新时代下3D打印课程的教学思考与优化策略探析

陈方婧

摘 要：2019年两会政府工作报告中指出今年要对高职院校实施人数为100万的扩招，鼓励更多应届高中毕业生、退役军人、下岗职工等人员报考，这意味着职业教育正进入大发展的春天，同时也将面临着新的机遇与挑战。在互联网和新科技大发展的背景下，3D打印也成为家喻户晓的技术，3D打印课程如何在满足普通高职在校生教育需求的同时，也能兼顾其公益教育的职责，为社会大众提供公益培训，将教育资源汇聚于互联网平台，实现产教研融合，这些问题也值得思考与探究。

关键词：3D打印;高职教育;课程设计

注：本文系校级课题项目“高职教育中基于3D打印技术的教学实践与研究”（q2018010）研究成果。

一、新形式下职业教育的机遇与挑战

2019年3月5日，李克强总理在两会政府工作报告中提出，高职院校扩招100万人，让更多青年凭借一技之长实现人生价值。2018年两会期间，完善职业教育和培训体系，深化产教融合、校企合作被写入十九大報告。我国经济体制改革的深化，全球化，以及“互联网+”技术、生命科学技术的兴起，无不对职业教育提出新要求。国家产业结构要转型升级，也需要职业教育做好相应准备，发挥积极作用。这样的新形势、新政策意味着职业教育进入黄金时代。

高职教育的根本目的是培养“应用型”人才，所以应当以就业为导向，从市场需求入手，培养新型应用操作型人才。首先，高等职业院校提供一个开放的汇聚资源的共享平台，提高资源的利用率，补齐资源缺口，完善知识的连贯性、系统性、科学性。为校内学生、教育工作者、企业人员、社会人员提供一个可供个性化学习的平台。其次是提供两个方面的系统设计，高职教育既要系统培养学生的，实际操作能力，以满足岗位需求，又要科学系统地传授学生基础理论知识，夯实基础，强调基础课程的重要性、系统性、科学性。在学生完成职业教育后发给学生毕业证与职业资格证书，为学生未来的就业及深造铺路搭桥，让学生能根据自身需求、行业形势、国家政策进行未来职业生涯的规划与调整。最后高职院校也应当完成其社会公益的职责，搭建一个社会培训基地，响应终生学习的号召，培养培训社会人才，将实时更新的知识与技术传授给更多人。

二、正确认识3D打印

（一）3D打印技术的真实情况：互补、个性化、不稳定

3D打印技术在我们现在听来并不陌生，3D打印技术的学名是“增材制造技术”，这项技术起源于20世纪80年代的美国，在中国也发展多年。此项技术是将材料用融聚成型的方式进行堆叠，从而将电脑中的三维模型转化成三维实物。我们可以用一种更便于理解的方式来介绍3D打印技术，即这项技术就像陶艺制作中的盘条塑造，要将材料一层层叠加在一起，形成立体形状。或者像盖房子时候一层层砌起砖瓦，最终形成一个完整的空间。3D打印所用的材料有塑料、陶瓷、水泥、金属粉末等，因其快速成型，可小批量生产的优势，在模型制作验证阶段有较大潜力。但在一系列设计、生产、验证过程中，它的不足也暴露出来。3D打印技术确实适用于个性化、复杂化模型的验证工作，快速成型的技术既节省材料，又可降低研制周期，故而被大量推崇。但让3D打印的产品去取代传统制造业的产品，还为时过早。现阶段3D打印是传统制造业的补充，由于其强度、精度、致密度等问题并不能替代传统制造业制造的工业级产品。3D打印技术确实能解决个性化定制，复杂化设计的需求，满足高难度小批量的生产需求，在市场上还是占有不可替代的地位。但3D打印的材料还有待继续开发，打印机的稳定性问题也有待解决。所以即便3D打印产业正成为投资热点，成为新的经济增长点，但其发展所面临的问题也是不可回避，不容忽视的。对待3D打印技术，我们要有正确的认识，不能过分夸大，也要认清其意义，从而在我们的实际教学中，将正确的认知传递教授给学生，将3D打印的优势用于教学。

（二）3D打印课程在教学中的运用

3D打印课程在教学中的运用：自制教具，验证思路，培养动手能力，实训规范，职业素养，增强教学连贯性。为了应对新时代背景下的新机遇与挑战，教育部出台了大力倡导3D教育的文件，3D教育专家委员会也积极响应《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》精神，积极贯彻实施相关条例，力求营造良好的3D教育学术氛围，3D打印高职教育课程在整个产品艺术设计专业的人才培养计划中占有重要的作用，我们将3D打印技术运用于教学时，其工具性价值体现在以下几个方面：

