高职3D打印技术实践教学探索

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2101-5042-9137

摘  要：3D打印（3D Printing）技术作为一项颠覆传统制造业的新兴技术，近年来在世界范围内迅猛发展，已经在汽车、模具、航天、医疗、个性产品定制等多个领域得到广泛的应用。为了增强高职院校学生就业竞争力，适当缓解当前社会对3D打印人才的供需矛盾，激发学生的学习兴趣，提高高职院校3D打印技术实践教学水平，文章针对目前3D打印技术专业实践课程在教学中所面临的一些问题，进行了深入分析和探索，通过推进教学改革、加强师资建设、深入校企合作和建設网络平台，切实提高学生的学习兴趣和课堂效果，培养具有创新精神和工程实践能力的高素质技能人才。

关键词：高职高专   3D打印技术   实践教学   人才培养

中图分类号：G642                           文献标识码：A                 文章编号：1672-3791（2021）06（b）-0094-03

Exploration on Practice Teaching of 3D Printing Technology in Higher Vocational Colleges

ZHAO Nan

（Shanxi Engineering Vocational College， Taiyuan， Shanxi Province， 030009  China）

Abstract： As an emerging technology that subverts the traditional manufacturing industry， 3D printing technology has developed rapidly all over the world in recent years and has been widely used in many fields such as automobile， mold， aerospace， medical treatment， personalized product customization and so on. In order to enhance the employment competitiveness of students in higher vocational colleges， appropriately alleviate the contradiction between supply and demand of 3D printing talents in the current society， stimulate students' interest in learning， and improve the practical teaching level of 3D printing technology in higher vocational colleges， this paper makes an in-depth analysis and exploration on some problems faced in the teaching of practical courses of 3D printing technology specialty strengthen the construction of teachers， deepen school enterprise cooperation and build a network platform， effectively improve students' learning interest and classroom effect， and cultivate high-quality skilled talents with innovative spirit and engineering practice ability.

Key Words： Vocational College; 3D printing technology; Practical teaching; talent cultivation

在我国，随着《中国制造2025》等政策的出台，3D打印技术被提升到国家战略层面。当前，我国3D打印技术人才非常匮乏，培养相关的技术技能人才已成为当务之急，而高职院校正承担着培养高素质实践型技能人才的重担。现阶段，国内高校针对3D打印技术的实践教学工作尚处于初步的探索阶段。

1  高职3D打印技术专业实践教学现状

3D打印技术兴起于二十世纪八九十年代，不同于以车铣刨磨钻为代表的减材加工或以铸锻焊为代表的等材加工，是一种“自下而上”的逐层累加材料的数字制造技术^[1]。3D打印技术首先将复杂的三维实体模型“切”成具有一定厚度的片层，将三维模型变为简单的二维图形，然后再将二维图形逐层堆积打印，大大降低了零件成型的难度。当前，3D打印技术作为新兴技术受到越来越多高职院校的青睐，每年投入到建设3D打印实训基地的经费也越来越多。但是由于3D打印技术走进高职课堂的时间较短，形成的教学规模还比较局限，因此在实践教学中存在着一系列问题。

1.1 实践教学缺乏规范性

当前，我国3D打印技术人才非常匮乏，培养相关的技术技能人才已成为当务之急。由于3D打印技术目前还未出现在《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录》，缺乏相关的课程标准等规范性文件作为实际教学的指导，从而使得各个教师在教学过程、教学内容、教学评价等方面各不相同，而这也是有些教师教学过于随意的原因。3D打印技术的各种多媒体资源有待相关专业教师进一步开发和在课堂教学中实践。

