浅析《机械设计》应用3D打印的案例式教学

林云峰

摘要：《机械设计》课程兼备基础性和实践性，对于机类专业学生综合素质培养来讲，是一门至关重要的主干课。但是传统《机械设计》教学模式过于僵化，难以保证课程教学质量，由此本文提出基于3D打印的案例式教学的方式和方法，希望打开《机械设计》教学的新格局。首先对《机械设计》课程特点、存在问题和3D打印技术进行了简单介绍，接着倡导以3D打印技术为基础案例式教学的方式改变传统课程教学模式，进而对于3D打印案例式教学的实现路径进行了分析，希望可以给予实际3D打印的案例式教学工作一定的启示。

关键词：机械设计；3D打印技术；案例教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）29-0197-02

3D打印外在不断发展的过程中，开始慢慢渗透到各行各业中去，逐步从工业向民用发展，在众多应用领域和行业中，教育教学对于3D打印的应用也进行了尝试和探索，以《机械设计》课程教学为例，希望在3D打印的基础上真正实现案例式教学模式的探索，希望由此迎来全新的《机械设计》课程教学格局。

一、《机械设计》课程的特点以及当前教学中存在的问题

1课程特点分析。《机械设计》是机类专业的一门专业基础课，其特点表现为：设计性（结果不唯一）、实用性（联系实际）和繁杂性。其繁杂性特点又表现为“五多”，即关系多、门类多、要求多、公式多和图表多。关系多指涉及诸多先修课程：如机原、公差、制图、金工、力学等等；门类多指典型零部件多、且类型多，而设计方法各有所不同；要求多指设计同一机器或零件，应同时满足性能、工艺性、经济性等多个要求；公式多指设计计算公式；图表多指设计中需要查图表地方很多。总之，课程牵涉到的知识点较多，难度较大，理论性和实践性较强，对于学生的逻辑思维能力、空间想象能力和实践动手能力要求较高。

2课程教学存在的问题。从当前课程教学的现状来看，存在问题集中体现在：传统教学方法依然是主导，重视理论学习，忽视实践运用；实践操作环节比重较低，教学灌输式倾向严重；教材与教学严重不协调，与学生素质与课时等不匹配、不同步，教学知识点处于彼此孤立的状态。总之，当前课程教法落后，效果不佳，手段单一，急需进行创新、调整和改善。

二、《机械设计》应用3D打印案例式教学模式的必要性

在《机械设计》课程中应用3D打印案例式教学模式，就是通过3D打印来提高学生学习兴趣与动力，丰富教学方法手段，推动案例教学法在课程教学中的应用，由此促进课程教学质量的提升，主旨在培养学生的工程素养，即工程表达能力、工程计算能力和良好工程习惯，并注重学生多向思维和创新能力的训练。下面对3D打印案例式教学模式基本情况进行简单介绍：很多机械专业的学生在接触机械制图的时候，因为空间想象能力比较差，难以实现平面投影视图与零件图像之间的转化，常依托影射规则来实现三维零件图形的感知，这种认识过程存在很大的缺陷和不足，投影视图不能全面形象地展现出零件三维图形，也就难以保证学生对于机械制图的深刻理解。此时，无论是依靠实体教学模型，还是依靠零件模型来帮助教学，都会消耗很多的时间去备课以及很多的资源去设计，不仅效率低下，教学效果也不可能很好，毕竟学生没有切身的参与进去。但是应用3D打印的案例教学模式就可以打破这样的格局。无论处于何种课程情境中，教师都可以在3D打印技术的帮助下，很容易打印出对应的立体模型，并且依照实际课程案例需求，实现对应的切割和改变，由此可以得到更加具体的三维零件模型，甚至实现设计结果的验证，在此过程中学生切实的参与进去，在3D打印技术的帮助下，也能够准确的找到案例教学法的切入点，这对于促进课程教学质量而言，是很有意义的尝试和探索。

三、《机械设计》应用3D打印案例式教学模式的策略

1.基于3D打印的案例式教学模式的优势分析。在课程教学过程中运用案例教学模式，是当前该课程教学的普遍共识，认为这样的教学模式可以给予学生更多的机会去了解设计要点、方法和步骤，可以融合贯穿课程知识点，但是一直以来难以找到比较好的契机去推动案例式教学模式的开展。3D打印技术运用到教育领域之后，展现出其辅助教学的效能，我们意识到《机械设计》应用3D打印案例式教学模式的时机已经到来。该教学模式的优势集中体现在：其一，促进课程教学模式的改革，改变课程教学格局，使得其展现出参与式、启发式、探究式和讨论式的特点来；其二，促进课内讲授时间的缩短与课时匹配，使学生积极主动参与进去，有利于学生自主学习钻研能力的培养，以更大的兴趣参与到课程学习中去；其三，妥善处理理论教学与实践教学之间的关系，使得课内与课外的比重也朝着理想的方向发展；其四，有利于改变课程评价方式方法，在平时表现和期末考试成绩的综合评比之下，对于学生的成绩进行综合考量，由此形成更好的教学效果。

