3D打印在高職教學設計中的應用探究

李升 顏志勇 李思思 向國平

摘 要：個性化的大規模生產制造借助于3D打印技術發展而成為可能，這就帶來了全球制造業重大變革，高職教育中引進3D打印是適應新形勢下高職教育的必然要求，教學中融合3D打印技術，在教學實踐中，把3D打印與教學設計結合起來，提高高職學生的科技素養具有重要意義。

關鍵詞：3D打印；教學設計；高職

3D打印技術，實際上是利用增材快速成型系統，簡易的建模及切片軟件，打印實體的三維過程，把書本中的二維信息轉化成三維實體，并可根據教學內容的要求，設計個性化教學模型，使得學生獲得了一種新的體驗式學習方式，3D打印技術引進校園、引進課堂，既拓寬了學生的邏輯思維，又很大地調動學生的專業興趣[ 1 ]。

基于“設計即生產”的設計理念，通過3D打印技術讓高職學生在知識學習的過程中深度體驗，以來提高高職學生的創造性思維及跨學科思維，在此過程中也鍛煉了高職學生的動手能力。

學建筑專業的學生可以利用3D打印機打印出模型[ 2 ]，生物專業的學生可以打印出來一些重要的器官或者組織，便于學習或者討論，化學系的學生可以打印分子或者原子模型，以便于更好的理解分子或者原子結構，天文學的學生可以打印出小行星的微縮模型，并通過動手實踐來探索小行星規律，甚至營銷專業的學生可以打印出營銷模型，便于進行營銷實訓。

3D打印使得設計技術盡顯巧思，把抽象的設計轉化成具體是實物，課后高職學生的學習興趣高漲、綜合素質提高、創新思維活躍，這正是素質教育的重要內容，但是，鑒于3D軟件利用水平及3D設備操作能力，著手去策劃這一系列的教育活動，能帶來的不僅是對3D打印技術的了解和學習，或許能改變我國傳統的教育模式，加快素質教育改革的步伐。

2015年，北美麻省理工學院機械工程系學生利用 3D 打印機制作模型實物，把抽象的創新思維轉化為具體的實物，加快項目研發進程，普及了科研與創新活動，更開拓了一種自主創業方式；重慶郵電大學大力引進3D打印教師，山東圣天通用航空研究發展中心3D打印航空模型、華中科技大學、清華大學、寧波職業技術學院、深圳職業技術學院等將3D打印技術應用于教育中，并具體地概括或研究了3D打印在教育領域的應用及已經取得的成果[ 3 ]。

在教育改革更加注重學生自主學習及自主探究的素質教育過程中，3D打印在這一理念在教育教學中的貫穿實施，將會起到事半功倍的作用。高職學生利用3D打印可以創新創意未來，在北美的萊姆斯通職業技術中心，高職學生進行設計和建模，學生使用3D打印機的熟練程度比較高，高職學生可以方便地打印模型并進行一些相關的研討活動；臺灣云林縣數學老師陳宗義利用3D打印制作的教具，將難解的數學模型三維實體化，幾十元的打印實體教材給課堂上的學生創造了驚喜與收獲，極大促進了學生的理論知識的理解能力，克服了教學難點的講解問題。

在《機械設計基礎》課程教學中，利用自行設計制造的3D打印機打印的的雪花、斜齒輪等物品極易吸引學生的注意力，根據實際教學需求進行打印等設計創意設計，不僅展示了現代科技的無窮魅力，也增加了學生對創造性設計、制作3D打印機的渴望：根據需要把3D打印機傳動鏈由帶輪傳動改為滾珠絲桿傳動，加強了高職學生對《機械設計基礎》課程知識點的理解深度，在3D打印機主控電路板上擴展限位器模塊，加深了電工電子類課程的理解程度，高職學生不僅在3D打印模型中夯實專業技能，在制作3D打印機技術上，也充分學習光、電、材料、自動控制、數據、軟件等學科，在個性化的創新活動中夯實了專業技術和技能。

教師學習和研究3D打印技術并將其運用在通用技術課程的教學中的理念本身就是一種創新，在公共課中，授課教師利用3D技術進行教學是一種教學方式的創新，利用三維設計和3D打印技術激發學生的學習興趣幫助學生掌握關鍵知識點是一種新的學習方式，但是，教師完成完成3D打印技術和教學設計的結合需要三個階段：

第一階段：研究和學習3D打印理論，并訪問相關3D打印論壇，學習一些基礎的3D理論；

第二階段：對教材知識點進行必要的歸納，整理出能夠支持3D打印的重點內容和講解的重點、難點；

第三階段：以3D打印案例的形式，編寫相關的教學設計、課程標準及授課計劃，以案例的形式，進行成果總結。

3D打印教學可以克服枯燥無味的課堂教學，打印過程可視化，操作過程并不是很復雜，具有很強的誘惑力，在教學設計中，適當地進行3D打印可感觸的三維模型，在觸覺學習中，通過3D打印式進行教學，不僅克服了學生上課聽不進去的現象，還以強有力的視覺效果讓學生感覺課堂生動形象，在這樣的真實環境中，體驗式學習知識，讓學生牢牢的把握住知識點，很難遺忘，學校開設集設計和3D打印于一體的“邊學邊做”的課程[ 4 ]，把課堂的許多抽象概念，比如機械設計類課程中的變位齒輪、基圓、漸開線等打印出來，變成有趣有味的課程，3D打印機將激發新一代高職學生投身化學、物理、設計、工程類專業中，從而加快高職學生向職業化的設計師、工程師轉變，繼而促進了高職學校培養方式的轉變。高職學生可以在電腦面前完成設計，然后通過3D打印機完成制作，讓虛擬世界的創作與現實世界的制作實現無縫連接。隨著3D打印技術的發展，進入側重于職業能力培養的高職教育中將是趨勢所在。

參考文獻：

[1] 方月娥，肖雄亮.3D打印技術對高職教育的影響研究[J].新課程學習，2014（4）.

[2] 王子明，劉瑋.3D打印技術及其在建筑領域中的應用[J].混凝土建筑，2015（1）.

[3] 劉翠，胡小強，蔣逸皇.3D打印技術及其在職業教育領域中的應用[J].電子制作，2014（6）.

[4] 牛一帆.3D打印在教學中的應用研究[J].塑料包裝，2015（1）.

作者簡介：李升（1986-），男，漢族，山東臨沂人，研究生，助教，畢業于湖南大學，就職于湖南機電職業技術學院，研究方向：3D打印技術。