紧跟前沿科技 创新实践教学

李霞+李芳

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.136

摘 要：实践教学体系已经成为现代高校教育的核心。在某种意义上，高校教育的实践教学体系直接决定了高校教育的特征，而且决定了高校教育人才培养目标的实现。针对如何在实践教学中创新，本文以工业设计专业开设的《逆向工程技术》课程为依托，结合工业设计专业学生的就业方向，着重介绍了3D打印技术在工业逆向工程实践教学过程中发挥的强大指导性作用。

关键词：实践教学 逆向工程 3D打印

中图分类号：G423.07 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（a）-0136-03

Abstract： The practical teaching system has been the core of modern higher vocational education. In a sense， the practical teaching system of higher vocational education directlydecides the characteristics of it， and decides the realization of the goal of talent cultivation for higher vocational education. Aiming at how to innovate in the teaching practice， based on the "reverse engineering" course which was opened by mold design and manufacturing profession， and combined with the employment direction of students for this profession， this paper emphatically introduces the strong guiding role played for 3D printing technology in mold reverse engineering during the practice teaching process

Key Words： Practical teaching； Reverse engineering； 3D printing

在科学技术日新月异的今天，各大企业的现代化发展水平不断提升，科技型的企业日益增多，高等职业技术人才自然成为了一大批技术含量和智能化水平比较高的岗位的“香饽饽”。因此，对于高职教育者来说，把实践教学大规模地引入课堂，将成为一种教学改革的必然趋势。

1 高职教育实践教学的重要性

高职教育的专业人才培养计划是以岗位群或以某一技术领域为导向而制定的。结合北京现代职业技术学院模具设计与制造专业毕业生主要面向企业从事模具设计和制造相关工作。其主要业务范围有：从事金属板料、塑料等制件的成形工艺规程编制；从事模具的设计和制造；从事逆向工程设计及快速成型制造等，因此本专业培养的学生应具有较强的岗位适应能力和实践操作能力。而现今科技领域的新技术不断涌现并且更新速度较快，实践教学更需要及时追踪高新技术的发展，实训的设备应领先或至少相同于实际使用的水平，而且教学内容也要跟上社会发展和反映经济科学技术的最新动态[1]。

2 《逆向工程技术》课程与先进的3D打印技术

为了让学生适应产品开发和结构创新的节奏，在激励的竞争中立于不败之地，本专业开设了《逆向工程技术》课程作为专业选修课程。在产品结构需要改进，而原有的技术文件或数据丢失的情况下，便可运用逆向工程对现有产品进行拆卸分离—三维扫描—数据处理—结构改进—产品样件加工、装配、测试评估等—模具设计与加工—量产[2]。

目前，对高职学生而言，与逆向工程技术相关的就業岗位主要有逆向工程师和快速成型设计工程师，以及从事三维扫描和各种新材料研发的科技人员。其中，快速成型设计师的岗位要求为：有快速成型相关技术的理论和实践基础，了解各种快速成型方法，完成快速成型作业，掌握技术发展方向，开展创新型应用。

随着逆向工程在产品设计中的应用得到了快速发展，与之相协调的快速成型技术也在不断更新。3D打印技术作为第三次工业革命的标志，正逐渐渗透到产品设计的各个环节，特别是对逆向工程产品的需求更为强烈。

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统以及其他领域都有所应用。

3 3D打印技术在实践教学中的应用

3.1 引进先进的教学设备

为配合《逆向工程技术》课程需求，培养学生快速成型制造技术，北京城市学院引进了由苏州中瑞科技有限公司提供的SL300光固化3D打印机，如图1所示。其主要使用液体光敏聚合物氦镉（HeCd）材料，通过激光束打在旋转的镜子上，光线直接投射在表面上，使材料层层固化而成型，其成型原理如图2所示。

之所以选择SL300光固化3D打印机应用于模具设计与制造专业，正是看中了这种光敏树脂选择性固化快速成型技术适合于制作外形或内部结构复杂的中小型工件，能直接得到树脂或类似工程塑料的产品，且表面质量较好，成型精度较高。学生可通过其设计加工一些适合机械生产的相互配合较好的机械零部件，如相互啮合的齿轮传动系统、凸轮系统，以及链传动系统等。endprint