2基于3D打印的案例式教学的实现路径选择。从目前教学经验来看，《机械设计》应用3D打印案例式教学实现途径主要有以下几种：①整体案例式教学。即将课程设计任务纳入到课程教学体系，以课程整体教学案例的视角去开展课程设计，使课设内容和知识点得到优化组合。这种教法一般都是以建立3D打印案例模型的方式，使得课程设计更有目标性和针对性。在使用整体案例式教学法的时候，要注重案例的合理选择，必须要具有代表性，其涵盖的课程知识点应该与课设题目之间存在特定的联系，由此可以保证课设任务的合理分解和安排，这才能够保证整体案例式教学法效果的实现。②任务法教学。教学案例设计要与课设题目关联，并且在此基础上将其合理的分组安排，以任务驱动的方式，使得学生能够学习到对应的知识，进而实现课设题目相关任务的完成，在此基础上实现学生课外主动学习探究习惯的培养。任务驱动教学的过程中，关注的主要环节在于：以3D打印为基础，实现不同任务情境的塑造，由此才能够保证任务法教学效益和效率的实现。在此教法运用的过程中需要注意以下内容：任务情境设置要保证与学生的知识系统相关，与学生的平时生活相关，与学生的兴趣点相关，与学生的认知能力相关，这是保证学生切实融入到对应课程教学的重要手段。③实物教学法。就是倡导在3D打印的帮助下，尽可能的塑造更多的零件模型和机械模型，使得原本空洞的讲述过程变为眼睛可以看到的实际物品，由此实现教学效益和质量的提升。在实物教学法运用的过程中，教师在课程设计中需要注意以下几个方面：其一，找到学生工程表达能力培养的难点和重点，以此为切入点，实现对应实物的塑造，保证学生在参与3D打印的过程中能够更加清楚的去了解实物的构造，以提升实际的理解效益；其二，鼓励学生以小组的方式去开展模型的改进和设计制作过程中，给予学生更多的机会去接触去探究，由此实现学生多向思维、创新能力和实践能力的培养提升，这也是本教学模式的最大优势之一。④实习法教学。为了实现课程理论知识与实践知识之间的融合，为了促进不同课程之间的联动，常会采用的教学策略为：以动手操作方式引导学生去分析问题、讨论问题和探究问题。例如制图课中的减速箱测绘，二维CAD绘图，三维CAD，机设课轴系零件拆装实验，都可以以实习教学方式来贯穿进行，不断加深学生实际感性认知，并引导激发对原理理论的探究。实习法贯彻的过程中，需要对于实习过程进行引导和监督，对于学生可能遇到的问题，要在他们自己探讨的基础上，给予对应的引导，由此才能够发挥对应的效益。⑤竞赛法教学。引入竞争奖励机制，在各章节知识（按常用零件）教学过程中，加重对平时表现的评价在总评成绩中的占比，将课程设计成绩与课程成绩联动，采用竞赛法择优3D打印学生的设计成果模型，激发学生的学习兴趣和钻研精神。3D打印可以为竞赛法的执行营造良好的操作环境，学生可以在3D打印的引导下，保证以更加真实的姿态参与到竞争中去，并且以能够以更加直观的方式来呈现竞赛取得的结果，这对于实际的教学效率提升，教学氛围营造来讲，是很有必要的举措。

四、结束语

综上所述，《机械设计》应用3D打印的案例式教学模式，其的确能够引导课程教学质量朝着更高的方向发展和进步。对于课程专业教师而言，应该树立教学创新理念，正确认识3D技术在机械设计案例教学过程中的应用价值，找到全新课程教学策略，由此保证《机械设计》的教学格局得到全面改善和调整。除此之外，还需要做好以下几个方面的工作：其一，学校要积极参与到3D打印技术引入的工作中去，正确认识3D打印对于《机械设计》课程质量提升的积极作用，由此保证建立健全对应的3D打印案例式教学体系，保证具备良好的3D打印技术环境和氛围；其二，对于课程应用3D打印技术的方式和方法进行探讨和研究，鼓励教师积极在此方面进行探索，在形成成熟的教学案例之后将其推广，由此发挥3D打印技术在促进专业教学效益提升的作用。

参考文献：

[1]金晓怡.机械设计课程案例教学的研究与实践[J].机械制造与自动化，2011，（03）：73-76+126.

[2]刘扬，银金光.“机械设计”课程中应用案例教学的探讨[J].中国电力教育，2010，（27）：64-65.

[3]龚晓群.《机械设计基础》课程任务驱动、案例教学模式研究[J].南京工业职业技术学院学报，2008，（02）：89-90.

[4]崔建昆，钱炜.机械设计课程实践教学中的工程案例和模块化教学[J].中国科教创新导刊，2011，（28）：43-45.

[5]陶平.以工程案例教学促进机械工程知识的建构——以机械设计课程教学为例[J].高教论坛，2015，（04）：24-26.