淺談3D打印技術(shù)在中職學(xué)校課堂教學(xué)中的運(yùn)用

華潔蓉 陳萬霞

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?3D打印技術(shù)是一種新型的快速成型技術(shù)，是“第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”，將給許多行業(yè)和領(lǐng)域帶來深刻的變革。全國各地都在大力落實(shí)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015—2016年）》，3D打印機(jī)進(jìn)入校園，走進(jìn)課堂，有利于提高學(xué)生的作圖能力、動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使之實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?3D打印;課堂;有效教學(xué)

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2021）29-0152-02

一、揭下3D打印之紗

《十二生肖》電影中，成龍?jiān)阢y幕上讓我們感受了3D打印機(jī)的神奇，一向以武打不用替身，追求品質(zhì)、真實(shí)等元素吸引人的成龍大哥，這次也不例外，除了讓你欣賞并贊嘆他變化無窮的成龍?zhí)茁吠?，還加入了有關(guān)3D打印機(jī)的科學(xué)元素。在電影里，成龍大哥只用了大約三分鐘，就基本上讓我們明白了什么是3D打印機(jī)。

那3D打印機(jī)是如何制造物品的呢？計(jì)算機(jī)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，進(jìn)行分層切片得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù)，3D打印機(jī)再采用熔結(jié)、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一體，這樣就將虛擬的三維設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)物。

二、開啟3D打印之行

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)與專業(yè)教學(xué)的逐漸融合，更好地貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《中國制造2025》文件精神，加快3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)技能型、復(fù)合技能型和知識(shí)技能型人才隊(duì)伍培養(yǎng)，適應(yīng)向現(xiàn)代制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)形勢(shì)的需要。筆者有幸參加了由清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心主辦的3D打印造型師師資培訓(xùn)班（第一期）。3D打印學(xué)習(xí)主要分兩大模塊：正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，并結(jié)合軟件和硬件的實(shí)操。經(jīng)過三次的師資培訓(xùn)，從了解到實(shí)操再到創(chuàng)意，設(shè)計(jì)出實(shí)用型、創(chuàng)新型的作品。師資的培養(yǎng)是為了更好地服務(wù)于學(xué)生，讓學(xué)生走進(jìn)3D打印、走進(jìn)3D課堂。

三、走進(jìn)3D打印課堂

本學(xué)期針對(duì)17441班、17361班、16361班分別開設(shè)了“3D One三維實(shí)體設(shè)計(jì)”和“Geomagic Studio逆向建模技術(shù)及應(yīng)用”。筆者以綜合課題《我的浮雕臺(tái)燈》為例，和學(xué)生一起走進(jìn)3D打印課堂。

首先跟著筆者一起了解一下目前學(xué)校已有的3D打印的主要設(shè)備：3D打印的硬件主要有掃描儀（手持式、轉(zhuǎn)臺(tái)式、四目三維）、打印機(jī)（Smart225、Smart300、300plus、Envisiontec Vector ?3SP），軟件主要有Creo軟件、3D One Plus軟件、Xbuilder軟件、Simplify 3D軟件、Geomagic ?studio軟件、Magics軟件、Meshmixer軟件。軟件和硬件的配備都是學(xué)生設(shè)計(jì)的前提，也是考驗(yàn)學(xué)生的一個(gè)綜合能力的應(yīng)用。教師在教學(xué)過程中主要讓學(xué)生進(jìn)行三維造型，所以學(xué)生對(duì)三維軟件的運(yùn)用必須很熟練，再考慮模型是否加支撐等因素，然后打印機(jī)打印，在打印的過程中也要隨時(shí)進(jìn)行觀察，模型打印完畢后還需進(jìn)行后期處理，這就是正向設(shè)計(jì)。而逆向設(shè)計(jì)比較抽象，需要對(duì)模型掃描，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，切片、打印和后期處理。學(xué)習(xí)是循序漸進(jìn)的過程，每個(gè)軟件和硬件的使用都要有扎實(shí)的基本功，平時(shí)教學(xué)就要由淺入深，讓學(xué)生基本能掌握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)完成作品。每件作品的完成都是考驗(yàn)一個(gè)團(tuán)隊(duì)的合作、綜合能力的運(yùn)用，從而讓學(xué)生體驗(yàn)成功的喜悅感。

《我的浮雕臺(tái)燈》作品的設(shè)計(jì)思路：Creo三維軟件設(shè)計(jì)臺(tái)燈的三維模型;Magics軟件對(duì)臺(tái)燈的三維模型進(jìn)行處理;Geomagic studio 12軟件對(duì)臺(tái)燈模型進(jìn)行浮雕制作;Simplify 3D軟件對(duì)浮雕臺(tái)燈進(jìn)行切片處理并打印。學(xué)生小組分工合作完成《我的浮雕臺(tái)燈》，邊設(shè)計(jì)邊探討，在探討過程中制訂具體制作流程。