1.自制教具

读万卷书，行万里路。很多时候读万卷书，看到的是书本上的二维、抽象文字，远不如行万里路时，我们所感受到的三维、立体形态带给我们的感觉震撼，印象深刻。相较于传统的灌输式教育，我们更加提倡互动体验式教育。在实际教学工作中，我们可以带领同学们将抽象的概念、结构具象化，运用三维软件进行处理，运用3D打印技术进行打印，将抽象的二维构建成具体的可360度观察的三维教具，让学生们全程参与，更加深刻地体悟这一教学过程，互动参与更多，体验感受更直观，教学效果更好。

2.验证设计思路

作为产品艺术设计专业的一名年轻教师，笔者常常需要引导学生拓展设计思路，确定设计方案，并且通过产品实物样品去验证设计思路。不同于传统模型制造技术，3D打印技术能将设计方案通过三维模型制作和切片工具处理后，快速成型，使我们能快速拿到设计实物，通过视觉、触觉等多种验证方式，对设计产品进行检验与修改。相较于传统模型制作，3D打印出的模型更加节省材料，因为传统方式制作模型，都是在一块大的材料上进行削切加工，从而获得产品，而3D打印技术是将融入的材料进行堆砌，而少有材料的浪费跟损失。相较于传统模型制作的复杂工艺来说，3D打印技术操作更简单，周期较短，能更快地拿到模型产品，从而缩短设计验证的时间。在整个教学或科研的过程中，能在较短时间内完成设计思路的多次验证，从而提高效率，强化教学效果。

3.培养学生动手能力、实训规范、职业素养

职业教育强调学生的技术能力，要培养应用型人才，所以教师在实际教学过程中要引导学生积极主动参与，通过课程设计的流程，培养学生的动手实践操作能力。3D打印课程的综合性很强，既有理论的部分又有实践的部分，需要教师引导学生掌握这两个部分知识的同时，将两个体系联系起来，通过思维的拓展，概念的建立，草图的绘制，方案的选定，三维软件建模，切片软件处理，3D打印设备打印，这一系列设计制作流程，培养学生的动手能力、应变能力、团队合作能力。并且在教学生3D打印课程所需要的一系列操作的同时，要遵守实训室操作规范，注重机器的使用与维护，注重实训室安全问题，注意职业素养的培养。在整个3D打印课程中培养学生的综合职业素养，增强学生的实践动手能力，为学生以后的就业打下扎实的基础。

4.教学系统的连贯性、科学性

3D打印课程在产品艺术设计专业人才培养方案中占有重要位置，为了培养服务于轻工、电子产品、小商品制造等行业，德智体美全面发展，适应产品设计单位第一线的设计工作需要，具有良好的创新精神、创业意识、职业道德和敬业精神，具备产品外观的创新设计能力，并可从事工业及日用产品造型开发设计工作及相关部门管理工作的高素质技术技能型人才。3D打印课程在整个人才培养课程体系中占有核心课程的位置，是为了提高学生产品形态造型创意的能力，提高学生三维模型综合创作的能力，了解产品设计的流程与3D打印机器的操作与维护，而开设的综合性课程。这门课程能将人才培养前期进行的基础理论知识内容，与软件实际操作的内容结合起来，并且运用项目式教学的方式，遵循实题跟做，培养一题多做的思维习惯。将3D打印课程设置于高职学生第二学期的课程里，起到承上启下的作用，从而使得整个教学系统更具连贯性、科学性。

三、优化3D打印课程整体设计

（一）课程预期目的

希望通过3D打印课程的学习，学生可以掌握3D打印相关的理论知识，具备实际操作的能力。3D打印课程的内容包括了解3D打印技术的应用背景与现状，掌握现有3D打印材料的种类、特性及应用范围，能熟练安装、调试、操作、维护3D打印设备。并且能够将以往学习到的设计理论知识、三维建模知识与3D打印课程相结合，通过团队合作、项目式教学，发散思维，举一反三，通过教师引导，同学互助，自主学习，自主实践的方式完成课程任务。

在整个3D打印课程教学过程中，培养学生的综合职业素养、协作创新能力、独立思考能力、安全意识、时间管理意识。为了达到更好的3D打印课堂教学效果，在教学内容、形式、手段上下功夫。

