]中指出，高校在培養(yǎng)人才的過程中，傳統(tǒng)工科專業(yè)必須隨著時代發(fā)展轉(zhuǎn)型升級[2]。國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，要將3D打印、機器人、編程課程等人工智能技術(shù)與科學(xué)課程結(jié)合起來，加快我國復(fù)合型人才培養(yǎng)[3]。

測繪工程作為通過測量地球表面自然形狀和人工設(shè)施的幾何分圖，并結(jié)合某些社會信息和自然信息的地理分布，繪制全球和局部地區(qū)各種比例遲的地形圖的一門學(xué)科，與社會生活中的各行各業(yè)息息相關(guān)[4]。然而，在測繪教學(xué)過程中有相當(dāng)一部分知識點是微觀的、抽象的，盡管教材中有很多插圖來介紹他們的結(jié)構(gòu)和功能，但這并不能帶給學(xué)生很好的體驗感，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果難以達(dá)到最佳。3D打印技術(shù)的發(fā)展給上述問題提供了新的解決思路。

本文通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行分析，結(jié)合實際來探索3D打印在測繪教學(xué)中的應(yīng)用方法，按照新時代對于學(xué)生培養(yǎng)的要求，探究結(jié)合3D打印技術(shù)的教學(xué)實踐活動對于培養(yǎng)學(xué)生的影響。

1 3D打印技術(shù)及其特點

3D打印屬于快速成型技術(shù)的一種，原理類似于使用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料的噴墨打印，將物體的三維模型分割成無數(shù)細(xì)小的薄片，再進(jìn)行逐層打印并黏合就生成了立體實物[5]。3D打印作為一種創(chuàng)造性很強的新技術(shù)，在工業(yè)設(shè)計、工程和施工、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)等方面迅速發(fā)展，一些教育研究者開始對3D打印在教育教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探索[6]。

3D打印不需要傳統(tǒng)的刀具和機床等加工工具就可以設(shè)計并制造實物模型，不僅生產(chǎn)成本低而且加工周期短。3D打印能夠很好地實現(xiàn)個性化生產(chǎn)，利用這一技術(shù)能夠制造出傳統(tǒng)工藝無法制造的模型。這一技術(shù)非常適合在教學(xué)時制造特定的模型配合授課。

2 測繪教學(xué)現(xiàn)狀

測繪工程專業(yè)需要培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、抽象思維能力以及測圖和繪圖的能力，在傳統(tǒng)測繪教學(xué)過程中，教師講解測繪儀器構(gòu)造、形狀時一般采用PPT等形式展開，但這種方式通常存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下三個方面。

2.1 學(xué)生的空間想象力不足

在《測量學(xué)》《GNSS原理及應(yīng)用》《工程測量學(xué)》等課程的教學(xué)中，涉及對測繪儀器構(gòu)造、儀器使用等方面的講解，儀器構(gòu)造與規(guī)則幾何物體相差較大，導(dǎo)致學(xué)生無法對儀器及各種結(jié)構(gòu)關(guān)系深入理解，再加上部分學(xué)生的空間想象力不夠強，使其對測繪儀器結(jié)構(gòu)與操作的概念并不明確，進(jìn)而導(dǎo)致測繪儀器教學(xué)課程效率不高。

2.2 無法反映儀器的真實情況

在測繪教學(xué)中，無法避免需要學(xué)習(xí)測繪儀器的構(gòu)造、原理及使用，但是現(xiàn)有的直觀的圖形并不能反映儀器的具體情況，再加上學(xué)生空間想象力的限制，使教師不得不借助簡單的立體實物對測繪儀器進(jìn)行模擬，而現(xiàn)有的簡單實物模型基本是類似于正方體、圓柱體的簡單幾何模型，并且種類也比較單一，使得教師很難體現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測繪儀器。

2.3 教學(xué)手段過于單一

在目前的測繪教學(xué)過程中，部分教師運用口授方法，在用圖形輔助進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)手段單一，導(dǎo)致抽象思維能力不高的學(xué)生很難理解復(fù)雜的儀器結(jié)構(gòu)，使得測繪教學(xué)中的儀器操作部分教學(xué)效率不高。

