基于3D打印的項(xiàng)目教學(xué)法在“創(chuàng)客”培養(yǎng)中的應(yīng)用

趙小英，劉　平

(貴州理工學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心，貴州貴陽(yáng)550003；貴州理工學(xué)院制造技術(shù)應(yīng)用研究中心，貴州貴陽(yáng)550003；）

基于3D打印的項(xiàng)目教學(xué)法在“創(chuàng)客”培養(yǎng)中的應(yīng)用

趙小英，劉平

(貴州理工學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心，貴州貴陽(yáng)550003；貴州理工學(xué)院制造技術(shù)應(yīng)用研究中心，貴州貴陽(yáng)550003；）

3D打印技術(shù)（3D printing）能在短時(shí)間內(nèi)直接制造產(chǎn)品模型或樣品，該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)立了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的新模式，使設(shè)計(jì)師以前所未有的直觀方式體會(huì)設(shè)計(jì)的感覺(jué)，感性而迅速地驗(yàn)證和檢查所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外形。而創(chuàng)新是科學(xué)發(fā)展、文明進(jìn)步的動(dòng)力。培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力，是大學(xué)教育的首要任務(wù)。3D打印可以直接將“創(chuàng)客”的設(shè)計(jì)產(chǎn)品化，真正將CAD和CAM集于一體。本文以大學(xué)生創(chuàng)新教育為依托，闡述基于3D打印技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在高?！皠?chuàng)客”培養(yǎng)中的應(yīng)用。

3D打印技術(shù)；項(xiàng)目教學(xué)法；“創(chuàng)客”培養(yǎng)

3D打?。?D printing），屬于快速原型制造技術(shù)的一種，它借助計(jì)算機(jī)、激光、精密傳動(dòng)和數(shù)控等現(xiàn)代手段，以數(shù)字三維模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)“離散-堆積”方式來(lái)構(gòu)造物體，即“積層造形法”[1]。3D打印能在短時(shí)間內(nèi)直接制造產(chǎn)品模型或樣品，無(wú)需傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床和模具。該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)立了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的新模式，使設(shè)計(jì)師以前所未有的直觀方式體會(huì)設(shè)計(jì)的感覺(jué)，感性而迅速地驗(yàn)證和檢查所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外形。創(chuàng)新是科學(xué)發(fā)展、文明進(jìn)步的動(dòng)力。培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力，是大學(xué)教育的首要任務(wù)[2]。“創(chuàng)客”一詞來(lái)源于英文單詞“Maker”，是指出于興趣與愛(ài)好，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人。3D打印可以直接將“創(chuàng)客”的設(shè)計(jì)產(chǎn)品化，真正將CAD和CAM集于一體。本文以大學(xué)生創(chuàng)新教育為依托，闡述基于3D打印技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在高?！皠?chuàng)客”培養(yǎng)中的應(yīng)用。

一、創(chuàng)客空間的建設(shè)

（一）建設(shè)理念

創(chuàng)客空間的建設(shè)理念為“制造+互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)客空間”，依托互聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，聯(lián)合校內(nèi)各院系，凝聚學(xué)校相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐資源，打造服務(wù)于雙創(chuàng)教育的開(kāi)放的跨學(xué)科創(chuàng)客實(shí)踐平臺(tái)。以優(yōu)質(zhì)實(shí)踐資源支持全校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，并對(duì)其他高校、職業(yè)院校、中小學(xué)以及社會(huì)開(kāi)放，服務(wù)于廣大創(chuàng)客群體和社會(huì)大眾，獲得廣泛的社會(huì)效益。

（二）建設(shè)方案

1.基于工業(yè)4.0智能制造平臺(tái)的建設(shè)[3]。

2.跨學(xué)科技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育共享平臺(tái)的建立[3]。

3.服務(wù)雙創(chuàng)教育的創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。

通過(guò)拓展基于工程實(shí)踐的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育及服務(wù)，建設(shè)新型可重組、動(dòng)態(tài)、數(shù)字化、開(kāi)放的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)基地，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)服務(wù)的質(zhì)量，打造科學(xué)、合理、一流的工程訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育基地。

二、基于產(chǎn)品的項(xiàng)目教學(xué)法

以產(chǎn)品為載體,將一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生自己處理，信息的收集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及最終評(píng)價(jià),都由學(xué)生自己負(fù)責(zé),學(xué)生通過(guò)該項(xiàng)目的進(jìn)行,了解并把握整個(gè)過(guò)程及每一個(gè)環(huán)節(jié)中的基本要求[4]。項(xiàng)目教學(xué)法最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”,具體表現(xiàn)在:目標(biāo)指向的多重性;培訓(xùn)周期短，見(jiàn)效快;可控性好;注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。項(xiàng)目教學(xué)法是師生共同完成項(xiàng)目，共同取得進(jìn)步的教學(xué)方法。

