基于3D打印技术的工程图学实践环节设计

姜杉+安蔚瑾+徐健+林梦霞

摘要：3D打印技术近几年迅猛发展，如何有效利用这项先进的技术，促进工程图学的教学，提高学生创新和实践能力成为目前课程改革中的重点和难点。本文探讨了3D打印技术在工程图学课程授课环节不同阶段的作用，并结合新的本科生培养方案的修订制定基于3D打印技术的实践课程安排，力求通过3D打印实践环节的加入提高学生空间想象与构思能力、机械产品构型设计与图形表达能力、创新能力和综合设计制图能力、机械零部件精度设计初步能力。本研究对于工科高校培养创新型、能力型人才具有重要意义。

关键词：3D打印;工程图学;实践;创新

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）19-0160-02

一、引言

近几年3D打印技术及设备发展迅速，通过与金属喷涂、硅胶磨具、数控加工等制造手段相结合，该项技术已成为现代零件、模型制造的有效手段，在文化创意、生物医学、原型制造、产品创意评判等领域起着举足轻重的作用。工程图学课程作为一门具有启蒙性且实践性很强的技术基础课，如何在该课程的教学中增强学生的创新意识，提高学生的工程素质，培养学生的综合能力是本课程的主要目标。如何培养学生的空间想象与构思能力、机械产品构型设计与图形表达能力、创新能力和综合设计制图能力、机械零部件精度设计初步能力，都是本课程的主要内容。如何将3D打印技术应用在工程图学各个教学环节，达到课程的预定目标，是本文研究的重点。

二、基于3D打印技术的实践环节设计

目前多数高校“工程图学”课程均由三部分构成：画法几何、机械制图和计算机辅助设计。不同阶段的内容难点直接决定教师对课程内容、授课方式和实践环节的设计。本课程就是针对本校课程安排，通过将3D打印技术引入来提高不同阶段的授课效果。

1.画法几何学习阶段。针对画法几何学习阶段，授课重点放在截切、相贯部分。学生在本阶段学习过程中对于相贯，特别是空心立体的相贯理解上有困难。往往想象不出结构内表面的相贯结构。因此，在绘制图样时就无从下手。为此，本研究通过将一些典型的相贯结构让学生造型、打印出来，将实体呈现在学生面前。学生有了很好的直观感受，做图就简单易行了。

2.机械制图学习阶段。制图阶段学习涉及初步的国家标准和基本零件、装配等概念。学生逐步接触真实的生产零件和机器概念，内容琐碎，很容易打消学生的学习兴趣。为了改变这种现状，并结合新修订的学生培养方案，将本课程的内容与后续设计类课程内容进行衔接过渡。设计了具有一定配合关系的零件组的实践环节。主要通过设计一组几个零件构成的低速滑轮装置，并有一定的配合关系和设计要求的零件，让学生了解设计要求和极限与配合在设计中的作用，并将所学知识运用到设计中。使学生在空间形象思维方面实现了从抽象的几何形体向实际的机械零件转变;在分析和解决问题方面实现了从形体分析法到构型分析法提高到零件结构分析方法的转变。培养了从生产实际出发来进行零部件结构设计、精度设计、材料工艺设计的设计理念。这样既将知识具体运用又提高了学生的学习兴趣。

3.计算机辅助设计学习阶段。计算机辅助设计阶段学习，以往就是对软件的操作学习。学生对学习的目的和意义了解不清，特别是非机械类学生认为学习没有必要。因此，学习积极性不高，精力投入较少。本研究拟通过如：装饰品设计、生活用具设计、人偶设计、简单机构装置设计等几个有趣实验，让学生既掌握计算机辅助设计软件使用又结合生活实际，提高学生的学习积极性和参与性。变被动学习为主动学习。

三、体会与思考

本文首先探索一种基于3D打印技术新的教学理念和教学模式，转变旧的知识传授观，实现由“灌输”到“体验”的教学模式转换。其次培养学生主动性、探究式学习习惯，营造以学生实践为中心、自主活动为基础的新型教学过程，大力推进教学活动由“教”向“学”再向“行”的转变，使教学活动建立在学生自主活动、主动探索的基础上，进而形成有利于学生自主精神、创新意识、创新能力培养的教学环境，使创新教育教学落到实处。最后通过理论知识与实践环节的结合巩固理论学习成果，做好本课程与后续课程衔接安排，设计与后续设计课程培养相一致的实践环节，避免重复。在提升学生的创新能力和实践能力方面奠定基础。

四、结束语

因此，我们的课程教学，应该立足于新的培养理念，前瞻性地面对人才培养的全过程，从课程设计、内容安排、教学方式等方面进行改革，增强课程的吸引力，提升课程的能动力，从学生被动的“耳提面命”转变为主动的“身体力行”，实现实践型和创新型人才培养的目的。

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