基于互聯網+3D打印訓練創新的教學平臺設計

吳長忠 李潔 李中燦 魏修國

摘 要：該訓練創新平臺以互聯網技術與3D打印技術同教學實踐相結合為核心，采用Linux操作系統為軟件平臺。在此基礎上對目前高校網絡教學現狀進行分析，設計了一個基于云計算技術的“互聯網+”環境下網絡教學平臺，展開機械專業課程的教學活動。充分實現優質教育資源的共享，提供個性化、因材施教的高效教學方式，促進教學體系改革。

關鍵詞：互聯網+ 3D打印技術 創新教學

中圖分類號：G43 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0209-02

“互聯網+”代表一種先進的生產力，將為改革、創新和發展提供廣闊的網絡平臺。從3D打印技術的特點上看，不論是從互聯和集成角度，還是從綠色生產、敏捷制造和泛在制造的角度分析，3D打印都可以與工業智能制造在概念上做到極佳的契合。“互聯網+3D打印”不僅是傳統教育在工具應用層面的變化，更是對學習者在觀念和方式的轉變。

1 互聯網+3D打印訓練創新平臺的總體設計

1.1 互聯網+3D打印訓練創新的教學平臺的工作原理

以互聯網教學為主，以線下教學為輔，將3D打印技術以一種簡便快捷、適用性強的形式引入機械學科的教學。切實提高教育的創新性、高效性和實用性。

1.2 互聯網+3D打印教學平臺線上教學層的設計

1.2.1 線上教學平臺的建設主要分為三個層次

（1）管理層：該層為教師提供一個管理平臺，教師可通過該平臺完成在線任務布置、發布課程資料、審批學生提交的3D模型、查看學生任務狀態、作品評分等任務。

（2）用戶層：學生通過軟件接受任務、下載資料、提交作業。還給3D打印愛好者提供一個學習交流平臺。

（3）數據庫：數據庫用來存儲教師、學生等用戶信息，教師上傳的3D打印教學文件以及3D打印模型庫與案例知識庫等，實現平臺用戶之間的資源共享。

1.2.2 互聯網+3D打印創新訓練教學平臺的功能

系統支持“課程”和“任務”兩種模式，支持任務導向的學習模式。教師在完成理論教學后，系統平臺定期發布任務，學生自主領取并完成，通過線上溝通、自行探索，自主提交任務并獲得評價。

根據教學平臺的設計思想，該平臺具有以下功能：

（1）用戶模塊。

能夠區分教師和學生，為不同的用戶分配不同的權限。能對用戶的信息進行存儲、管理及加密。用戶主要分為未注冊用戶、注冊用戶以及系統管理員。未注冊用戶只能瀏覽模型庫及教學專區的教程。注冊用戶可以訪問平臺的每個模塊并進行交互，同時平臺為注冊用戶設置系統密碼。系統管理員對用戶分類及用戶信息、權限進行管理，對用戶上傳的課件、模型進行審核。

（2）3D教學。

分為基礎知識專區、機械課程專區、3D模型專區。基礎知識專區是對打印機的基本操作及相關原理介紹。機械課程專區是對機械教學內容的在線同步，含有學習課件、視頻、測驗等教學資源。3D模型專區有不同領域的模型分類，為學生提供多樣創新設計模型。網站提供課堂使用設備的課件、教學視頻，和相關教學資料都可以通過此專區下載。

（3）創新交流。

此平臺學生可組成在線團隊或以個人單位進行疑難解答、創新設計、作品展示、團隊互動等項目。此外學生可以將自己的創意上傳到網站，建立起圖形庫。有能力的大學生可選擇喜歡的圖形，設計三維模型，最后上傳回網站建立的數據資源庫。

（4）3D興趣部落。

自動更新3D前沿科學技術發展現狀。學生可根據興趣及需要，自主瀏覽學習，了解前沿的3D科技發展狀況，并以此為切入點，進行自主設計創新。

1.2.3 軟硬件體系結構設計

（1）兼容常見3D打印系統相結合進行學習與訓練。系統應專門針對互聯網+3D打印創新實踐課程設定便捷的學習功能和教學內容。兼容工程訓練中心互聯網+3D打印創新創業實驗室的3D打印機。

（2）系統能安裝在常見網絡服務器操作系統環境，windows系統、tomcat環境、Mysql數據庫平臺、采用J2EE技術Eclipse平臺開發優先。操作系統采用Linux，開發語言程序采用JAVA，開發數據庫采用Mysql。

（3）動態與靜態頁面共存。軟件具有良好的可使用性、可維護性、可移植性以及可靠的安全性和防黑、防病毒方案。在操作方式、運行環境，以及開發計劃等發生變化時，具有良好的適應能力，軟件操作界面和流程便于學生容易掌握，軟件配備相對應的3D打印教學文件，具有學生進行線上3D創新訓練的功能。

（4）最大學生數與學習小組數并發訪問時，系統流暢運行對服務器配置要求不超過2核CPU、4GB內存、1T硬盤，對網絡帶寬要求不超過20Mbps。

1.3 互聯網+3D打印教學平臺線下教學層的設計

線下教學以講解基礎知識和三維建模軟件的使用為主要內容，配合網絡教學平臺，與3D打印技術實踐相融合。線下教學層主要分為三個部分，各部分功能如下：（1）理論課程教學。以機械原理、機械制圖等基礎知識為基礎，講解3D打印所需的三維軟件知識，要求學生能對基本零件進行3D建模。

（2）主題設計課程教學。將3D發展的前沿技術引進課堂，與從事3D打印企業建立聯系，現場參觀學習，針對市場需求，讓學生進行產品的自主設計創新。

（3）團隊創新訓練。培養以3D打印技術為依托的創新團隊。以團隊形式進行系列創新訓練，開展創客活動，并通過平臺分享創新成果。

2 創新訓練教學平臺的應用

2.1 應用方法

該平臺針對不同層次學生的設定相應的教學目標。首先，在線上“機械課程專區”設立不同的年級課程，采用闖關模式，引導學生由淺到深地進行學習。同時，通過線下的初步學習，學生具有扎實的專業理論知識及運用三維建模軟件的能力。其次，平臺可利用3D打印技術快速成型的特點，定期進行作品打印與展示。借助互聯網的開放平臺，讓學生了解3D打印技術在實際生產中的應用。此外，教學平臺要求教師了解前沿的3D打印技術，能對學生創新設計進行指導。

3 結語

互聯網+3D打印訓練創新教學平臺具有開放性、即時性和社群性等鮮明特點，使機械教學不再拘泥于傳統的模型、理論教學，具有廣泛的實用性及可推廣性。同時，以開放合作式的線下教學方式為輔助，鼓勵學生拓寬思路、拓展視野，多角度學習，為本學生專業知識的提高及協作能力的培養提供堅實的發展平臺。

參考文獻

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