3.2 实践教学效果

高等职业教育发展到今天，教学方法一直在不断地发生改革，比如德国的双元制、理实一体化、项目化教学、任务单驱动法等。但不管是哪一种教学方法，都离不开“实践”二字，否则就是纯粹的理论教学。实践学习的环节对于我们的学生来说，能够更好地理解相关的知识和进入职业角色[4]。

把3D打印机引入设计加工类课堂，学生可以把自己的创意以实物的形式展示出来，而且对于一些理论性较强的课程，教师可利用3D打印技术将其用模型的方式展示给学生，这些相对枯燥无聊的理论填鸭式教育，更激发了学生学习的动力。

3.2.1 方便打造教学模具

随着3D打印的成本越来越低，在教育领域运用3D打印打造教学模具进行教学，渐渐地逆袭着传统的制造业。在教学初期，结合模具专业《机械设计基础》课程，学生已经可以制作一些简单的齿轮啮合的基本教具。如图3所示为学生用3D打印机制作的产品。

3D打印最大的特点就是只要你拥有三维数据和设计图，你便可以打造出你想要的模型，生产周期短，不用大规模的批量生产，可以节约一定的成本。如本校电气控制专业的自动化生产线，由于学校购置一整套生产线成本较高，教师在教学时通常采用集体观看视频或是图片的方法，学生很难触摸到自动化生产线检测与维修的各部件，直观感觉较差，但是通过3D打印加工一整套生产线部件，学生可以反复练习操作，真实地去观察体会，极大地提高了教学质量。因此利用3D打印丰富教学内容，将一些平时耗成本较高的实验器材搬到课堂中，使得教学如虎添翼，扩大教学资源平台，从而达到很好的教学效果。如图4所示为学生在实训车间学习操作3D打印机。

3.2.2 改善教学方法

3D打印改善了教师的教学方法，把一些抽象的东西打印出来，进行讨论，激发学生无限的想象。教师根据自己的实验内容调节自己的授课方法，把3D打印物品结合到讲课内容中。通过对模型的讲解，了解到学生对哪些问题不懂，从讲台前走到学生中间，帮助学生解决学习中的困难，让学生成为生活中的主体、教学活动的中心以及教师关注的重点。

3.2.3 激发学生兴趣

“人的认识不是外界刺激直接给予的，而是外界刺激与人的内部心理过程相互作用产生的，发挥学生的积极性、主动性，才能获得有效的认知，这种主动参与性为学生的主动性、积极性的发挥创造了良好的条件，即能真正实现学生的认知主体[5]。”通过3D打印模型的刺激，以及学生的内心加工，迸发出自己的想法，提高学生的创造力。3D打印运用到教学上，还可以激发学生的好奇心，提高学生的设计能力、动手能力，激发学生的兴趣，使得课堂主动、具体、富于感染力。

通过课堂评价调查问卷显示，自从引入3D打印机进行教学之后，模具专业的学生对《逆向工程技术》课程的兴趣程度提高了50%左右，这些数据都有力地证明了3D打印技术对课程整体效果的提升。

4 结语

将3D打印技术引入《逆向工程技术》课堂，不仅促进学生获取更多学科知识，还加强了学生对多领域的融合，拓展了学生的想象空间，提升了学生的設计能力，增强了学生的设计严谨性，更增加促进了学生的就业。但3D打印技术作为新兴产业，还存在着一些社会争议的问题，如产品的不可回收利用性，成本较高以及其在加工过程中塑料随着高温和激光融化的时候，所产生的巨大能耗问题，这也成为了限制其快速发展的制约性因素，还有待于进一步开发利用。

参考文献

[1] 毕延刚.3D打印对高等院校工业设计专业教学的影响[A].中国机械工程学会工业设计分会，辽宁省机械工程学会.2013国际工业设计研讨会暨第十八届全国工业设计学术年会论文集[C].2013：4.

[2] 李建雯.3D打印在教育领域的应用前景[N].山西青年报，2013-11-10（006）.

[3] 童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013（12）：16-19.

[4] 王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012（26）：3-5.

[5] 王伟伟.3D打印技术在中职教育改革背景下的应用[J].中学时代，2013（22）：22.

[6] 宋小辉，黄键，叶东.逆向工程技术课程教学体系建设[J].广西教育，2012（31）：137-138.

[7] 霍跃红.高职教育实践教学条件建设问题研究[D].天津大学，2004.endprint