增材制造技術(shù)在技工院校的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用初探

鈕琪

摘要：增材制造技術(shù)作為新興的專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)，近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。不但在2020年全國(guó)乃至世界技能大賽成為新的比賽項(xiàng)目，更是在全國(guó)的技工院校引起了一陣學(xué)習(xí)“3D打印”技術(shù)和增開(kāi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的熱潮。本文主要介紹了教師基于快速成型技術(shù)對(duì)增材制造在技工院校實(shí)際教學(xué)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行的初步的探索，并對(duì)重要的具有創(chuàng)新性的教學(xué)環(huán)節(jié)作以說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：增材制造;技工院校;快速成型;教學(xué)設(shè)計(jì)

一、項(xiàng)目教學(xué)法的合理引入

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，接受抽象的理論知識(shí)， 教學(xué)的效果很難達(dá)到預(yù)期。而項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程中充分體現(xiàn)了教學(xué)以學(xué)生為 主體，教師為主導(dǎo)的現(xiàn)代教育理念，既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又體現(xiàn)了學(xué)生 的主體作用，充分體現(xiàn)職業(yè)教育“以能力為本位”的價(jià)值取向。因此將項(xiàng)目教學(xué) 法應(yīng)用到技工院?！稒C(jī)械制造技術(shù)》課程中，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，這樣就可以扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)教學(xué)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)“理實(shí)一體化”的窘境。因此，對(duì)于本文研究的例課——“數(shù)控車(chē)床尾座零件加工（快速成型技術(shù)）”，主要采用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行整體的教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、項(xiàng)目教學(xué)的思路與內(nèi)容分析

在“數(shù)控車(chē)床尾座零件加工（快速成型技術(shù)）”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，我們創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了項(xiàng)目準(zhǔn)備、 擬定方案、決策實(shí)施、評(píng)價(jià)反饋和能力拓展（知識(shí)遷移）這五個(gè)環(huán)節(jié)，旨在提高學(xué)生理論認(rèn)識(shí)水平、提高實(shí)踐操作能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力并強(qiáng)化責(zé)任意識(shí);旨在強(qiáng)化學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，發(fā)展專(zhuān)業(yè)相關(guān)綜合能力;旨在提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作意識(shí)， 增強(qiáng)學(xué)生“實(shí)戰(zhàn)”經(jīng)驗(yàn)，為將來(lái)進(jìn)入企業(yè)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)并做好 相應(yīng)的有針對(duì)性的能力儲(chǔ)備，以服務(wù)于“做中教、做中學(xué)”的教育核心理念。

特別是對(duì)于數(shù)控專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，快速成型技術(shù)這一新興技術(shù)具有很高的學(xué)習(xí)價(jià)值。在學(xué)習(xí)成型工藝的基礎(chǔ)上，基于技工院校專(zhuān)業(yè)課當(dāng)中學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的興趣點(diǎn)，將數(shù)控車(chē)床尾座零件加工（快速成型技術(shù)）選定為本次項(xiàng)目的理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)課程項(xiàng)目?jī)?nèi)容，可以提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力、社會(huì)能力和方法能力。

由上述分析可知，增材制造技術(shù)作為一個(gè)較高層級(jí)的新興專(zhuān)業(yè)發(fā)展門(mén)類(lèi)，具體到實(shí)踐當(dāng)中的教學(xué)設(shè)計(jì)上可以根據(jù)具體的課程和學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行合理性地編排。

而在教法和學(xué)法的探究上，現(xiàn)代教育理論強(qiáng)調(diào)師生互動(dòng)教學(xué)方式，注意師生交流，最能提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，收益最大。因此教學(xué)設(shè)計(jì)的核心思路是以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，適時(shí)地應(yīng)用多媒體手段輔助教學(xué)，促使學(xué)生動(dòng)腦想、多交流、勤鉆研、善提煉，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和認(rèn)識(shí)過(guò)程成為統(tǒng)一的整體。本課題研究所采用的具體教法學(xué)法列舉如下：

1.直觀(guān)演示法

展示各種3D打印機(jī)與零件，進(jìn)行示范性實(shí)驗(yàn);輔助使用微課、動(dòng)畫(huà)等信息化手段，使學(xué)生快速習(xí)得軟件與3D打印機(jī)的操作步驟。

2.實(shí)習(xí)作業(yè)法

學(xué)生在教師的組織和指導(dǎo)下，從事快速成型項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)際工作，借以掌握一定的機(jī)械專(zhuān)業(yè)技能和有關(guān)的直接知識(shí)，驗(yàn)證間接知識(shí)。

