3D打印技術在“機械制圖”課堂教學中的應用

劉禹 付顏紅 董成 任紅霞 孫剛

摘 要：在“機械制圖”課堂教學中，教師應用3D打印技術并結合基礎知識綜合教學，創新教學模式，降低學生學習難度，使課堂教學質量與技術水平顯著提升。同時，教師把抽象的文字轉換成二維圖紙，二維圖紙又轉換成三維模型，激發學生的學習興趣，注重學生們創造力與想象力的培養。在課堂教學中，教師積極開展實踐教學活動，可鍛煉學生們的動手能力與實操能力，確保學生們能對基礎知識與3D打印技術獨立應用，深化對基礎知識與學科內涵的理解，滿足學生的學習需求。

關鍵詞：3D打印技術;機械制圖;課堂教學

0 引言

新時代背景下的3D打印技術，已經成為較成熟的加工技術，是制造業的重要技術之一。我國教育領域應用與推廣3D打印技術，能創新傳統的機械制圖教學內容設計，創設教學形式，培養學生學習興趣，提高學習效率。

1 ? 3D打印技術與“機械制圖”課程內容分析

1.1? 3D打印技術

3D打印技術是一項快速成型的制造技術，起始于美國制造行業，主要針對材料生長堆積加工，有較大設計空間、想象空間、創造空間，把傳統制造技術中難以生產的零部件進行加工處理，整體工藝效果顯著。該技術結合計算機技術的綜合應用，借助傳輸接口傳遞信息數據，突出制造對象“實體化”特征，加工方式以打印為主，生產周期明顯縮減，可在生產階段快速成型。

1.2? “機械制圖”課程

“機械制圖”課程屬于機械專業基礎課程，既考慮后續教學活動，又注重學生未來就業發展，識圖、繪圖、零件加工等均是其主要教學內容。在日常教學過程中，先是讓學生們全面了解此課程內容，包括各種零件、圖紙等，后隨著教師的正確教學與引導，逐漸掌握相關知識與技能[1]。教師再通過計算機技術的輔助教學，鼓勵學生應用AutoCAD二維制圖手段，繪制所學的基礎知識，使抽象的知識直觀化，降低教師教學與學生學習難度，保證“機械制圖”課程課堂教學質量與教學水平的提升。

2 ? 3D打印技術在“機械制圖”課堂教學中的應用

2.1? 教學方案設計，明確教學時間節點

3D打印技術在“機械制圖”課堂教學中的初期應用有一定難度，對教師來說是一項新的挑戰，學生的思想與行為均需教師正確引導，因此教師的教學能力與教學水平對學生各項能力的提升有一定影響。教師對3D打印技術應給予足夠重視，熟練地正確應用3D打印技術，保證教學質量[2]。

例如，在應用初期以“手工制圖”訓練為主，選擇一種最適合學生的教學方式，讓學生們輕松學習3D打印技術與“機械制圖”相關知識。在教學訓練過程中，教師為使學生對字母數字書寫、線條繪制等開展練習，可以選擇“吊鉤”手工圖進行2D-CAD制圖，從基礎的二維繪圖訓練保證學生掌握制圖投影規律，然后進入三維建模階段，此階段的教學訓練由簡單到復雜，逐漸增強學生的三維空間感。

2.2? 教學素材準備充分，突出三維形狀特征

為使3D打印技術在“機械制圖”課堂教學過程中充分發揮出自身的教學作用與價值，還需注重教學素材準備，體現“機械制圖”課堂知識教學素材的豐富性與多樣性[3]。充分準備素材能減少課堂教學時間，學生參與教學素材準備可增強師生間的互動性，自主能力也得到培養。教師考慮到課堂的實踐教學，為保證每位學生都能全面地學習與掌握相關知識，需保證教學素材的充足，滿足學生的學習需求。而關于3D成品打印，教師可結合具體的樣本進行演示教學，詳細講解三維形狀具體特征，并鼓勵學生通過其他方式自主掌握，不過多占用課堂教學時間與教學資金。

2.3? 專業知識與實踐操作綜合教學，提升學生專業能力

專業知識與實踐操作綜合教學，簡單地說就是“接軌”教學。在此階段教師發揮著重要作用，教師能結合學生思維與行為引導教學，在多媒體技術支持下，把實用圖紙的加工過程以視頻的方式展現，便于學生詳細地觀察。為激發學生的思維能力，集中注意力，教師可結合教學內容提出一些較簡單的問題，讓學生帶著問題觀看與探究視頻內容，使學生真正參與到課堂教學，而不是單憑腦海想象[4]。

例如：“螺栓、螺母”圖紙繪制教學是“機械制圖”課堂教學中的核心內容之一，教學目標是鍛煉學生們的動手能力與記憶力，須在歸檔或加工階段測量其表面粗糙度，3D測量需在機械工程測試中完成。學生自主參與，掌握操作過程，評估測量結果，增強學生思維能力。此外，在可視化功能下探究三維實體，相互溝通、相互交流，可強化學生的認知能力，保證學生扎實掌握“機械制圖”課堂教學的相關內容。

2.4? 創新教學模式，增強學生協作能力

創新教學模式不僅可以解決傳統化教學模式無法滿足學生學習需求問題，而且還應注重對學生們協作意識與能力的培養。單憑學生自主探究“機械制圖”課堂教學內容，再加上課堂教學時間的限制，對教師教學、學生學習來說均有一定的難度[5]。為提升課堂教學效果，教師需從教學模式創新方面入手，結合自身多年教學經驗與3D打印技術優勢、特征，選擇課堂合作教學模式，把課堂交給學生自主處理，讓每位學生都能自主地參與教學，增強學生的自主意識，有效學習專業知識。

例如：關于3DCAD制圖與3D模型生成教學，可以選擇課堂合作教學模式，教師把課堂交給學生自主處理，學生可自由組隊，大約控制4～6人，以小組為單位，讓學生在小組內發揮出自身優勢與專業能力，每位學生從不同的角度對教學內容實踐探究，產生思想碰撞火花，學生的思維面會更加廣闊，促進更全面地了解3DCAD制圖與3D模型生成。同時，小組成員共同完成3D模型，學生會有較強的成就感，對“機械制圖”專業知識產生濃厚的學習興趣與強烈的探究欲望，增強學生間的協作意識與能力，保證每位學生的專業能力與技術水平均能對學生未來發展帶來積極影響。

3結語

為提升“機械制圖”課堂教學質量與教學水平，各學校及教師人員對3D打印技術應予以足夠重視，從教學模式創新角度展開探究，并通過對教學內容與學生綜合情況的全面分析，對專業知識與實踐操作實施綜合教學，以提升學生專業能力。學生自主參與課堂教學過程，教師科學創新教學模式，通過合作教學模式增強學生的協作意識與能力，培養高素質的專業人才。

[參考文獻]

[1]李俏，伍先明，王鵬程，等.3D打印技術在教學中的應用—以“機械設計課程設計”為例[J].工業和信息化教育，2020（17）：42-44.

[2]程發洲.3D打印技術在計算機輔助制造課程教學中的應用[J].教育界：高等教育研究，2019（41）：144-145.

[3]朱鵬.3D打印技術與機械制圖教學結合創新應用的研究[J].當代教育實踐與教學研究，2017（19）：187-188.

[4]陳隆波，楊琪琳，李國輝，等.3D打印在機械制圖教學改革中的應用研究現狀[J].內燃機與配件，2019（33）：236-237.

[5]高延峰，萬文，洪連環，等.3D打印技術在《機器人》課程教學中的應用[J].機械設計，2018（47）：324-326.

（編輯 王永超）