基于3D打印技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)創(chuàng)新思路淺析

陳賓賓

摘要：機(jī)械制圖教學(xué)中，經(jīng)常能夠看到學(xué)生因?yàn)橄胂罅Σ蛔?，做不出好的產(chǎn)品問題。為了改變這種情況，本文將利用3D打印技術(shù)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新精神，拓展機(jī)械專業(yè)知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生的想象力，旨在獲得更好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：3D打印;打印技術(shù);機(jī)械制圖;教學(xué)思路

前言：在機(jī)械專業(yè)中，機(jī)械制圖屬于非常重要的專業(yè)課，特點(diǎn)是實(shí)踐與基礎(chǔ)。機(jī)械制圖教育，著重引導(dǎo)了學(xué)生的空間想象力培養(yǎng)，強(qiáng)化了學(xué)生的繪圖能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖技術(shù)的同時(shí)，工程意識(shí)、創(chuàng)新能力得到了很好的培養(yǎng)。

一、機(jī)械制圖教育現(xiàn)狀與3D打印技術(shù)

（一）教學(xué)現(xiàn)狀

雖然機(jī)械制圖教學(xué)中，教師通常都會(huì)用模型與教具向?qū)W生演示點(diǎn)線面、組合體與立體圖形，但很多學(xué)生卻并沒有理解知識(shí)要求，無(wú)法掌握知識(shí)含義。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的時(shí)候，由于缺少空間想象力，所以學(xué)習(xí)陷入困境[1]。特別是在裁切立體和組合體圖形的時(shí)候，因?yàn)閷W(xué)生沒有足夠的空間想象力，導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)了很大的學(xué)習(xí)壓力。使用多媒體動(dòng)畫與手工教具，能夠讓學(xué)生掌握三視圖投影規(guī)律，使用三維圖形轉(zhuǎn)化二維圖形，不過學(xué)生很難做到將二維圖形變成三維圖形。學(xué)生無(wú)法單純依靠想象實(shí)現(xiàn)裝配圖與零件圖，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的機(jī)械制圖教學(xué)目標(biāo)，很難保障教學(xué)效果。

眾所周知，機(jī)械制圖是一門實(shí)踐、應(yīng)用并重的課程，但是傳統(tǒng)教育模式中，只考慮理論，忽視了理論和實(shí)踐的銜接。部分學(xué)生思維不夠靈活，只看重考試分?jǐn)?shù)高低。學(xué)生的制圖能力和識(shí)圖能力不夠靈活，學(xué)生沒有工程素養(yǎng)以及創(chuàng)新意識(shí)。

（二）3D打印技術(shù)與計(jì)算機(jī)繪圖挑戰(zhàn)

上個(gè)世紀(jì)九十年代，社會(huì)就已經(jīng)出現(xiàn)了3D打印技術(shù)。該技術(shù)屬于立體平面印刷技術(shù)，本質(zhì)為增材制造、層層堆疊。有很多工藝方法使用了該思想，納米堆積、建筑生產(chǎn)中都能看到其身影[2]。3D打印層層堆疊具有高度定制性與高度柔性，零部件外形制造難度并不是很高，制造成本敏感度也比較低。3D打印技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，多年的發(fā)展，使得其已經(jīng)在制造業(yè)、教育界、高科技、醫(yī)療設(shè)備、國(guó)防與航天中得到廣泛使用。3D打印能夠無(wú)限實(shí)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)意，學(xué)生從模型庫(kù)中下載模型，或是自己獨(dú)立設(shè)計(jì)模型，之后打印出來(lái)，只要擁有3D打印機(jī)，學(xué)生就能開辦模擬工廠。

工業(yè)革命背景下，生產(chǎn)人員的知識(shí)能力要求不斷提高、電腦設(shè)備的制造成本大幅度降低，這讓無(wú)紙化、三維化成為了今后機(jī)械加工的趨勢(shì)。3D打印技術(shù)成為機(jī)械設(shè)計(jì)全新的思路，3D打印技術(shù)需要三維建模的過程。

教學(xué)期間，需要教師做好引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的空間感知力，鍛煉學(xué)生思維能力，有技巧的思考問題。這對(duì)教師教學(xué)設(shè)計(jì)與課程分析能力提出更高要求，需要教師創(chuàng)新教學(xué)模式，規(guī)避傳統(tǒng)模式教學(xué)弊端和問題。

二、機(jī)械制圖與3D打印技術(shù)的結(jié)合

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)和框架

在3D打印技術(shù)逐漸成熟的今天，越來(lái)越多的學(xué)校開設(shè)了3D打印選修課程，傳授學(xué)生如何3D打印。從探索和研究經(jīng)驗(yàn)中得出，3D打印技術(shù)的使用有非常好的效果。這里將以兩種形式討論機(jī)械制圖教學(xué)中的3D打印技術(shù)使用。

