浅谈3D打印技术在中职学校课堂教学中的运用

华洁蓉 陈万霞

[摘           要]  3D打印技术是一种新型的快速成型技术，是“第三次工业革命最具标志性的生产工具”，将给许多行业和领域带来深刻的变革。全国各地都在大力落实《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》，3D打印机进入校园，走进课堂，有利于提高学生的作图能力、动手能力，增强学生学习的主动性，使之实现有效教学。

[关    键   词]  3D打印;课堂;有效教学

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2021）29-0152-02

一、揭下3D打印之纱

《十二生肖》电影中，成龙在银幕上让我们感受了3D打印机的神奇，一向以武打不用替身，追求品质、真实等元素吸引人的成龙大哥，这次也不例外，除了让你欣赏并赞叹他变化无穷的成龙套路外，还加入了有关3D打印机的科学元素。在电影里，成龙大哥只用了大约三分钟，就基本上让我们明白了什么是3D打印机。

那3D打印机是如何制造物品的呢？计算机以数字模型文件为基础，进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，3D打印机再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，这样就将虚拟的三维设计变为实物。

二、开启3D打印之行

随着现代信息技术与专业教学的逐渐融合，更好地贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《中国制造2025》文件精神，加快3D打印产业技术技能型、复合技能型和知识技能型人才队伍培养，适应向现代制造业转型升级形势的需要。笔者有幸参加了由清华大学基础工业训练中心主办的3D打印造型师师资培训班（第一期）。3D打印学习主要分两大模块：正向设计和逆向设计的学习，并结合软件和硬件的实操。经过三次的师资培训，从了解到实操再到创意，设计出实用型、创新型的作品。师资的培养是为了更好地服务于学生，让学生走进3D打印、走进3D课堂。

三、走进3D打印课堂

本学期针对17441班、17361班、16361班分别开设了“3D One三维实体设计”和“Geomagic Studio逆向建模技术及应用”。笔者以综合课题《我的浮雕台灯》为例，和学生一起走进3D打印课堂。

首先跟着笔者一起了解一下目前学校已有的3D打印的主要设备：3D打印的硬件主要有扫描仪（手持式、转台式、四目三维）、打印机（Smart225、Smart300、300plus、Envisiontec Vector  3SP），软件主要有Creo软件、3D One Plus软件、Xbuilder软件、Simplify 3D软件、Geomagic  studio软件、Magics软件、Meshmixer软件。软件和硬件的配备都是学生设计的前提，也是考验学生的一个综合能力的应用。教师在教学过程中主要让学生进行三维造型，所以学生对三维软件的运用必须很熟练，再考虑模型是否加支撑等因素，然后打印机打印，在打印的过程中也要随时进行观察，模型打印完毕后还需进行后期处理，这就是正向设计。而逆向设计比较抽象，需要对模型扫描，再进行数据处理，切片、打印和后期处理。学习是循序渐进的过程，每个软件和硬件的使用都要有扎实的基本功，平时教学就要由浅入深，让学生基本能掌握每个知识点，团队完成作品。每件作品的完成都是考验一个团队的合作、综合能力的运用，从而让学生体验成功的喜悦感。

《我的浮雕台灯》作品的设计思路：Creo三维软件设计台灯的三维模型;Magics软件对台灯的三维模型进行处理;Geomagic studio 12軟件对台灯模型进行浮雕制作;Simplify 3D软件对浮雕台灯进行切片处理并打印。学生小组分工合作完成《我的浮雕台灯》，边设计边探讨，在探讨过程中制订具体制作流程。

小组合作学习中，教师应成为学生的学习伙伴，组建起“学生共同体”，平等地交流和探讨。结合综合实践课教学目标，充分利用信息化技术创设情境，设置问题和任务，及时反馈学习效果，把握教学方向。小组合作学习中，教师适时地组织、引导、启发和点拨，积极参与学生自主学习的过程，推动学生思考，并及时给出建议。

浮雕台灯制作完成后，让学生PPT汇报成果，教师汇总小组在整个制作过程中出现的问题。

整个作品的制作过程实践性较强，教师要避免一味地讲解知识，而是要让学生真正成为学习的主人，给他们以充分的时间和空间，让他们自己去思考、去动手、去解决问题，从而提高其能力。让学生在学中做、做中学，利用现代信息化手段逐渐培养学生的工匠精神，同时让学生有充分表达自己思想和展示思维过程的舞台，让他们在质疑和交流中获取知识，提升能力，感受愉悦。

教学的过程不仅是知识传授的过程，同时也是师生感情的展露、心灵沟通和思想交流的加温过程，教师的一言一行都在与学生进行微妙的情感交流，使他们的学习态度染上情感色彩，使我们的课堂洋溢着自由、民主、积极向上的活跃气氛。

四、开出3D打印之花

目前，全国各地都在大力落实《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》，组织实施学校增材制造技术普及工程，3D打印机逐渐进入校园。我校申请到了3D打印造型师能力认定实训基地，希望以后有更多的老师和学生进入3D打印室和3D学创中心，共同研讨、学习。一学期课程的开设，主要任务是培养学生的想象力和动手能力，激发个体的兴趣爱好，提高学生的综合素质，也使常态的课堂更加有趣味性。

学生从刚接触3D打印到能完成创意的作品，也是自我学习能力的提升，每件作品都是鲜活的，动静结合，从浅层理解美观，但更多的还是要实用、新型。每个方案的提出都要经过多次的探讨、打磨，最终确定可行性的方案。教师从中进行点拨、解答。每件作品的完成必须进行总结，在今后的打印过程中避免出现同样的问题。课堂就是让每个学生完全参与，并且乐于学习，体现他们的主体作用，同时培养学生与同伴的团队合作精神，使学生在完成任务后体验到成功的快乐，每件成功的作品都会保存在展示柜中，像美丽的鲜花绽放、欣赏。

3D打印之路很漫长，在今后的教育教学中我将不忘初心，牢记使命，备好每次课，上好每次课，课后多反思。争取每周完成一件作品，与同行多交流学习，进入企业参观学习，寻找适合的课堂，编写适合的校本教材。

3D打印已经走进课堂，看上去很美。美的是成功的作品，更美的是设计作品的学生。每个学生都是一朵小花，而老师就像一位质朴的花匠，怀着一颗虔诚的心，将一颗颗种子培养，为的是让小花开得更绚丽。作为一名爱花人，相信不久的将来，我们的花儿会更美、更夺目！

参考文献：

[1]李石.机械结构设计中的创新设计[J].科学技术创新，2020（11）：189-190.

[2]付海茹.创新设计在机械结构设计的运用[J].中国设备工程，2019（4）：158-159.

[3]张伏层.浅谈机械结构设计中的创新设计[J].内燃机与配件，2018（17）：226-227.

[4]魏中信.机械创新设计研究[J].百科论坛电子杂志，2020（8）：289.

编辑 栗国花