小組合作學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)成為學(xué)生的學(xué)習(xí)伙伴，組建起“學(xué)生共同體”，平等地交流和探討。結(jié)合綜合實(shí)踐課教學(xué)目標(biāo)，充分利用信息化技術(shù)創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置問題和任務(wù)，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)效果，把握教學(xué)方向。小組合作學(xué)習(xí)中，教師適時(shí)地組織、引導(dǎo)、啟發(fā)和點(diǎn)撥，積極參與學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程，推動(dòng)學(xué)生思考，并及時(shí)給出建議。

浮雕臺(tái)燈制作完成后，讓學(xué)生PPT匯報(bào)成果，教師匯總小組在整個(gè)制作過程中出現(xiàn)的問題。

整個(gè)作品的制作過程實(shí)踐性較強(qiáng)，教師要避免一味地講解知識(shí)，而是要讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人，給他們以充分的時(shí)間和空間，讓他們自己去思考、去動(dòng)手、去解決問題，從而提高其能力。讓學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)，利用現(xiàn)代信息化手段逐漸培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神，同時(shí)讓學(xué)生有充分表達(dá)自己思想和展示思維過程的舞臺(tái)，讓他們?cè)谫|(zhì)疑和交流中獲取知識(shí)，提升能力，感受愉悅。

教學(xué)的過程不僅是知識(shí)傳授的過程，同時(shí)也是師生感情的展露、心靈溝通和思想交流的加溫過程，教師的一言一行都在與學(xué)生進(jìn)行微妙的情感交流，使他們的學(xué)習(xí)態(tài)度染上情感色彩，使我們的課堂洋溢著自由、民主、積極向上的活躍氣氛。

四、開出3D打印之花

目前，全國各地都在大力落實(shí)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015—2016年）》，組織實(shí)施學(xué)校增材制造技術(shù)普及工程，3D打印機(jī)逐漸進(jìn)入校園。我校申請(qǐng)到了3D打印造型師能力認(rèn)定實(shí)訓(xùn)基地，希望以后有更多的老師和學(xué)生進(jìn)入3D打印室和3D學(xué)創(chuàng)中心，共同研討、學(xué)習(xí)。一學(xué)期課程的開設(shè)，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的想象力和動(dòng)手能力，激發(fā)個(gè)體的興趣愛好，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，也使常態(tài)的課堂更加有趣味性。

學(xué)生從剛接觸3D打印到能完成創(chuàng)意的作品，也是自我學(xué)習(xí)能力的提升，每件作品都是鮮活的，動(dòng)靜結(jié)合，從淺層理解美觀，但更多的還是要實(shí)用、新型。每個(gè)方案的提出都要經(jīng)過多次的探討、打磨，最終確定可行性的方案。教師從中進(jìn)行點(diǎn)撥、解答。每件作品的完成必須進(jìn)行總結(jié)，在今后的打印過程中避免出現(xiàn)同樣的問題。課堂就是讓每個(gè)學(xué)生完全參與，并且樂于學(xué)習(xí)，體現(xiàn)他們的主體作用，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生與同伴的團(tuán)隊(duì)合作精神，使學(xué)生在完成任務(wù)后體驗(yàn)到成功的快樂，每件成功的作品都會(huì)保存在展示柜中，像美麗的鮮花綻放、欣賞。

3D打印之路很漫長，在今后的教育教學(xué)中我將不忘初心，牢記使命，備好每次課，上好每次課，課后多反思。爭(zhēng)取每周完成一件作品，與同行多交流學(xué)習(xí)，進(jìn)入企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，尋找適合的課堂，編寫適合的校本教材。

3D打印已經(jīng)走進(jìn)課堂，看上去很美。美的是成功的作品，更美的是設(shè)計(jì)作品的學(xué)生。每個(gè)學(xué)生都是一朵小花，而老師就像一位質(zhì)樸的花匠，懷著一顆虔誠的心，將一顆顆種子培養(yǎng)，為的是讓小花開得更絢麗。作為一名愛花人，相信不久的將來，我們的花兒會(huì)更美、更奪目！

參考文獻(xiàn)：

[1]李石.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（11）：189-190.

[2]付海茹.創(chuàng)新設(shè)計(jì)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用[J].中國設(shè)備工程，2019（4）：158-159.

[3]張伏層.淺談機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（17）：226-227.

[4]魏中信.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J].百科論壇電子雜志，2020（8）：289.

編輯 栗國花