基于STEAM理念的中职3D打印实训课程教学实践

陈秋鸿

摘要：在中职3D打印实训教学中引入STEAM教育理念，以创新、创造、设计、建构、实施为主线，依托3Done Plus三维建模软件、Cura切片软件构建的教学平台，利用动画、微课、学习通等手段突破教学重难点，设计能促使学生全方位发展的教学策略。通过教学实施及过程评价，能够解决3D打印实训课程中存在的问题，有效提高教学质量。

关键词：STEAM教育理念;中职;3D打印课程;综合能力培养

中图分类号：TP391.73-4;G434 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2022）02-0-03

着力提升学生综合素质培养是确保我国职业教育高质量发展的重要保障，但大部分中职学生均存在分析解决问题能力不足、创新意识缺乏、创新能力不强等问题。本文就上述问题结合学校实际，提炼STEAM教育理念的核心特征，将之融入数控专业的日常教学，并以3D打印课程为例阐述STEAM教育理念与学科教学的完美融合。

一、STEAM教育理念助力3D打印实训课教学

（一）STEAM教育理念

STEAM作为一种重实践的教育理念，需科学、技术、数学等进行跨学科融合。厦门市同安职业技术学校（以下简称本校）结合中职教育的特点延伸出创新（Innovation）、创造（Create）两个模块。STEAM教育理念强调公共基础课与专业课之间的融会贯通，注重学生文化素养、科学素养、综合职业能力与可持续发展能力的培养[1]，符合当下创新教育、个性化教育的理念，非常契合中职学生核心素养的培养要求。

（二）STEAM教育理念与3D打印课程的完美融合

3D打印课程无时无刻不在彰显STEAM教育理念。草图的设计需运用美术、数学、物理等方面的知识，模型比例、尺寸、颜色等设计体现了数学、科学、艺术和工程等素养的融合;3D One Plus三维模型构建需应运用工程设计方面的知识，体现了技术与工程素养的融合;模型的修缮需运用美术方面的知识，体现了艺术素养。所以3D打印课程的实施能培养学生的创新意识，提升其创造力、创新力、想象力及技术、工程思维的发展。

二、基于STEAM教育理念的3D打印实训课教学实践

（一）教学设计流程图

融合STEAM理念的教学模式应具备真实的企业问题或生活情境的导入、关键问题或项目任务的提出、解决方案的设计、完善、实施过程、最终产品的交流展示以及过程评价等步骤，如图1所示。

（二）课堂教学设计

第一，课程名称：设计制作不同类型的齿轮传动机构。

第二，STEAM教学目标。S（科学）：掌握齿轮传动的类型、原理及主要参数，了解齿轮传动的设计准则。T（技术）：学会3D One Plus建模软件、Cura切片软件的基本操作，熟练使用3D打印机。E（工程）：利用建模软件绘制不同类型的齿轮传动机构3D模型。A（艺术）：对制作好的实体模型进行颜色搭配、修改。M（数学）：设计出比例尺寸合适的齿轮传动机构。

第三，教学步骤设计（如表1所示）。

（三）课堂教学实施过程

1.课前部分

学生进行分组，教师将职业素养、劳动教育、劳模精神等思政要素融入本次教学。教师在“学习通平台”发布学习任务：一是观看3D One Plus的教学视频，复习巩固其基本操作方法，完成简单模型的绘制作业;二是学生接收“设计制作不同类型的齿轮传动机构”任务书，观看各类齿轮传动机构的传动示意图，借助互联网查询相关资料，构思本组齿轮传动机构的构建思路。此阶段采用线上教学模式，不仅能培养学生自主学习的习惯，还能帮助教师快速了解任务完成情况及软件使用的熟练程度，提升课堂教学效率。

2.课中部分

第一，搭建框架。教师首先点评线上模型绘制作业存在的问题，强调严谨的重要性，培养学生认真细致的工作态度。组织学生连线企业技师听取齿轮传动机构运行的原理，沟通、交流让学生明确本次设计任务的重要性、注意事项，借此引出本次课的学习任务及设计要求。同时教师通过PPT讲解齿轮传动设计标准，为学生的创造搭建框架。此环节要求学生具备相关科学及数学素养。

