中职3D打印技术及教学改革探究

宋国梁

[摘           要]  中职院校作为培养高素质技能型人才的重要场所，在科技飞速发展的今天，传统的教学模式已不能适应社会发展的需求，亟待改革。3D打印技术以其在教学应用中的诸多优势，正在被广泛的中职院校教学所重视。从3D打印技术的原理开始对这项技术进行剖析，分析3D打印技术在中职教学中的作用以及应用3D打印技术需要注意的一系列问题。

[关    键   词]  中职;3D打印技术;教学

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2019）06-0206-02

长久以来，中职院校的教学课程都是依据高等教育的教学内容而设定的，缺乏中职院校的独立特色，也没有认清中职院校与高等教育之间的本质区别。中职院校的教育对象和就业方向都与高等院校有着很大的不同。中职院校的学生大多基础知识薄弱，学习积极性欠缺，传统常规的教学方法很难激发他们的学习兴趣。随着社会经济的发展，社会和企业对技术型人才的需要越来越多，也更加强调毕业生的实际动手能力。面对市场多元化需求，中职院校办学应更加贴近企业实践。

3D打印技术的出现，不仅对工业技术的发展发挥着重要作用，对中职教育的改革也同样具有重要意义。

一、3D打印技术的原理

3D打印技术又称为“快速成型技术”，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，通过逐层打印方式来构造物体的技术。其通常是经过建模、分层、打印、后期处理这四个阶段来塑造一个可行的模型。

（一）三维建模

通过专业三维扫描仪或其他扫描设备获取三维数据，然后应用获得的三维数据生成三维模型。也可以通过一些三维建模软件创建三维数字化模型。总之，要通过电脑先制作出一个3D模型。

（二）切片处理

输入电脑的3D模型通过打印机设备的专业软件，将模型切分成一层层的薄片模型，然后在进行喷墨打印。具体来说，切片处理需要更加加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之精度越低，效率就越高。

（三）成品加工

根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品。

（四）后期处理

从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行烧结，进一步提高其强度。

二、3D打印技术在教学中应用的优势

（一）提高学生主动学习的积极性

应用3D打印技术可以将书本上的二维图形转化为三维立体实物，能够给学生更加直观清晰的认识。而且以3D打印模型的新颖性特点可以大幅激发学生的好奇心和学习兴趣，在教学中可以很好地发挥辅助教学作用。将3D打印技术引入课堂教学，一方面可以帮助学生将构想转化为实体模型，另一方面也可以帮助学生加深对所学知识的理解，激发学生的学习兴趣。

（二）培养学生的创新思维能力

3D打印技术为学生提供了将书本中的图形转化为实体模型的条件，学生可以自由发挥想象，尽情设计创新，结合书本知识和自己的理解，自由开展实物创作，体会将所学知识转化为实体的乐趣。在引进3D打印技术融入教学过程中，学生的创新思维能力可以得到很好的锻炼与提升。有了3D打印技术的辅助，学生可以将创新思维能力的培养贯穿于学习过程，为灵活运用所学知识创造出富含个性特色的实体作品创造有利条件。

（三）帮助教师探索新的教学方法

在3D打印技术引入教学之前，教师主要还是采用口述结合文字的形式开展教学活动，或者是借助多媒体设备辅助教学，增加教学活动的生动性。但是，对很多學科来说，这种见不到实物的课堂教学远没有结合实物进行教学的效果好。学生阅历有限，立体思维能力也不是非常好，因此，一旦涉及三维立体图形的理解问题，很多学生就会呈现吃力的现象。引入3D打印技术后，教师可采用全新体验式教学方法，将抽象难懂的图像转化为立体实物呈现给学生，学生可以通过观察触摸这些立体模型，加深对所学知识的理解和认识。这种将抽象内容具体化教学模式创新，将书本理论知识简单化、直观化，使学生更容易理解，从另一个角度大幅提升学生学习效率。

（四）有助于中职教育与市场需求的对接

随着3D打印技术的逐渐成熟，3D打印设备已在我国多个省市推广应用。中职教育的目的在于服务社会，为社会发展培养高素质劳动技术型人才。因此，面对3D打印技术为我国工业发展带来的巨大影响，在中职教育教学过程中引入3D打印技术，既有利于提高课堂教学效率，又可以让学生更早地接触我国制造业，更早了解现今社会的市场需求，从而有的放矢地提升专业素质，以利于更好胜任未来工作岗位。3D打印技术的引入为我国中职教育与市场需求的无缝对接打下了良好基础，也为创新型劳动技术人才的培养提供了助力。

三、3D打印技术在教学实践中应用的重点及注意事项

（一）认清我们3D打印技术在中职教育中应用的现状和出现的问题

从20世纪90年代形始，我国对3D打印技术的相关研究不断，这项技术逐步被大家所了解。如今，3D打印技术已经被不少中职院校引入教学活动，用于提升教学效率。甚至，有些中职院校专门开设了3D打印技术专业，以培养这方面的专业人才。目前，3D打印技术在职业教育领域正在逐步从实验阶段走向成熟，许多正确应用3D打印技术于教学活动的宝贵经验已在教育领域被多方借鉴，并取得了理想的成果，避免了由于不当使用而造成的资源浪费和时间耽搁。

