3D打印技术的教学设计_梁庆杰.pdf

Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 1 期（总第 352 期）2023 年 1 月 333要模具就能进行打印，这给高职教学带来一种崭新的教学方法。同时，采用3D打印技术可以节约大量的物料，最大限度地发挥出所需的材料，减少生产过程中的设计费用，缩短设计时间，提高建模的精度。以上种种优势，使3D打印技术的应用范围得到拓展。特别是在高职院校的机械类课程中，3D打印技术能够更好地展示抽象的模型，让学生能够更直观地感受到机器零件的特性，从而提高教学质量。并能促进学生的创造性思维，使其对机械设计产生浓厚的兴趣，从而促进机械行业的创新发展。2 3D打印技术在高职教学中的应用策略3D打印技术在高职教学设计中的实践应用。当前，国内教育行业中常用的3D打印技术有：数字光学处理、分层实体制造、针对性激光烧结、立体光固化等。3D打印的过程可以分成两个步骤，第一步是通过电脑上的绘图软件来绘制出一个模型，再将该模型转换成STL，再输入到3D打印机中，目前市场上比较常用的是 Max、3Done、123 Design、cura等。高职教育与普通本科教育有很大的不同，相对于理论知识的学习，高职教育更重视学生的实际操作能力，目前我国的经济快速发展，机械行业的工程建设也在不断增多，为满足这些人才的需求，必须要加强技术人员的储备2-4。3D打印技术可以有效地促进学生的实际操作，使他们更快地掌握模型的制造方法。具体设计如下。（1）形象课程内容。从实质角度来看，机械0 引言随着我国信息技术与教育事业结合的日臻完善，高职教育教学方法及教学标准有了新型要求。在传统教学方法无法满足现阶段高职教育人才培养标准的同时，应积极讨论与研究适应高职教育的教学方法。其中，3D打印技术应用于高职教学设计，不仅可以完善传统教学中的单一化、局限化问题，更是在提高学生相关知识理解能力及进一步提高学生实践能力上具有深远价值。据此，本文以3D打印技术在高职教学设计中的应用展开讨论，旨在为我国高职教学设计提供理论指导与帮助1。1 研究背景3D打印技术在高职教学设计中的应用优势。3D打印技术（3D printing）可以通过使用可黏结的金属粉末或塑胶粉末来迅速地形成数字图形，并在一层一层地打印时形成具体的对象。3D打印技术最大的优点即是它可以将所有的原材料都利用起来，而且每一层都不会有任何的粉末浪费。3D打印技术因其独有的材料制造系统可以将3D模型在系统中进行3D打印，在高职院校运用3D打印技术是高职院校信息、美术、机电专业学生思想与实体之间的一座桥梁。利用3D打印技术可以把教科书中的例子打印在学生面前，由抽象变为具体，让想象可以触觉，激发学生的学习兴趣，增强学习效果，以此保证掌握得更具体、更扎实。3D打印技术将3D图像分割成几个层次，这些层次可以由3D数据表示，并通过数据进行立体打印，使得复杂的模型与模具分离，不需基金项目：广西自然科学资金项目（2014GXNSFAA118380）。作者简介：梁庆杰，广西机电职业技术学院，副教授，研究生；研究方向：电气自动化、3D打印技术及应用。收稿日期：2022-04-15；修回日期：2022-12-22。摘要：阐述3D打印技术在教学设计中的特点，数字光学处理、分层实体制造、针对性激光烧结、立体光固化的应用策略，包括模型设计、复杂结构、3D制图绘图、实践能力，将所学的模式应用于实践。关键词：3D打印技术，教学设计，模型设计，实践能力。中图分类号：TP391.73 文章编号：1674-2583(2023)01-0333-03 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.01.145文献引用格式：梁庆杰.3D打印技术的教学设计J.