緊跟前沿科技 創新實踐教學

李霞+李芳

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.136

摘 要：實踐教學體系已經成為現代高校教育的核心。在某種意義上，高校教育的實踐教學體系直接決定了高校教育的特征，而且決定了高校教育人才培養目標的實現。針對如何在實踐教學中創新，本文以工業設計專業開設的《逆向工程技術》課程為依托，結合工業設計專業學生的就業方向，著重介紹了3D打印技術在工業逆向工程實踐教學過程中發揮的強大指導性作用。

關鍵詞：實踐教學 逆向工程 3D打印

中圖分類號：G423.07 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0136-03

Abstract： The practical teaching system has been the core of modern higher vocational education. In a sense， the practical teaching system of higher vocational education directlydecides the characteristics of it， and decides the realization of the goal of talent cultivation for higher vocational education. Aiming at how to innovate in the teaching practice， based on the "reverse engineering" course which was opened by mold design and manufacturing profession， and combined with the employment direction of students for this profession， this paper emphatically introduces the strong guiding role played for 3D printing technology in mold reverse engineering during the practice teaching process

Key Words： Practical teaching； Reverse engineering； 3D printing

在科學技術日新月異的今天，各大企業的現代化發展水平不斷提升，科技型的企業日益增多，高等職業技術人才自然成為了一大批技術含量和智能化水平比較高的崗位的“香餑餑”。因此，對于高職教育者來說，把實踐教學大規模地引入課堂，將成為一種教學改革的必然趨勢。

1 高職教育實踐教學的重要性

高職教育的專業人才培養計劃是以崗位群或以某一技術領域為導向而制定的。結合北京現代職業技術學院模具設計與制造專業畢業生主要面向企業從事模具設計和制造相關工作。其主要業務范圍有：從事金屬板料、塑料等制件的成形工藝規程編制；從事模具的設計和制造；從事逆向工程設計及快速成型制造等，因此本專業培養的學生應具有較強的崗位適應能力和實踐操作能力。而現今科技領域的新技術不斷涌現并且更新速度較快，實踐教學更需要及時追蹤高新技術的發展，實訓的設備應領先或至少相同于實際使用的水平，而且教學內容也要跟上社會發展和反映經濟科學技術的最新動態[1]。

2 《逆向工程技術》課程與先進的3D打印技術

為了讓學生適應產品開發和結構創新的節奏，在激勵的競爭中立于不敗之地，本專業開設了《逆向工程技術》課程作為專業選修課程。在產品結構需要改進，而原有的技術文件或數據丟失的情況下，便可運用逆向工程對現有產品進行拆卸分離—三維掃描—數據處理—結構改進—產品樣件加工、裝配、測試評估等—模具設計與加工—量產[2]。

目前，對高職學生而言，與逆向工程技術相關的就業崗位主要有逆向工程師和快速成型設計工程師，以及從事三維掃描和各種新材料研發的科技人員。其中，快速成型設計師的崗位要求為：有快速成型相關技術的理論和實踐基礎，了解各種快速成型方法，完成快速成型作業，掌握技術發展方向，開展創新型應用。

隨著逆向工程在產品設計中的應用得到了快速發展，與之相協調的快速成型技術也在不斷更新。3D打印技術作為第三次工業革命的標志，正逐漸滲透到產品設計的各個環節，特別是對逆向工程產品的需求更為強烈。

3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程、汽車、航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統以及其他領域都有所應用。

3 3D打印技術在實踐教學中的應用

3.1 引進先進的教學設備

為配合《逆向工程技術》課程需求，培養學生快速成型制造技術，北京城市學院引進了由蘇州中瑞科技有限公司提供的SL300光固化3D打印機，如圖1所示。其主要使用液體光敏聚合物氦鎘（HeCd）材料，通過激光束打在旋轉的鏡子上，光線直接投射在表面上，使材料層層固化而成型，其成型原理如圖2所示。

之所以選擇SL300光固化3D打印機應用于模具設計與制造專業，正是看中了這種光敏樹脂選擇性固化快速成型技術適合于制作外形或內部結構復雜的中小型工件，能直接得到樹脂或類似工程塑料的產品，且表面質量較好，成型精度較高。學生可通過其設計加工一些適合機械生產的相互配合較好的機械零部件，如相互嚙合的齒輪傳動系統、凸輪系統，以及鏈傳動系統等。endprint

