3D打印技术在高职教学中的应用研究

刘卫东　林翠青　邓发云

摘要：3D打印可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件产品的开发速度、新设计思想的校验等提供一种快速、高效的实现手段。

关键词：3D打印技术；高职教学；人才培养；教学创新

一、3D打印技术在高职教学中的重要作用

3D打印技术是一种快速成型技术，又称快速原形制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）技术，该技术综合了数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，是一种高新制造技术。3D打印可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原形或直接制造零件，从而为零件产品的开发速度、新设计思想的校验等提供了一种快速、高效、低成本的实现手段。高职院校理工类专业的人才培养目标是高素质的技术技能人才，3D打印技术在高职教学与人才培养与中的重要意义主要体现在以下方面：

1.创新思维和创新课堂的有利工具

3D打印技术在高职教育中的应用是一种物化创新思维和培养学生个性化想象能力的创新工具，因而，要在学好传统专业课程和应用数字技术的基础上，学会使用3D打印技术这个创新制造工具。

对于学生创新思维的培养，要重点突出技术应用，首先要进行数学模式的创新，采用“体系-方向-兴趣”的“先知其然，后知其所以然”的教学模式；在教学手段上，让学生建立动手制作、模仿学习与开发相结合的方法。例如：有些高职院校已经开办模具设计与制造（3D打印技术方向）专业或先进制造技术3D打印专业，或是已开设3D打印相关的课程。在课堂上，利用3D打印技术的快速成型可以进行一些创意创新设计，可以用3D打印机打印一些教具等。

2.创客空间和创客教育的平台

2015年，我国第一次将”创客”写入《政府工作报告》。确定支持发展“创客空间”，为创业创新搭建平台，致力于预测影响全球教育领域的教学、学习和创造性探究新兴技术的新媒体联盟地平线报告。连续两年在基础教育、高等教育和图书馆教育的三个版本中，将教育应用主流技术的重要进展聚焦到3D打印上。文献分析表明，在医学、机械工程、建筑、材料、电子工程以及教学科研等领域，基于3D打印的学术性研究与日剧增。当前有代表性的3D打印教育创新应用项目，主要集中在创客空间，创新实验室和创新课程中。高校应该为学生营造基于“创新、实践、分享”理念的创客氛围，组建创客俱乐部，配备专门的创客教师，定期为创客教师提供专门的师资培训。同时，应有开放式的图书馆、计算机房、实验实训室供创客们使用。定期举办一些创客沙龙、创意竞赛等，激发学生的创新意识，提高创新创业能力。

2.实现一专多能人才培养

我国3D打印职业教育必须要加速发展、改革、创新，以培养大量的、高素质的3D打印技术应用人才。高职院校培养的机械类专业群人才完全可以满足3D打印人才所需掌握的技术技能。因为3D打印行业企业所需人才需要广泛的知识领域、一专多能，若单纯靠高职学院某一专业培养这类人才，很明显会使培养专业人才的数量远远满足不了行业企业的需求。如果高职院校能改变这种人才培养思路，结合实际情况，建设一个可以供机械类专业群中多个专业的学生学习3D打印技术的平台，就会改变高职专业教学单一的缺陷，实现教学资源共享，也就势必能培养出更多的3D打印技术技能型人才，以满足社会的需要。

二、3D打印技术在高职教学中的应用研究与实践

建设一个可以供机械类专业群中多个专业学生学习的3D打印技术平台，可培养学生的核心素养与能力；批判性思维能力；创造性解决问题的能力；跨学科的学习能力；与人合作的能力。

以广州南洋理工职业学院为例，建设一个3D建模与快速成型实训室，开发结合当下最新的技术教学课程，以3D设计软件表达学生的创意想象。实训室在实现常规教学功能的同时，向学生全面开放，为学生科技类研究型课题开展提供有力的支持。同时，教师可用3D打印技术，为3D课件设计、自制教具等带来极大便利。对学生而言：3D设计以直观高效的模型表达产品设计理念，更能准确的表达学生创意，激发学生对科学的兴趣，强化学生的手脑并用。对老师而言：可以掌握先进的学科教育技术手段，开展各类科技活动，展示科技创新成果，充实校内外课程体系，提升学校的科技创新教学实力。

（一）3D建模與快速成型实训室建设的基本原则

1.安全性原则。学生对设备的操作能力比较弱，安全防范意识差，引进的3D打印机，操作较简单、安全可靠、耗材无毒无害。

2.以学生为主体。3D打印实训室需以学生为主体，学生是开展项目学习的主体，在教师的引导下自主选择探究课题学习。

3.实践性原则。遵循教学规律，引导探索、尝试、创造。从课程学习、自然现象等方面选择具有一定的灵活性、开放性、趣味性、主动性、综合性的内容来构建实训室的课题，方便创设问题情境。

4.创造性原则。营造鼓励学生创新的环境，课程项目设计应具有开放性，为学生创造性思维创设更多空间。

（二）3D建模与快速成型实训室技术平台建设的基本内容

在当前高职教育课程改革浪潮中，改进传统的教育模式，增设具有时代特征的技术平台，已成为课程改革的主流取向。建设一个基于“互联网+3D打印”技术的创新教学平台势在必行。以下是广州南洋理工职业学院建设的3D建模与快速成型实训室的“互联网+3D打印”实践教学技术平台基本构架。分配教师、学生账号，教师登录界面的主菜单栏目如图1所示：

通过建设一个3D建模与快速成型实训室，具备计算机、互联网、3D打印机等条件的基础上，构建“互联网+3D打印”技术平台。师生可以在平台上实现教与学的交流，实现“创新、实践、分享”资源共享。

参考文献：

[1]潘爱琼等.浅谈3D打印技术在实践教学中的应用[J].中国教育技术装备.2005（14）.

[2]贾鸿莉.先进制造技术[M].北京：江苏大学出版社，2016.

基金项目：广东省高等职业技术教育研究会2017年一般课题：基于“互联网+3D打印”的高职机械类专业群创新教育研究（GDGZ17Y079）.