就目前来看，在中职教育中正确使用3D打印技术，首先要做充足的相关实践调查，分析3D技术的实施环境和实施方法，其次要参考相应的文献资料，了解前人应用这项技术的优势和可能出现的问题，然后对以往职业教育引入3D打印技术的历史实例进行分析，发现其中阻碍3D打印技术在职业教育中持续深入应用的原因以及顺畅应用这项技术提升教学水平的宝贵经验，进而取其精华、去其糟粕才能达到理想的实践效果。

3D打印技术作为一种新型的教学辅助技术，虽然已被不少中职院校引入教学活动，但远没有达到普及的程度。目前，对3D打印技术的研究成果多停留在高等教育领域。从高等教育到中职教育的应用，不论是因为教学条件的限制还是学生接受能力的制约，这项教育改革的实施必定有一个艰苦的探索期。就现阶段中职教师对3D打印技术的认识来看，大致可以分为三种情况：一是认识不足，不能在教学中充分发挥3D打印技术的优势;二是认识片面，无法正确应用3D打印技术;三是虽有一定了解，但无法将职业教育的根本与3D打印技术紧密联系起来，导致大量教育资源的浪费。

在职业教育中应用3D打印技术的目的在于提高教学效率，为社会经济的发展培养高素质人才。因此，在应用3D打印技术之前，必须做好相应的实践研究，总结正确使用这项技术的规律，在实施过程中应用科学方法对那些前人经验得来的规律加以验证，进而得出适合自身发展的可行性方案。只有这样，才能算是正确应用3D打印技术服务于职业教育，才能在人才培养方面收到满意的结果。

（二）进行宏观规划分层普及3D打印技术，避免资源浪费

我国中职教师由于年龄、专业、地域等多方面原因，个人素质参差不齐。在推荐3D打印技术辅助教学时，不能用统一的标准进行评定，需要分层次逐步普及推广。

首先，可以根据地域进行分层。由于内地的制造业没有沿海地区发达，对3D打印技术的应用也相应地涉及不多。而沿海地区激光快速成型技术已较成熟，应用3D打印技术的机会也比较多。因此，根据地域分层，一方面可以顾忌到当地制造业与3D打印技术的融合程度，提升3D打印技术的使用效果，另一方面也可以顾忌到区域差异，便于实施与当地相适应的应用方案，保证3D打印技术的顺利推行。

其次，可以根据专业进行分层。不同的专业对3D打印技术的教学辅助需求也是不同的。对与传统制造业相关的专业，用3D打印技术作为课堂教学辅助就可以了。而对与智能制造产业相关的专业，就要求学生必须熟练掌握3D打印技术，并对其有深入的了解和研究。相应的对专业教师的要求也要提高，这个专业的教师相比与其他专业的教师对3D打印技术需要有更加深入的研究和认识。目前，我国正处于传统制造业向智能制造业转型的阶段，由此而产生的一些新兴专业对3D打印技术的需要更高，这也就要求对应的专业教师必须具备更高的专业素质。因此，根据专业分层是正确应用3D打印技术必须注意的问题。

最后，根据教师素质进行分层。教师作为知识的传播者，在职业教育中扮演着重要角色。教师对3D打印技术认识不足，必然严重影响到3D打印技术应用的教学效果，不但不能充分发挥3D打印技术的优势，还很可能造成大量教学资源的浪费。

（三）整合资源降低3D打印技术使用门槛

目前，我国3D打印技术的核心力量仍主要集中在各高等院校的研发机构，而将高等院校的科研与职业教育領域的应用对接问题还不是很完善，无法做到良好互动。因此，如何实现高等教育与职业教育的双赢发展，已成为3D打印技术良好实施需要重视的一项难点问题。职业教育所需的3D打印技术应用还需要高等院校科研机构的配合与支持，才能取得更好的教学效果。

此外，3D打印技术从研发到商业应用的转换环节是掌握在制造业企业的手中。目前，职业教育与企业需求之间人存在着一些问题，很难实现真正的无缝对接。因此，职业教育在引入3D打印技术时必须先做大量市场调查，尽可能充分了解企业和市场的真实人才需求，从而有的放矢地普及3D打印教学，让其更好地服务于人才培养。

3D打印技术的学习与应用涉及方方面面的利益，只有在实现多方利益共赢的基础上，整合教育资源，合理应用3D打印技术，才能在职业教育中真正发挥3D打印技术的多项优势。

四、结语

3D打印技术是一项新兴技术。在职业教育领域开展3D打印技术的学习与应用活动，探索新时期社会经济发展对职业教育的真正需求，分析在教学中正确应用3D打印技术的方法和规律，最终为职业教育的现代化发展提供强有力的技术支持。

参考文献：

王永淇，孙佳.3D打印技术及其在职业教育领域的应用[J].辽宁农业职业技术学院学报，2017，19（6）：62-64.

◎编辑 武生智