3.2 實踐教學效果

高等職業教育發展到今天，教學方法一直在不斷地發生改革，比如德國的雙元制、理實一體化、項目化教學、任務單驅動法等。但不管是哪一種教學方法，都離不開“實踐”二字，否則就是純粹的理論教學。實踐學習的環節對于我們的學生來說，能夠更好地理解相關的知識和進入職業角色[4]。

把3D打印機引入設計加工類課堂，學生可以把自己的創意以實物的形式展示出來，而且對于一些理論性較強的課程，教師可利用3D打印技術將其用模型的方式展示給學生，這些相對枯燥無聊的理論填鴨式教育，更激發了學生學習的動力。

3.2.1 方便打造教學模具

隨著3D打印的成本越來越低，在教育領域運用3D打印打造教學模具進行教學，漸漸地逆襲著傳統的制造業。在教學初期，結合模具專業《機械設計基礎》課程，學生已經可以制作一些簡單的齒輪嚙合的基本教具。如圖3所示為學生用3D打印機制作的產品。

3D打印最大的特點就是只要你擁有三維數據和設計圖，你便可以打造出你想要的模型，生產周期短，不用大規模的批量生產，可以節約一定的成本。如本校電氣控制專業的自動化生產線，由于學校購置一整套生產線成本較高，教師在教學時通常采用集體觀看視頻或是圖片的方法，學生很難觸摸到自動化生產線檢測與維修的各部件，直觀感覺較差，但是通過3D打印加工一整套生產線部件，學生可以反復練習操作，真實地去觀察體會，極大地提高了教學質量。因此利用3D打印豐富教學內容，將一些平時耗成本較高的實驗器材搬到課堂中，使得教學如虎添翼，擴大教學資源平臺，從而達到很好的教學效果。如圖4所示為學生在實訓車間學習操作3D打印機。

3.2.2 改善教學方法

3D打印改善了教師的教學方法，把一些抽象的東西打印出來，進行討論，激發學生無限的想象。教師根據自己的實驗內容調節自己的授課方法，把3D打印物品結合到講課內容中。通過對模型的講解，了解到學生對哪些問題不懂，從講臺前走到學生中間，幫助學生解決學習中的困難，讓學生成為生活中的主體、教學活動的中心以及教師關注的重點。

3.2.3 激發學生興趣

“人的認識不是外界刺激直接給予的，而是外界刺激與人的內部心理過程相互作用產生的，發揮學生的積極性、主動性，才能獲得有效的認知，這種主動參與性為學生的主動性、積極性的發揮創造了良好的條件，即能真正實現學生的認知主體[5]。”通過3D打印模型的刺激，以及學生的內心加工，迸發出自己的想法，提高學生的創造力。3D打印運用到教學上，還可以激發學生的好奇心，提高學生的設計能力、動手能力，激發學生的興趣，使得課堂主動、具體、富于感染力。

通過課堂評價調查問卷顯示，自從引入3D打印機進行教學之后，模具專業的學生對《逆向工程技術》課程的興趣程度提高了50%左右，這些數據都有力地證明了3D打印技術對課程整體效果的提升。

4 結語

將3D打印技術引入《逆向工程技術》課堂，不僅促進學生獲取更多學科知識，還加強了學生對多領域的融合，拓展了學生的想象空間，提升了學生的設計能力，增強了學生的設計嚴謹性，更增加促進了學生的就業。但3D打印技術作為新興產業，還存在著一些社會爭議的問題，如產品的不可回收利用性，成本較高以及其在加工過程中塑料隨著高溫和激光融化的時候，所產生的巨大能耗問題，這也成為了限制其快速發展的制約性因素，還有待于進一步開發利用。

參考文獻

[1] 畢延剛.3D打印對高等院校工業設計專業教學的影響[A].中國機械工程學會工業設計分會，遼寧省機械工程學會.2013國際工業設計研討會暨第十八屆全國工業設計學術年會論文集[C].2013：4.

[2] 李建雯.3D打印在教育領域的應用前景[N].山西青年報，2013-11-10（006）.

[3] 童宇陽.3D打印技術在中小學教學中的應用研究[J].現代教育技術，2013（12）：16-19.

[4] 王雪瑩.3D打印技術與產業的發展及前景分析[J].中國高新技術企業，2012（26）：3-5.

[5] 王偉偉.3D打印技術在中職教育改革背景下的應用[J].中學時代，2013（22）：22.

[6] 宋小輝，黃鍵，葉東.逆向工程技術課程教學體系建設[J].廣西教育，2012（31）：137-138.

[7] 霍躍紅.高職教育實踐教學條件建設問題研究[D].天津大學，2004.endprint