3.自主學(xué)習(xí)法和探究學(xué)習(xí)法

學(xué)生在學(xué)習(xí)中采用自主學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)結(jié)合的形式，在教育信息化環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計(jì)中，注重對(duì)自主學(xué)習(xí)策略的滲透，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

三、教學(xué)過(guò)程的信息化設(shè)計(jì)

為了模擬真實(shí)情境以對(duì)增材制造技術(shù)在實(shí)際教學(xué)當(dāng)中進(jìn)行較好地呈現(xiàn)，此處設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬情境，假設(shè)學(xué)校實(shí)習(xí)車(chē)間的車(chē)床尾座零件發(fā)生損壞，引導(dǎo)學(xué)生完成該零件的模擬加工。具體的設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)述如下：

1.情境導(dǎo)入

學(xué)校車(chē)床部分車(chē)床尾座零件發(fā)生損壞，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)際情景完成基于FDM技術(shù)的車(chē)床尾座零件模擬加工。根據(jù)課前導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，以翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式為載體，鼓勵(lì)學(xué)生自主探究Creo 3.0 軟件旋轉(zhuǎn)命令的基本操作，教師加以指導(dǎo)。

2.講述STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法步驟

對(duì)分層切片和加入支撐進(jìn)行合理選擇;運(yùn)用3D打印機(jī)進(jìn)行逐層熔融沉積制造的具體操作。

3.方案優(yōu)化與任務(wù)實(shí)施準(zhǔn)備

以小組為單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

4.課堂評(píng)價(jià)

應(yīng)用了交互式測(cè)試，通過(guò)課堂派手機(jī)端在線(xiàn)提交評(píng)價(jià)，系統(tǒng)自動(dòng)分析成績(jī)，并錄入學(xué)生學(xué)期考核，實(shí)現(xiàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)。

四、評(píng)價(jià)方式的多元化、動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)

本文的研究的課題主要突出了過(guò)程性評(píng)價(jià)方式，更加強(qiáng)調(diào)除了專(zhuān)業(yè)能力以外的人文素養(yǎng)的養(yǎng)成，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生合作意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

同時(shí)，依托項(xiàng)目教學(xué)法的先進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)模式，在項(xiàng)目工程中學(xué)生需按規(guī)定完成個(gè)人項(xiàng)目評(píng)價(jià)工作頁(yè)和小組項(xiàng)目評(píng)價(jià)工作頁(yè);在評(píng)價(jià)工程中注重評(píng)價(jià)因素的多元化與評(píng)價(jià)因子的系統(tǒng)化以提升教學(xué)效果，形成“三位一體”的線(xiàn)上項(xiàng)目教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制。

在檢測(cè)過(guò)程中，依據(jù)與企業(yè)聯(lián)合制定的數(shù)控車(chē)床尾座零件快速成型檢測(cè)頁(yè)，首先運(yùn)用傳統(tǒng)的尺規(guī)量具進(jìn)行檢測(cè)。除了打印機(jī)參數(shù)設(shè)定和繪圖失誤引起的打印失敗以外，我們發(fā)現(xiàn)快速成型技術(shù)對(duì)零件的尺寸精度有很好的保證。隨后教師對(duì)零件完成度較好的一組采用Geomagic Control軟件進(jìn)行打印零件與原零件的逆向建模比對(duì)。在引領(lǐng)學(xué)生了解前沿知識(shí)，拉近與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的距離的同時(shí)，也為后續(xù)逆向工程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容設(shè)下堅(jiān)實(shí)的鋪墊。

五、結(jié)語(yǔ)

作為當(dāng)下發(fā)展呈上升態(tài)勢(shì)的新興學(xué)科門(mén)類(lèi)，增材制造在技工院校的教學(xué)實(shí)踐并無(wú)多少經(jīng)驗(yàn)可循。因此，本次“數(shù)控車(chē)床尾座零件加工（快速成型技術(shù)）”課題的教學(xué)設(shè)計(jì)是主要依據(jù)項(xiàng)目教學(xué)法，并采用信息化的教學(xué)策略進(jìn)行的一次具有一定創(chuàng)新性的教學(xué)設(shè)計(jì)探索，希望能在技工院校的廣大師生對(duì)于增材制造技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)與研究領(lǐng)域產(chǎn)生一定的參考價(jià)值。