集成电路应用,2023,40(01):333-335.3D打印技术的教学设计梁庆杰（广西机电职业技术学院，广西 530007）Abstract This paper expounds the characteristics of 3D printing technology in teaching design,the application strategies of digital optical processing,layered solid manufacturing,targeted laser sintering,and three-dimensional light curing,including model design,complex structure,3D drawing,and practical ability,and applies the learned model to practice.Index Terms 3D printing technology,instructional design,model design,practical ability.Design of Teaching 3D Printing TechnologyLIANG Qingjie(Guangxi Electromechanical Vocational and Technical College,Guangxi 530007,China.)334 集成电路应用 第 40 卷 第 1 期（总第 352 期）2023 年 1 月Applications创新应用专业的知识内容比较复杂，课本上的文字解释也比较晦涩，而职业技术学院的学生，则因为生源种类的不同，对基本的理论知识的掌握和思考的能力都比较弱，因此在学习抽象性的知识时，会遇到许多困难。此外，在高职业院校的机械设备教育中，经常会出现机械零件的模型陈旧、模型缺乏、模型与教科书的不匹配等问题，造成学生对机械零件的学习缺乏兴趣和认识的肤浅，很难取得良好的教学效果。运用3D打印技术，可以使教师对图书进行模型化，并将其打印出来，从而提高学生的探究欲，提高学习的积极性。重点在于抽象化，让学生更好地了解零件的结构和功能5，从而有效地改善课堂气氛，提高学生的学习效率。另外，它还能更好地激励和引导学生的创造性思维。例如，机械制图与机械设计基础作为高职院校机械专业中的重要组成部分，不仅需要学生具备良好的理论知识，更需要学生具有丰富的想象力，可针对教师展开的教学进行深层次讨论与研析。同时，信息技术跨越式发展趋势下与我国教育事业的结合日臻完善。目前，我国高职院校教师逐渐从传统的纸质教材转移为在线课程等多元方式，其中零件构造与课程理论内容多以图片或视频的方式展示，学生无法直观了解机械模型结构，导致学生对相关知识的无法深入理解。通过依托3D打印技术将二维教学模式转化3D立体教学模式，同时可以将部分理论性、抽象性的知识具体化、形象化，将专业复杂知识简单化、直观化，在调动学生主观能动性及探索兴趣的同时，进一步加强学生对相关知识的理解能力。如相贯线、齿轮系及凸轮等课程运用3D打印技术提高学生理解效果及增强学生想象力的同时，依托实物直观展示的方法全面提高教学质量6。（2）机械模型设计。机械设计基础除涉及机械方面的抽象知识外，还涉及凸轮、齿轮、轴承、弹簧等模型的设计，如果只采用二维平面模型，那么就会影响到知识点的空间感。目前许多教师在讲授这些知识时，都会采用PPT的图形演示，而高职学生的注意力通常都比较少。因此，这样的方法会影响他们的学习积极性。3D打印技术具有高度的复合性和综合性，其中计算机、物理、力学等学科的交叉运用，是当今科学技术发展的一个重要标志。在学习3D打印技术之后，学生们不但可以掌握自己所学的专业知识，还可以利用3D建模软件、切片软件，来优化自己的力学知识，让自己拥有3D打印的能力，从而提升自己的创造力。（3）复杂结构展示。在高职教育中，机械结构、运动原理等都要用教具来解释，但是由于技术水平的限制，教师只能用实物来解释，或者按照课本上的机械结构来解释，而从学生的角度来分析，这些结构的演示很难让学生掌握基本原理，而且对学生的空间想象力也有一定的要求，而高职院校的学生对立体空间思维的理解并不能达成统一，所以在学习的时候，知识掌握进度也有差异，所以在讲解复杂结构时，如果教师沿用传统的方法，就很难让学生掌握机械基本原理。