第二，设计模型。学生接受任务要求，整合知识点及课前设计思路，利用已具备的艺术知识、科学知识，小组讨论完成齿轮传动机构的草图设计及产品设计说明书。教师引导学生根据网上查阅资料及企业标准来选择材料，确保设计的产品符合使用要求。以小组为单位派代表展示草图作品，阐述设计思路，组内、师生间互相谈论，提出建议共同优化设计方案。此环节要求学生具备相关科学、工程、艺术素养。

第三，建构三维模型。各小组根据修改后的草图配以技术、工程知识，利用3D One Plus软件完成齿轮传动机构各零件模型的绘制并上传。在建模过程中教师应及时对学生遇到的问题给予针对性指导，个别不会的小组可参照“学习通”的绘制微课，利用微课所给的形状及齿轮参数进行建模，从而实现分层教学，提高学习效率。本次课的教学难点在于齿轮、蜗杆的参数设置及各齿轮之间的啮合，参数设置是否正确直接影响齿轮装配后整个机构的传动。学生可以通过装配仿真发现相应问题，重新设计模型尺寸和结构，完善设计方案。此环节要求学生具备科学、技术、工程、艺术、数学等综合素养。

第四，切片修缮、合作提升。学生将绘制好的各齿轮模型导入Cura切片软件进行切片设置，利用科学知识检测各齿轮模型的缺漏，培养学生精益求精的工匠精神。将切片后的打印程序导入3D打印机进行增料成形加工，检验成品是否达到预期设计效果，装配后的传动是否符合设计要求。如不符合要求应倒推出错环节，组内讨论解决方法，再修改再打印。此环节要求学生具备科学、技术、工程、数学等综合素养。

第五，评价、交流、总结。教师组织小组代表进行作品展示，分享作品设计初心、创新点以及遇到的问题、解决方案。教师分发考核评价表，组织学生进行自我评价、小组成员间互评、组与组之间互评。同时教师通过“学习通”汇总评价结果，结合过程、结果等进行多维度、客观地点评。教师就本次教学活动进行知识、技能、学生表现的概括及总结，及时发现创新点、指正不足，串联知识点，巩固学生学习成果。

3.课后部分

学生上传作品模型、实物及设计说明书，总结相关知识点及技能。教师根据教学效果布置分级任务及作业，要求评价得分少的学生重新观看微课，巩固所学知识;得分较高的学生进行课外拓展，如设计基于齿轮传動机构的实用小物（风扇、打蛋器等）。针对个体差异进行分层拓展最大限度地挖掘学生潜力，提升学生创造和创新能力。

（四）实施效果

本次课通过项目教学的形式充分融合STEAM教育理念，将机械基础、机械制图、三维仿真、数学、艺术等学科的知识及技能融入教学过程，学生不仅掌握了三维软件及打印技术等相关技能，还能结合生活实际及生产需求进行艺术与美学的优化处理，提高了自身的艺术修养。通过教学反馈我们还发现学生对3D打印课程的感兴趣程度远超其他学科，同时也希望其他学科也能进行STEAM课改。

三、结语

综上所述，融合STEAM教育理念开展3D打印项目教学活动，能够充分培养学生综合能力、知识灵活迁移应用能力、实践能力及创造、创新精神。STEAM项目活动为学生营造一种更为开放的学习环境，学生在“做”中主动完成了科学、技术、工程、艺术和数学等跨界知识的习得和内化，思维得以拓展，创新意识和能力明显提升[2];同时对教师又提出了更高的要求，教师只有不断储备和更新跨学科的知识与技能，才能更好地设计和实施STEAM教学[3]，提升课堂教学实践教学质量。

参考文献：

[1]叶艾仲，蒙友英.中高职衔接教育中职业素养课程的审视和探索——以会计和电子商务专业为例[J].教育教学论坛，2018（21）：235-237.

[2]程美.基于STEAM的高职3D打印课程设计[J].中国教育信息化，2020（8）：42-44.

[3]段唤春，贺玉婷.融合3D打印技术的STEAM教学探究——以“设计制作不同形状和结构的桥”为例[J].中小学数字化教学，2020（11）：69-72.

（责任编辑：董维）