3D打印技術在高職教學中的應用研究

劉衛東　林翠青　鄧發云

摘要：3D打印可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件，從而為零件產品的開發速度、新設計思想的校驗等提供一種快速、高效的實現手段。

關鍵詞：3D打印技術；高職教學；人才培養；教學創新

一、3D打印技術在高職教學中的重要作用

3D打印技術是一種快速成型技術，又稱快速原形制造（Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM）技術，該技術綜合了數字建模技術、信息技術、機電控制技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，是一種高新制造技術。3D打印可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原形或直接制造零件，從而為零件產品的開發速度、新設計思想的校驗等提供了一種快速、高效、低成本的實現手段。高職院校理工類專業的人才培養目標是高素質的技術技能人才，3D打印技術在高職教學與人才培養與中的重要意義主要體現在以下方面：

1.創新思維和創新課堂的有利工具

3D打印技術在高職教育中的應用是一種物化創新思維和培養學生個性化想象能力的創新工具，因而，要在學好傳統專業課程和應用數字技術的基礎上，學會使用3D打印技術這個創新制造工具。

對于學生創新思維的培養，要重點突出技術應用，首先要進行數學模式的創新，采用“體系-方向-興趣”的“先知其然，后知其所以然”的教學模式；在教學手段上，讓學生建立動手制作、模仿學習與開發相結合的方法。例如：有些高職院校已經開辦模具設計與制造（3D打印技術方向）專業或先進制造技術3D打印專業，或是已開設3D打印相關的課程。在課堂上，利用3D打印技術的快速成型可以進行一些創意創新設計，可以用3D打印機打印一些教具等。

2.創客空間和創客教育的平臺

2015年，我國第一次將”創客”寫入《政府工作報告》。確定支持發展“創客空間”，為創業創新搭建平臺，致力于預測影響全球教育領域的教學、學習和創造性探究新興技術的新媒體聯盟地平線報告。連續兩年在基礎教育、高等教育和圖書館教育的三個版本中，將教育應用主流技術的重要進展聚焦到3D打印上。文獻分析表明，在醫學、機械工程、建筑、材料、電子工程以及教學科研等領域，基于3D打印的學術性研究與日劇增。當前有代表性的3D打印教育創新應用項目，主要集中在創客空間，創新實驗室和創新課程中。高校應該為學生營造基于“創新、實踐、分享”理念的創客氛圍，組建創客俱樂部，配備專門的創客教師，定期為創客教師提供專門的師資培訓。同時，應有開放式的圖書館、計算機房、實驗實訓室供創客們使用。定期舉辦一些創客沙龍、創意競賽等，激發學生的創新意識，提高創新創業能力。

2.實現一專多能人才培養

我國3D打印職業教育必須要加速發展、改革、創新，以培養大量的、高素質的3D打印技術應用人才。高職院校培養的機械類專業群人才完全可以滿足3D打印人才所需掌握的技術技能。因為3D打印行業企業所需人才需要廣泛的知識領域、一專多能，若單純靠高職學院某一專業培養這類人才，很明顯會使培養專業人才的數量遠遠滿足不了行業企業的需求。如果高職院校能改變這種人才培養思路，結合實際情況，建設一個可以供機械類專業群中多個專業的學生學習3D打印技術的平臺，就會改變高職專業教學單一的缺陷，實現教學資源共享，也就勢必能培養出更多的3D打印技術技能型人才，以滿足社會的需要。

二、3D打印技術在高職教學中的應用研究與實踐

建設一個可以供機械類專業群中多個專業學生學習的3D打印技術平臺，可培養學生的核心素養與能力；批判性思維能力；創造性解決問題的能力；跨學科的學習能力；與人合作的能力。

以廣州南洋理工職業學院為例，建設一個3D建模與快速成型實訓室，開發結合當下最新的技術教學課程，以3D設計軟件表達學生的創意想象。實訓室在實現常規教學功能的同時，向學生全面開放，為學生科技類研究型課題開展提供有力的支持。同時，教師可用3D打印技術，為3D課件設計、自制教具等帶來極大便利。對學生而言：3D設計以直觀高效的模型表達產品設計理念，更能準確的表達學生創意，激發學生對科學的興趣，強化學生的手腦并用。對老師而言：可以掌握先進的學科教育技術手段，開展各類科技活動，展示科技創新成果，充實校內外課程體系，提升學校的科技創新教學實力。

（一）3D建模與快速成型實訓室建設的基本原則

1.安全性原則。學生對設備的操作能力比較弱，安全防范意識差，引進的3D打印機，操作較簡單、安全可靠、耗材無毒無害。

2.以學生為主體。3D打印實訓室需以學生為主體，學生是開展項目學習的主體，在教師的引導下自主選擇探究課題學習。

3.實踐性原則。遵循教學規律，引導探索、嘗試、創造。從課程學習、自然現象等方面選擇具有一定的靈活性、開放性、趣味性、主動性、綜合性的內容來構建實訓室的課題，方便創設問題情境。

4.創造性原則。營造鼓勵學生創新的環境，課程項目設計應具有開放性，為學生創造性思維創設更多空間。

（二）3D建模與快速成型實訓室技術平臺建設的基本內容

在當前高職教育課程改革浪潮中，改進傳統的教育模式，增設具有時代特征的技術平臺，已成為課程改革的主流取向。建設一個基于“互聯網+3D打印”技術的創新教學平臺勢在必行。以下是廣州南洋理工職業學院建設的3D建模與快速成型實訓室的“互聯網+3D打印”實踐教學技術平臺基本構架。分配教師、學生賬號，教師登錄界面的主菜單欄目如圖1所示：

通過建設一個3D建模與快速成型實訓室，具備計算機、互聯網、3D打印機等條件的基礎上，構建“互聯網+3D打印”技術平臺。師生可以在平臺上實現教與學的交流，實現“創新、實踐、分享”資源共享。

參考文獻：

[1]潘愛瓊等.淺談3D打印技術在實踐教學中的應用[J].中國教育技術裝備.2005（14）.

[2]賈鴻莉.先進制造技術[M].北京：江蘇大學出版社，2016.

基金項目：廣東省高等職業技術教育研究會2017年一般課題：基于“互聯網+3D打印”的高職機械類專業群創新教育研究（GDGZ17Y079）.