（二）课程设计：培养动手能力，传授基本理论知识

填鸭式教学已然跟不上时代的步伐，满堂灌式的教学，只会让学生被动吸收知识，学生缺乏主观能动性，学习效果欠佳。传统的教学模式是教师在课堂上教授，讲完理论知识与完成示范后，课程也就结束了。学生可能满怀疑问地在课下完成作业和练习，教学效果欠佳。应当在课程设计里使用翻转课堂教学模式，让学生们课前预习，带着问题去上课，课堂上教师答疑解惑，个性化辅导，课后进行大量练习与拓展。

（三）教学方法：项目制，实题跟做，一题多做

教学中我们以项目制教学贯穿始终，要求设计一款文具类文创产品，能够融入中国传统元素或湖北本地文化元素，如编钟、东湖、珞珈山、武大、黄鹤楼等本土文化元素。将有相似想法跟设计偏好的学生进行分组，教师运用讲授法、头脑风暴法、研讨法进行教学引导。用信息化手段进行演示，边与学生互动讨论，边进行板书，将迸发的灵感跟设计亮点记录下来。通过多个实际案例的分享与讲解加深学生对课程知识点的认识，布置资料收集与整理的作业，让学生更投入地参与课堂，自主思考。整个教学过程中教师是引导者，学生是课堂主体，学生多参与课程讨论，发挥他们的创造力跟想象力，教师也会根据学生的课堂反馈来及时调整授课进度，拓展知识点。

（四）项目授课过程：线上线下教学，与学生社团互动

2018年下半年，创意思维表达与3D打印实现的精品课程制作完成，在之后的3D打印课程中都将设置线上线下课程互动教学环节。虽然职业教育培养的是应用型人才，但基础理论知识也是教育教學的重点，传授理论知识，夯实基础，与培养动手操作能力，可说是并轨同行的两条线，要将两者结合起来，建立显性课堂与隐性课堂，将教育延续到第二课堂、第三课堂，并且我们3D打印课程还设置了拓展知识点，与学生社团文创产品设计制作社开展活动，将课堂上没时间完成的设计创意延续到第三课堂。该学生社团的成员不局限于产品艺术设计专业的学生，这样我们的拓展课堂也能集百家所长，集思广益，将其他专业有其他特长的学生的想法纳入进来，完善设计方案，到达更好的教育教学效果。并且实训室也能提供3D打印机器设备及耗材，让学生能在课余时间里也能动手动脑，实现延展课程的探究内容。

（五）依托社会实践，提供志愿服务：公益培训

高等教育院校的社会职责之一是提供公益培训，孵化新的科技成果，将教育资源进行共享。随着2019年两会关于职业教育扩招政策的出台，越来越多的人接受高等教育，全民学习、终生学习的氛围浓厚，大众学习的势头正盛。高职院校也将响应国家政策，遵循客观规律，进一步扩大教育影响力。因此，我们将3D打印课程引入湖北省武汉市汤湖图书馆，为馆内的小读者们进行了公益培训，通过有趣的故事或游戏引入课程，运用简单易于操作的三维软件教授小朋友三维模型的知识，并将小朋友们的作品择优挑选，进行3D打印，将教育的成果展示出来，与大众共享教育资源，展示教学成果，扩大社会影响力。

四、结语

笔者在过去一年半的3D打印课程教学探索与实践活动中开展了两次教学活动，一次公益培训活动，举办3D打印课程展。在不断解读高职教育政策，不断学习3D打印技术的同时，将理论知识与自己的思考与总结运用到课程教学中去，运用多媒体技术，运用翻转课堂、第二课堂、第三课堂的方式将教授知识延伸和渗透到学生的学习生活中去，培养具备综合能力，满足岗位能力需求的3D打印技术人才。

这门课程的探索与教学实践工作会持续下去，即便现在有所成果，但也存在着一些不足，及有待改进处。比如教学成果的丰富化不足，现在的教学成果仅仅是以项目制的方式促使学生完成一件设计作品，并且打印出来。而未来的教学工作，希望这件3D打印的作品可以将科技成果转化，可以申请外观设计专利，可以将项目化、成果化的转化进行得更充分、更彻底。

3D打印课程还是一门跨专业，多元化，具备包容性的课程，在未来的教学工作中笔者希望将这门课程作为一门拓展课程，纳入到其他专业的实训课程中，讲授技术，并期待跨专业的同学能结合自身所长，将自身专业特点与3D打印技术结合，迸发新的火花。

参考文献：

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作者单位：

武汉交通职业学院艺术学院