3D打印在高职教学设计中的应用探究

李升 颜志勇 李思思 向国平

摘 要：个性化的大规模生产制造借助于3D打印技术发展而成为可能，这就带来了全球制造业重大变革，高职教育中引进3D打印是适应新形势下高职教育的必然要求，教学中融合3D打印技术，在教学实践中，把3D打印与教学设计结合起来，提高高职学生的科技素养具有重要意义。

关键词：3D打印；教学设计；高职

3D打印技术，实际上是利用增材快速成型系统，简易的建模及切片软件，打印实体的三维过程，把书本中的二维信息转化成三维实体，并可根据教学内容的要求，设计个性化教学模型，使得学生获得了一种新的体验式学习方式，3D打印技术引进校园、引进课堂，既拓宽了学生的逻辑思维，又很大地调动学生的专业兴趣[ 1 ]。

基于“设计即生产”的设计理念，通过3D打印技术让高职学生在知识学习的过程中深度体验，以来提高高职学生的创造性思维及跨学科思维，在此过程中也锻炼了高职学生的动手能力。

学建筑专业的学生可以利用3D打印机打印出模型[ 2 ]，生物专业的学生可以打印出来一些重要的器官或者组织，便于学习或者讨论，化学系的学生可以打印分子或者原子模型，以便于更好的理解分子或者原子结构，天文学的学生可以打印出小行星的微缩模型，并通过动手实践来探索小行星规律，甚至营销专业的学生可以打印出营销模型，便于进行营销实训。

3D打印使得设计技术尽显巧思，把抽象的设计转化成具体是实物，课后高职学生的学习兴趣高涨、综合素质提高、创新思维活跃，这正是素质教育的重要内容，但是，鉴于3D软件利用水平及3D设备操作能力，着手去策划这一系列的教育活动，能带来的不仅是对3D打印技术的了解和学习，或许能改变我国传统的教育模式，加快素质教育改革的步伐。

2015年，北美麻省理工学院机械工程系学生利用 3D 打印机制作模型实物，把抽象的创新思维转化为具体的实物，加快项目研发进程，普及了科研与创新活动，更开拓了一种自主创业方式；重庆邮电大学大力引进3D打印教师，山东圣天通用航空研究发展中心3D打印航空模型、华中科技大学、清华大学、宁波职业技术学院、深圳职业技术学院等将3D打印技术应用于教育中，并具体地概括或研究了3D打印在教育领域的应用及已经取得的成果[ 3 ]。

在教育改革更加注重学生自主学习及自主探究的素质教育过程中，3D打印在这一理念在教育教学中的贯穿实施，将会起到事半功倍的作用。高职学生利用3D打印可以创新创意未来，在北美的莱姆斯通职业技术中心，高职学生进行设计和建模，学生使用3D打印机的熟练程度比较高，高职学生可以方便地打印模型并进行一些相关的研讨活动；台湾云林县数学老师陈宗义利用3D打印制作的教具，将难解的数学模型三维实体化，几十元的打印实体教材给课堂上的学生创造了惊喜与收获，极大促进了学生的理论知识的理解能力，克服了教学难点的讲解问题。

在《机械设计基础》课程教学中，利用自行设计制造的3D打印机打印的的雪花、斜齿轮等物品极易吸引学生的注意力，根据实际教学需求进行打印等设计创意设计，不仅展示了现代科技的无穷魅力，也增加了学生对创造性设计、制作3D打印机的渴望：根据需要把3D打印机传动链由带轮传动改为滚珠丝杆传动，加强了高职学生对《机械设计基础》课程知识点的理解深度，在3D打印机主控电路板上扩展限位器模块，加深了电工电子类课程的理解程度，高职学生不仅在3D打印模型中夯实专业技能，在制作3D打印机技术上，也充分学习光、电、材料、自动控制、数据、软件等学科，在个性化的创新活动中夯实了专业技术和技能。

教师学习和研究3D打印技术并将其运用在通用技术课程的教学中的理念本身就是一种创新，在公共课中，授课教师利用3D技术进行教学是一种教学方式的创新，利用三维设计和3D打印技术激发学生的学习兴趣帮助学生掌握关键知识点是一种新的学习方式，但是，教师完成完成3D打印技术和教学设计的结合需要三个阶段：

第一阶段：研究和学习3D打印理论，并访问相关3D打印论坛，学习一些基础的3D理论；

第二阶段：对教材知识点进行必要的归纳，整理出能够支持3D打印的重点内容和讲解的重点、难点；

第三阶段：以3D打印案例的形式，编写相关的教学设计、课程标准及授课计划，以案例的形式，进行成果总结。

3D打印教学可以克服枯燥无味的课堂教学，打印过程可视化，操作过程并不是很复杂，具有很强的诱惑力，在教学设计中，适当地进行3D打印可感触的三维模型，在触觉学习中，通过3D打印式进行教学，不仅克服了学生上课听不进去的现象，还以强有力的视觉效果让学生感觉课堂生动形象，在这样的真实环境中，体验式学习知识，让学生牢牢的把握住知識点，很难遗忘，学校开设集设计和3D打印于一体的“边学边做”的课程[ 4 ]，把课堂的许多抽象概念，比如机械设计类课程中的变位齿轮、基圆、渐开线等打印出来，变成有趣有味的课程，3D打印机将激发新一代高职学生投身化学、物理、设计、工程类专业中，从而加快高职学生向职业化的设计师、工程师转变，继而促进了高职学校培养方式的转变。高职学生可以在电脑面前完成设计，然后通过3D打印机完成制作，让虚拟世界的创作与现实世界的制作实现无缝连接。随着3D打印技术的发展，进入侧重于职业能力培养的高职教育中将是趋势所在。

参考文献：

[1] 方月娥，肖雄亮.3D打印技术对高职教育的影响研究[J].新课程学习，2014（4）.

[2] 王子明，刘玮.3D打印技术及其在建筑领域中的应用[J].混凝土建筑，2015（1）.

[3] 刘翠，胡小强，蒋逸皇.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014（6）.

[4] 牛一帆.3D打印在教学中的应用研究[J].塑料包装，2015（1）.

作者简介：李升（1986-），男，汉族，山东临沂人，研究生，助教，毕业于湖南大学，就职于湖南机电职业技术学院，研究方向：3D打印技术。