3D打印技術在“項目”教學中的應用研究與實踐*

王 堯 倫鳳艷 賀薪宇 甘新基 鐘梓楠 劉維維

（1.北華大學機械工程學院 吉林吉林 132021 2.北華大學計算機科學與工程學院 吉林吉林 132021）

3.打印技術從誕生之日起，就引起了國內外學者的高度關注。現在已廣泛應用于航天、醫療、軍工等領域。同時，3D打印技術也是多學科交叉融合的前沿技術（包括數字建模技術、機電一體化技術、信息交互技術、材料科學、化學工程等）。其高科技含量的特征，使得國內外很多高校將3D打印技術引入到了課堂。[1]

一、課題研究背景及意義

3.打印技術是近年來在快速成型領域新興的一項技術。其多學科交叉融合的高技術含量，使得國內外很多高校都開設了3D打印課程。美國在各類院校都開設了3D打印課程的學習，其在制定培養方案的時候就定位在培養學生的創新意識。還將3D打印機安裝在學校里、樓宇小區等各公共場所里，供人們使用。甚至有的政府還資助學生3D打印設備，促進學生的科研、創新、藝術等方面的培養。英國還將3D打印技術列入到國家課程體系中，對教師進行培訓。對于國內，政府出臺一系列文件強調3D打印的重要性。清華大學、上海師范大學、廣東工業大學等都將3D打印技術融入到課程體系中，取得了很好的效果。本文以我院學生學習3D打印技術為例，詳細分析3D打印技術在“項目”教學中的應用研究與實踐。[2]

二、課程教學硬件設施的建立

學院經過半年的努力，已經建立了創客空間工作室。并于北京宏籌科技公司等企業進行了廣泛深入的交流合作。配備了擁有13臺FDM桌面級3D打印機、1臺三維掃描儀、13臺計算機和足夠容納1個自然班人數的實訓教室。

三、教學體系的構建

基于“項目”的教學方法，讓學生參與“項目”的全過程，可以極大地提高學生的學習興趣和創新精神。目前，項目組只針對一部分學生進行兩類“項目”的教學試運行，從試運行的結果看，基于“項目”的教學方法是有效的。兩類項目分別是“與機械測繪實踐環節‘項目’相結合”“與機械裝配‘項目’相結合”。[3]

1.教學大綱：

教學大綱是指導“項目”教學的綱領性文件。針對非機械類和機械類學生分別設置教學大綱。

2.“項目”教學課件：

通過與東軟睿道的合作，建設基于校企合作的優秀教材和課件。以提高學生的工程實踐能力為核心，結合高等工科院校工程訓練體系運行的實踐經驗，課題組要制作“項目”教學課件。主體內容力求體現3D打印技術的基本知識和最新發展成果，文字簡潔，注重知識的系統性和科學性，同時圖文并茂便于自學。

“項目”教學教材及練習題：

為測試學生對實訓相關基礎知識的理解和掌握程度，針對3D 打印技術的“項目”教學內容編寫教材和實訓練習題。“教材與習題”緊扣3D 打印技術“項目”教學中的各個環節，檢驗教學效果。

3.師資建設：

通過項目的實施，培養了一支穩定的、多層次的實訓教學指導教師隊伍。以具有教學資歷深、經驗豐富、專家型、高水平特點的高級職稱的教師作為3D打印技術“項目”教學的帶頭人，以接受新技術、新工藝能力較強的年輕教師作為實訓教學指導教師。同時，適當引入了企業人員參加到工程實訓隊伍里來。課題組成員于2017年11月成功申報教育部高教司項目1項、2018年7月成功申報吉林省教育科學規劃課題1項。[4]

四、“項目”的設計

結合東軟睿道真實的“項目”資源為 3D 打印教學提供了切入點，使學生的想象和創意得以 實現。將學生的設計與效果建立起聯系，促使學生增強對工程設計的興趣。[5]

1.與機械測繪實踐環節“項目”相結合

由一年級和二年級的學生組成“項目”小組。一年級的學生通過實體構件繪制草圖。由二年級的學生輔助修改完善草圖。然后，在有教師的參與下，對修改后的草圖進行評估和交流，并解決所有問題。二年級和一年級的學生共同完成3D建模，并通過3D打印機完成模型的打印工作。最后，不同小組間進行自評和互評，并由指導教師點評每組學生完成情況。

2.與機械裝配“項目”相結合

由一年級、二年級和三年級的學生組成“項目”小組。指導教師布置實訓項目。學生通過三維模型軟件分別建立機構部件的三維模型。并完成打印工作。在整個過程中，學生需要通過自己的努力（包括利用互聯網、詢問指導教師等）解決遇到的全部困難。最后，各小組間展示并交流心得，分享遇到的困難及解決辦法。

結語

結合我院情況，項目組對3D打印技術在“項目”教學中的應用進行了探討。經過半年的實踐，學生提高了學習興趣和創新能力，取得了較好的效果。接收十余名對3D打印技術興趣濃厚的學生加入到項目組。這些學生根據自己的特長，參與科研教研項目。2018年5月在浙江余姚參加的“全國首屆機器人創意大賽”上，我院3項入圍決賽的魔方機器人里的大多數結構都是采用3D打印制作的。