另外，静态教学工具也不能充分体现人体的运动规律，使学生们难以清楚地观察到机器的运动轨迹，利用3D打印技术可以很好地解决这个问题。机械系的许多课程都是靠教学工具来完成的，教师们会将教学的思路和方法传递给学生，让他们在学习的过程中，不断地提升自己的知识。不过由于种种原因，许多教学用具在市场上并不普及，因此有买不到的教具，在课堂上难以进行充分的讲解。如果教师只运用教科书上的理论，就不能凸显出核心的知识。例如，在介绍机械装置的三视图时，要将图纸转换成3D模型，而3D打印技术则可以在线进行引导，复杂的3D显示则是由二维变成3D，这样既能保证理论和实际操作的完美结合，又能准确地显示3D图形，强调教学中的重点和难点7。（4）3D制图绘图。机械设计是机械专业的一个重要组成部分，但由于学生的建模难度较大，思维的扩展能力都会受到限制，而3D打印技术在制图设计中的应用，可以大大提高制图的工作效率。与传统的绘制、制图方式相比，3D打印技术更为直观，学生在绘制时，从单一的接受教师的教育思想，“被动”转变为“主动”，实现机械类课程的现代化和灵活性。（5）实践能力养成。在没有3D打印技术的情况下，老师只能通过实际操作来引导学生进行一些简单的建模，而有些复杂的模型，则是不可能实现的。一些关于螺旋、传动模型的设计思想，单凭老师的语言教学是不可能使其与实际相结合的，这样的教学模式很难培养学生的学习兴趣和学习的自主性。但随着科技的发展，3D打印技术的兴起，可以有效地解决这个问题，3D打印技术可以将物理模型的结构和功能表现得淋漓尽致，可以让学生在建模的时候，看到自己的不足，从而快速的发现模型的结构，并在修改的同时，还可以提高对机械方面的知识的严谨和规范。同时，可以通过修改自己的作品来加深自己的模型设计思路，为日后进入到企业中，加快岗位工作适应效果可起到重要帮助，例如：四连杆、机械式、蜗轮等都是常用的知识，使用3D打印技术进行机械装置的模型和打印，在一层一层的拆分打印中，学生可以在实践中加深对机械传动的理论和计算的理解。在教学过程中，学生能在教学中掌握机械工程的基本原理，实现预期的学习目的，促进学生的创造力和思维的发散性8。Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 1 期（总第 352 期）2023 年 1 月 3353 教学评估3D打印技术在教学实践中的应用效果及反思讨论。3D打印技术是一种很有吸引力的教学技术，它可以提高学生的学习兴趣，通过上述分析可以得出，将3D打印技术应用于实践教学中具有以下优势：（1）将所学的模式应用于实践，以解决模式的不足与陈旧，从而实现教学目标的明确。（2）增强学生创新意识，充分发挥个性化设计的作用，促进学生掌握3D打印技术，促进技术创新、设计创新和应用创新。在打印过程中，师生的交流更加顺畅，对知识的理解和运用更加牢固。（3）教学过程中，教师与学生一起参加制作3D打印机的活动，了解3D打印机的结构和原理，使其打印出更好的3D效果。同时，也能增强学生的实际操作能力，达到所思所想，所见所感，使之精力充沛，不断寻求新事物。（4）建立3D打印车间。当学生对3D打印技术有一定的解，并能运用3D打印技术进行创意设计时，可以在教师的指导下，建立3D打印工作室，为学生打印课堂学习模型，为企业打印产品，为教师提供组件。依托网络，可完成网上打印、个性化定制、快递等多种形式的服务，以满足各类社会需要，实现技术转化9-21，促进新科技的推广。4 结语在高职教育中，如果只是使用语言，特别是在某些比较抽象、枯燥的知识上，很容易使学生产生抵触情绪，使他们无法主动地学习。目前，我国高职院校的教学仪器不断更新，可以利用多媒体技术进行教学，但在实际操作中，却无法达到预期的效果。而且，由于高职院校学生的理论学习和领悟能力稍差，所以他们的学习和吸