1.2 实践教学模式单一

3D打印技术是集计算机、机械、材料等多学科于一体的交叉学科，所涉及的内容包括机械设备的操作、材料性能、三维结构设计、软件开发与操作、成型工艺等领域。但是在高职院校的实践教学过程中，实践内容大多围绕低端的桌面级FDM打印机开展3D打印设备操作过程的验证性实验。一方面，这种教学方法在工业应用方面的价值不高，学生掌握的技能并不能直接对接企业要求;另一方面，学生在实践过程中只需按部就班地按照教师预先设计好的步骤操作，继而完成实验报告。整个实践过程中，填鸭式的教学方法使学生没有充分发挥自己学习的主观能动性，也无法感受到课堂主人翁的感觉，难以激发学生学习兴趣和热情，教学效果不理想^[2]。

1.3 学生创造能力较弱

3D打印技术实践教学与其他传统机械类实践课程的方法一样，均是由教师讲授相关的理论知识，进行操作示范，然后由学生按照实训指导书一步步进行练习。在这个过程中，学生的操作技能得到提升，但是却限制了学生的创造创新能力。学生的创新思维受到教师的影响，没有得到充分的发挥和施展。这样的教学方法既没有凸显3D打印技术在创新思维培养及科研能力训练方面的重要作用，也违背了我国近几年来大力推行的“新工科”教育理念，难以培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才^[3]。此外，由于学生掌握和应用3D打印技术的深度和广度不足，毕业后继续从事高水平专业3D打印研究的很少，难以满足社会需求，没有达到人才培养的效果。

1.4 教师能力有待提高

3D打印技术作为新兴的制造技术，国内专业技术人才储备不足，且大多数人才选择到相关高科技企业就职。高职院校从事3D打印课程教学工作的教师大都是由具有机械背景的老师承担，缺乏对3D打印技术的系统性学习，对专业知识的理解尚停留在表面理解上，导致课堂教学存在照本宣科的现象，消磨了学生对专业学习的主动性。少数具有3D打印专业背景的教师从高校一毕业就到学校授课，缺乏实际生产经验，未实际参与到企业生产过程，不能妥善地将课堂知识与实际工程应用相结合，导致课堂实践教学质量不高。

此外，3D打印技术在实践教学中还存在教学资源不足、教学设备有限、教学设施种类单一等问题。

2  高职3D打印技术专业实践教学策略

2.1 推进教学改革，提升教学质量

为了有效创建3D打印实践课程模式，高职院校应该积极推进该专业的课程改革，有效提高教学质量。高职院校应强化创新意识，结合院校的实际情况，着力于对该专业教材等教学资源的改革与创新，为提高3D实践教学质量奠定坚实的基础。

3D打印技术实践课程可以分为两大部分：第一部分为3D打印设备的结构认识与操作，这部分课程教学学生需要在教师的引导下进行，通过教师的讲解结合具体的设备，认识其结构和工作过程，熟练使用相关的3D打印软件;第二部分为创新产品的快速制造，教师只需要将学生分组，选定一个创造主题，学生将充分发挥自己的想象力与创造力，自主设计一些个性化的产品，并且根据自己的产品需求，选定材料、工艺与设备，最终完成产品的快速成型制作^[4]。在整个过程中，学生需要记录自己的创作过程，完善形成PPT，在课程结束时进行小组汇报与成果展示。通过这一系列的操作，使学生对3D打印技术的学习兴趣更加浓烈，在产品创新制造过程中，学生对理论课程的理解更加深刻，动手能力、表达能力、团队合作能力、PPT制作能力都得到了提升，符合“新工科”对高校工程应用型人才培养的要求^[5]。

2.2 加强师资建设，提供人才保障

对于强化师资队伍建设而言，一方面各高校应针对性地从企业或者高校引进3D打印相关专业教师，另一方面邀请企业专家对已有授课教师进行系统的知识培训。定期进行3D打印技术教研室学习交流会，将自己的学习或者教学心得进行交流分享，提升教师的专业素养。与企业深度合作，借助企业策划研修班或考察团等模式，进行学习、参观、交流等活动，深入了解企业运营现况、市场需求、项目技术等，并积极开展与企业的3D打印技术合作，开展相关科学研究，为学院师资团队建设、教科研发展、人才素质培养提供学习借鉴通道^[6]。通過一系列的手段，提升了专业教师的业务水平，开阔了眼界，形成了一系列企业案例，课堂教学水平也有了显著的提升。