各項(xiàng)目根據(jù)具體情況下發(fā)子模塊。從而進(jìn)一步設(shè)計(jì)各模塊的建構(gòu)性學(xué)習(xí)情境，充分利用各種教學(xué)資源和教學(xué)手段，進(jìn)一步將線上教學(xué)與課堂教學(xué)有效結(jié)合，并采取“視頻課程+課堂教學(xué)+討論”的新教學(xué)模式，以達(dá)到到調(diào)動(dòng)教師、學(xué)生積極性和提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

三、基于3D打印技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在“創(chuàng)客”培養(yǎng)中的應(yīng)用分析

以貴州理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目“愛(ài)心型隔層杯的3D打印制作”為例，學(xué)生分組完成，各小組自主完成杯子的設(shè)計(jì)，要求作品格式為STL，可用任意三維造型軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且必須通過(guò)3D打印機(jī)打印出最終產(chǎn)品，作品尺寸不得超過(guò)140×140×140mm，作品由各小組命名，并提供500字以內(nèi)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)理念。

（一）三維建模

各小組可采用任意三維造型軟件完成；也可采用逆向技術(shù)，利用三維掃描儀完成。

圖1　愛(ài)心杯原型

（二）數(shù)據(jù)切片處理

在建模完成后將文件另存為STL標(biāo)準(zhǔn)格式。STL格式是快速成型領(lǐng)域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的商用CAD系統(tǒng)都支持該格式，如UG/II、Pro/E、AutoCAD、SolidWorks等。在CAD系統(tǒng)或反求系統(tǒng)中獲得零件的三維模型后，就可以將其以STL格式輸出，供快速成型系統(tǒng)使用。

（三）打印杯子

將杯子的STL文件導(dǎo)入到3D打印機(jī)的分層處理軟件中，設(shè)定好打印的各項(xiàng)參數(shù)，就可以開(kāi)始打印作品。目前，常用的3D打印工藝有：光固化成型法（SLA）、熔融堆積成型法（FDM）、選擇性激光燒結(jié)法（SLS）等[5]。

本實(shí)驗(yàn)使用的3D打印機(jī)是基于FDM工藝的桌面級(jí)3D打印機(jī)。

圖2　愛(ài)心杯成品

該產(chǎn)品的3D打印過(guò)程，無(wú)需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝卡具，直接接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)（stl）數(shù)據(jù)，通過(guò)分層處理軟件將產(chǎn)品的stl文件進(jìn)行分層處理，并直接驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)生產(chǎn)出產(chǎn)品實(shí)體。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)3D打印技術(shù)在杯子設(shè)計(jì)、制作中的應(yīng)用，對(duì)基于3D打印技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在“創(chuàng)客”培養(yǎng)中進(jìn)行了分析，結(jié)論如下。

1.3D打印技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)直接制造產(chǎn)品模型或樣品，創(chuàng)立了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的新模式，能使學(xué)生以前所未有的直觀方式體會(huì)設(shè)計(jì)的感覺(jué)，感性而迅速地驗(yàn)證和檢查所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外形。減小了學(xué)生創(chuàng)新的阻力，大大提高了學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)意能力。

2.在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生目的明確，為完成各項(xiàng)目，各小組自主進(jìn)行思考、理論學(xué)習(xí)、信息收集及實(shí)踐操作。學(xué)生起主導(dǎo)作用，教師起引導(dǎo)作用。整個(gè)過(guò)程中，各小組成員分工協(xié)作，在提高理論、實(shí)踐、創(chuàng)新能力的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和社交能力。

［1］王廣春，趙國(guó)群.快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2008（3）.

［2］宋佳東.重視大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[N].光明日?qǐng)?bào)，2013(16).

［3］徐振強(qiáng).德國(guó)“工業(yè)4.0”框架下智慧科技園區(qū)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)體系初探[N].新華網(wǎng)，2015.

［4］李海花.項(xiàng)目教學(xué)法在通用技術(shù)教學(xué)中的案例應(yīng)用研究[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2010（07）：39-40.

［5］高奇，曾紅，張德強(qiáng).3D打印在大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.

［責(zé)任編輯張宇］

G64

A

1673-9132（2016）34-0230-02

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.34.133

趙小英（1986—），女，漢族，研究方向：材料加工。

課題項(xiàng)目：貴州理工學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目(教改2014JXGG22)。