針對上述問題，本文通過個人教學(xué)體會并結(jié)合他人教學(xué)經(jīng)驗，探索將3D打印技術(shù)應(yīng)用到測繪教學(xué)中，對測繪課程的教學(xué)方法進(jìn)行探討。

3 3 D打印在測繪教學(xué)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)與測繪教學(xué)進(jìn)行結(jié)合，有利于幫助學(xué)生將對事物的抽象印象表達(dá)為具體形象，鍛煉學(xué)生的抽象邏輯思維，獲得更好的認(rèn)知體驗。在測繪領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可用來完成測繪儀器模型、立體地圖和仿真實物模型的制造等方面，應(yīng)用廣泛。

3.1 測繪儀器模型制作

傳統(tǒng)的測繪教學(xué)主要依靠口授與PPT相結(jié)合的模式，但在測繪教學(xué)任務(wù)中，相當(dāng)大一部分的知識點涉及測繪儀器的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，僅僅使用口授與PPT的結(jié)合難以清晰地描述復(fù)雜的測繪儀器，再加上部分學(xué)生空間想象能力不強，導(dǎo)致課堂效率不高。若使用測繪儀器實物進(jìn)行教學(xué)，一方面由于課堂學(xué)生較多不可能每人都能進(jìn)行仔細(xì)地觀摩，若教師只是在講臺上對測繪儀器進(jìn)行講解，教師后排的學(xué)生可能對儀器的外形都無法形成清晰的印象；另一方面測繪儀器是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密儀器，價格昂貴，不能離開教師的視線，若要使每個學(xué)生都能接觸到測繪儀器，授課教師務(wù)必要進(jìn)行陪同指導(dǎo)，這會浪費大量的時間，降低課堂效率，再加上課堂人員較多，可能會發(fā)生意外導(dǎo)致儀器損壞，這就導(dǎo)致使用測繪儀器實物進(jìn)行教學(xué)可行性不高。

3D打印是由三維數(shù)學(xué)模型生成的實物模型，精度非常高。使用3D打印技術(shù)能夠制作測繪儀器實物模型，該模型可以代替測繪儀器實物被用來進(jìn)行測繪儀器結(jié)構(gòu)、原理及使用的課堂教學(xué)。使用3D打印制作的測繪儀器模型能夠較為精確地表達(dá)測繪儀器各個結(jié)構(gòu)，便于教師講授。使用3D打印技術(shù)制作測繪儀器模型制作簡單，效率較高，成本低廉，且較為堅固，不用擔(dān)心模型受損。由于模型制作材料為白色，教師可以使用馬克筆在儀器模型上進(jìn)行標(biāo)注，幫助學(xué)生更好地理解儀器結(jié)構(gòu)。模型能夠在學(xué)生中進(jìn)行傳閱，使每個學(xué)生都能近距離接觸儀器模型，提高課堂效率。

3.2 “立體地圖”制作

測繪專業(yè)教學(xué)離不開《地圖學(xué)》的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生理解各種地形地貌，但傳統(tǒng)教學(xué)多使用圖片進(jìn)行教學(xué)，部分學(xué)生空間想象能力較差，不能很好地理解地形構(gòu)造?！傲Ⅲw地圖”是具有地物、地形高程信息的三維比例尺地形圖，與傳統(tǒng)地圖相比，能夠直觀地體現(xiàn)地形變化。

傳統(tǒng)測繪教學(xué)中，地形地貌的高程信息主要通過等高線表達(dá)，對部分空間想象力不強的學(xué)生來說，理解較為困難?！傲Ⅲw地圖”可以更好地反映地形在高程上的變化，能夠立體直觀地表達(dá)出山谷、山脊和陡崖等地形地貌，幫助學(xué)生更好地理解不同的地形，提高教學(xué)效率。

4 結(jié)語

綜上所述，教師將3D打印有效地融入測繪教學(xué)中，不僅能夠提高課堂效率，加強學(xué)生對知識點的理解，增強學(xué)生主觀能動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還能夠幫助學(xué)生提升空間想象能力、邏輯思維能力和創(chuàng)造性等，使測繪教學(xué)實效得到提升。因此，要重視3D打印技術(shù)在測繪教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，此技術(shù)可能會為測繪領(lǐng)域帶來新的生長點。