2.3 深入校企合作，增强人才质量

高职院校作为学生实践技能提升的主要基地，应积极主动地开拓实践平台，为学生提供更具针对性的教学资源，为走向社会工作岗位奠定基础。而企业为了长远的发展，高质量的人才是其生存的根本。为了实现合作共赢，校企合作应运而生。高职院校应积极与3D打印领先企业在人才培养、技术革新、社会服务、就业创业等方面深度合作，打造人才共育、技术共研、信息共享、利益共赢、文化共融的校企命运共同体。校企合作实现从“初级版”到“升级版”，从浅表层合作到纵深层合作，从虚体平台合作到实体平台合作，从单一合作到全方位合作^[7]。学院人才培养质量显著提升，合作企业全面发展、效益优良，服务区域经济转型升级能力大幅提升。

2.4 推进“互联网+”，建设网络阵地

如今，互联网时技术快速发展，为了满足时代更迭的现实需要，高职院校需要利用互联网来推进3D打印技术实践教学。高职院校可以建立一个集学习、考试、交流于一体的3D打印课程网络平台，该平台具备理论学习、设备介绍、软硬件使用教程、新闻推送、在线考试、互动交流和资源共享等功能。该网络平台既可以丰富实践教学形式，又可以提高课堂效率，充实学生的知识库，也是学院对外宣传的一面旗帜。此外，还可以利用QQ、微信、微博、论坛等新媒体方式宣传3D打印技术，从而建设好高职院校专业技术领域的网络阵地。

2.5 加强专业建设，提升专业内涵

3D打印专业的建设一定要经过详细的专业调研，充分认知专业的广度和深度，然后对课程进行科学的建设，最终形成人才培养方案。从人才培养方案出发，建立课程结构，形成课程体系，根据学院的实际教学情况，分配基础课、专业基础课、专业核心课的比例，分配理论课和实践课的比例、必修课和选修课的比例。其次，逐步开展数字化教学平台的开发，如各种三维设计建模、点云数据处理、逆向重构分析与设计、CAD/CAM、数据优化等软件平台，提高教师课堂效率，拓展学生学习阵地。采用各种信息化手段来适应专业教学的需求，提升教学质量。

3  结语

3D打印技术作为一门新兴的制造技术，在高校专业教学和培养人才过程中应引起足够的重视。通过推进教学改革、加强师资建设、深入校企合作和建设网络平台，切实提高学生的学习兴趣和课堂效果，进一步提高学生对所学专业知识的理解和掌握，培养学生自主学习、自主探索的能力，对培养具有创新创业精神和工程实践能力的人才具有重要的意义。

参考文献

[1] 何扬波，陈剑，房飞宇，等.新工科背景下3D打印技术本科教学实验室的建设[J].实验室研究与探索，2020，39（1）：275-278，306.

[2] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3] 贾兴东.构建校企命运共同体协同培养技术技能人才[J].中国高校科技，2017（6）：78-80.

[4] 周映宏.高性能彩色3D打印机喷头的系统设计与验证[D].成都：电子科技大学，2020.

[5] 赵小英.基于互联网+的《3D打印》创新实践教学课程改革的探索与开发——以贵州理工学院为例[J].科技风，2020（6）：80.

[6] 李兰新.翻译转换理论视角下的3D打印技术文本汉译报告[D].西安：西安理工大学，2020.

[7] 何裕琼.职业教育中3D打印技术教学的实践研究[J].中国多媒体与网络教学学报，2019（3）：130-131.

基金项目：山西工程職业学院2019年度院级教科研课题（项目编号：JKY-201912）。

作者简介：赵楠（1991—），女，硕士，助教，研究方向为3D打印技术。