增材制造技术在技工院校的教学设计应用初探

钮琪

摘要：增材制造技术作为新兴的专业门类，近年来得到了广泛的关注。不但在2020年全国乃至世界技能大赛成为新的比赛项目，更是在全国的技工院校引起了一阵学习“3D打印”技术和增开相关专业的热潮。本文主要介绍了教师基于快速成型技术对增材制造在技工院校实际教学设计中的实践应用进行的初步的探索，并对重要的具有创新性的教学环节作以说明。

关键词：增材制造;技工院校;快速成型;教学设计

一、项目教学法的合理引入

在传统的教学模式中，学生处于被动的学习状态，接受抽象的理论知识， 教学的效果很难达到预期。而项目教学法的实施过程中充分体现了教学以学生为 主体，教师为主导的现代教育理念，既能发挥教师的主导作用，又体现了学生 的主体作用，充分体现职业教育“以能力为本位”的价值取向。因此将项目教学 法应用到技工院校《机械制造技术》课程中，可以激发学生的学习兴趣，提高课堂的学习效率，培养学生的综合能力，这样就可以扭转传统教学方式无法实现“理实一体化”的窘境。因此，对于本文研究的例课——“数控车床尾座零件加工（快速成型技术）”，主要采用项目教学法进行整体的教学设计。

二、项目教学的思路与内容分析

在“数控车床尾座零件加工（快速成型技术）”实训项目中，我们创新性地设计了项目准备、 拟定方案、决策实施、评价反馈和能力拓展（知识迁移）这五个环节，旨在提高学生理论认识水平、提高实践操作能力和独立解决问题的能力并强化责任意识;旨在强化学生的专业知识，发展专业相关综合能力;旨在提高学生团队工作意识， 增强学生“实战”经验，为将来进入企业工作打下坚实的理论与实践基础并做好 相应的有针对性的能力储备，以服务于“做中教、做中学”的教育核心理念。

特别是对于数控专业的学生，快速成型技术这一新兴技术具有很高的学习价值。在学习成型工艺的基础上，基于技工院校专业课当中学生动手实践的兴趣点，将数控车床尾座零件加工（快速成型技术）选定为本次项目的理实一体化实训课程项目内容，可以提高学生的专业能力、社会能力和方法能力。

由上述分析可知，增材制造技术作为一个较高层级的新兴专业发展门类，具体到实践当中的教学设计上可以根据具体的课程和学生特点进行合理性地编排。

而在教法和学法的探究上，现代教育理论强调师生互动教学方式，注意师生交流，最能提高学生学习积极性，收益最大。因此教学设计的核心思路是以教师为主导、学生为主体，适时地应用多媒体手段辅助教学，促使学生动脑想、多交流、勤钻研、善提炼，使学生的学习过程和认识过程成为统一的整体。本课题研究所采用的具体教法学法列举如下：

1.直观演示法

展示各种3D打印机与零件，进行示范性实验;辅助使用微课、动画等信息化手段，使学生快速习得软件与3D打印机的操作步骤。

2.实习作业法

学生在教师的组织和指导下，从事快速成型项目教学的实际工作，借以掌握一定的机械专业技能和有关的直接知识，验证间接知识。

3.自主學习法和探究学习法

学生在学习中采用自主学习与探究学习结合的形式，在教育信息化环境下的教学设计中，注重对自主学习策略的渗透，促进学生主动完成学习任务。

三、教学过程的信息化设计

为了模拟真实情境以对增材制造技术在实际教学当中进行较好地呈现，此处设计了一个模拟情境，假设学校实习车间的车床尾座零件发生损坏，引导学生完成该零件的模拟加工。具体的设计过程简述如下：

1.情境导入

学校车床部分车床尾座零件发生损坏，要求学生根据实际情景完成基于FDM技术的车床尾座零件模拟加工。根据课前导学内容，以翻转课堂等新型教学模式为载体，鼓励学生自主探究Creo 3.0 软件旋转命令的基本操作，教师加以指导。

2.讲述STL数据转换方法步骤

对分层切片和加入支撑进行合理选择;运用3D打印机进行逐层熔融沉积制造的具体操作。

3.方案优化与任务实施准备

以小组为单位进行现场操作。

4.课堂评价

应用了交互式测试，通过课堂派手机端在线提交评价，系统自动分析成绩，并录入学生学期考核，实现过程性评价。

四、评价方式的多元化、动态化设计

本文的研究的课题主要突出了过程性评价方式，更加强调除了专业能力以外的人文素养的养成，可以培养学生独立解决问题的实践能力，增强学生合作意识和竞争意识。

同时，依托项目教学法的先进教学评价模式，在项目工程中学生需按规定完成个人项目评价工作页和小组项目评价工作页;在评价工程中注重评价因素的多元化与评价因子的系统化以提升教学效果，形成“三位一体”的线上项目教学评价机制。

在检测过程中，依据与企业联合制定的数控车床尾座零件快速成型检测页，首先运用传统的尺规量具进行检测。除了打印机参数设定和绘图失误引起的打印失败以外，我们发现快速成型技术对零件的尺寸精度有很好的保证。随后教师对零件完成度较好的一组采用Geomagic Control软件进行打印零件与原零件的逆向建模比对。在引领学生了解前沿知识，拉近与企业生产实际的距离的同时，也为后续逆向工程相关教学内容设下坚实的铺垫。

五、结语

作为当下发展呈上升态势的新兴学科门类，增材制造在技工院校的教学实践并无多少经验可循。因此，本次“数控车床尾座零件加工（快速成型技术）”课题的教学设计是主要依据项目教学法，并采用信息化的教学策略进行的一次具有一定创新性的教学设计探索，希望能在技工院校的广大师生对于增材制造技术相关领域的学习与研究领域产生一定的参考价值。