第一種模式為，教師在課堂教學(xué)中，使用3D打印教具模擬展示與進(jìn)行繪圖教學(xué)。教師在準(zhǔn)備換屆，使用多媒體動(dòng)畫的模型方法，將3D打印機(jī)變成實(shí)物[3]。使用動(dòng)畫演示以及視圖展示的方法，吸引學(xué)生興趣，并講解知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生此時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生利用課間時(shí)間，相互傳閱教具，學(xué)生對(duì)比二維圖像與三維實(shí)物之間的區(qū)別，學(xué)生對(duì)打印技術(shù)建立了全新的理解與印象。機(jī)械制圖教學(xué)中，這種教學(xué)模式的使用，主要為理論教學(xué)，有著抽象且很多的課程，學(xué)時(shí)相對(duì)有限。這種模式適合電氣工程自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程、自動(dòng)化等專業(yè)。

第二種模式為，學(xué)生親自制作3D產(chǎn)品。機(jī)械專業(yè)一般有兩個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)制圖課程知識(shí)，第一學(xué)期學(xué)習(xí)投影規(guī)律，第二學(xué)期學(xué)習(xí)cad、裝配圖、零件圖知識(shí)。機(jī)械專業(yè)制圖有著延展性特征，3D打印技術(shù)、三維建模知識(shí)學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，逐步形成了工程意識(shí)，了解了工程概念。學(xué)生使用打印庫(kù)模型作為素材，應(yīng)用3D打印機(jī)打印創(chuàng)作。學(xué)生在逐漸掌握打印方法以后，產(chǎn)生了濃厚興趣，并開始了獨(dú)立的創(chuàng)作，設(shè)計(jì)各種模型，為模型庫(kù)補(bǔ)充新的資源。教師需要將課程考核定位在學(xué)生作品是否具有創(chuàng)新性，開發(fā)學(xué)生潛能。

（二）教學(xué)成果

不論是什么課程，教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)累積都是非常重要的事情。多年的教學(xué)設(shè)計(jì)，才能讓教師不斷補(bǔ)充模型庫(kù)，并將其作為教學(xué)素材。教師可以將素材庫(kù)中的材料打印出來(lái)，并在學(xué)校的展示柜中展示。學(xué)生平時(shí)可以觀看學(xué)習(xí)，教師也可以隨時(shí)選擇合適的教具，為學(xué)生提供直觀、生動(dòng)的課堂。學(xué)生按照興趣參觀和模仿制作，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

學(xué)生在3D打印課程中，如果操作失誤，沒有制作出合適的產(chǎn)品，那么，教師就可以將學(xué)生的作品拿出來(lái)，讓學(xué)生對(duì)比成功作品和失敗作品的區(qū)別是什么。此時(shí)學(xué)生對(duì)比實(shí)物進(jìn)行了反思，學(xué)生在用心思考中，找到了問題原因，并積極改變模型形狀。學(xué)生在3D打印實(shí)踐學(xué)習(xí)中，提升了自身的整體素質(zhì)，學(xué)生創(chuàng)新思維得到了激發(fā)。學(xué)生創(chuàng)作各種各樣的3D打印產(chǎn)品，學(xué)生在打印產(chǎn)品的過程中，創(chuàng)造力得到激發(fā)，學(xué)生的知識(shí)記憶能力和理解水平顯著加強(qiáng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)自自主性，激發(fā)了學(xué)生對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。

結(jié)語(yǔ)：機(jī)械制圖教學(xué)中，3D打印技術(shù)的使用，需要教師精心設(shè)計(jì)與實(shí)踐，這對(duì)提高教學(xué)效果來(lái)說意義重大。3D打印課程的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法與模式，學(xué)生擁有了更多開放學(xué)習(xí)與教學(xué)渠道，學(xué)生在學(xué)習(xí)中感受到了樂趣。課本知識(shí)有了實(shí)踐空間與渠道，能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)與技術(shù)結(jié)合，是今后人才培養(yǎng)趨勢(shì)。3D打印建模，并不單純是為了獲得打印結(jié)果，同時(shí)也是在學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的時(shí)候，讓學(xué)生了解什么是三維建模，在學(xué)生腦海中形成獨(dú)特的理解，活躍學(xué)生的思維。

參考文獻(xiàn)：

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[3]朱文博，紀(jì)?；郏詈Y.理實(shí)結(jié)合的機(jī)械制圖教學(xué)改革與實(shí)踐[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2021，43（02）：185-192.