3D打印技术在“项目”教学中的应用研究与实践*

王 尧 伦凤艳 贺薪宇 甘新基 钟梓楠 刘维维

（1.北华大学机械工程学院 吉林吉林 132021 2.北华大学计算机科学与工程学院 吉林吉林 132021）

3.打印技术从诞生之日起，就引起了国内外学者的高度关注。现在已广泛应用于航天、医疗、军工等领域。同时，3D打印技术也是多学科交叉融合的前沿技术（包括数字建模技术、机电一体化技术、信息交互技术、材料科学、化学工程等）。其高科技含量的特征，使得国内外很多高校将3D打印技术引入到了课堂。[1]

一、课题研究背景及意义

3.打印技术是近年来在快速成型领域新兴的一项技术。其多学科交叉融合的高技术含量，使得国内外很多高校都开设了3D打印课程。美国在各类院校都开设了3D打印课程的学习，其在制定培养方案的时候就定位在培养学生的创新意识。还将3D打印机安装在学校里、楼宇小区等各公共场所里，供人们使用。甚至有的政府还资助学生3D打印设备，促进学生的科研、创新、艺术等方面的培养。英国还将3D打印技术列入到国家课程体系中，对教师进行培训。对于国内，政府出台一系列文件强调3D打印的重要性。清华大学、上海师范大学、广东工业大学等都将3D打印技术融入到课程体系中，取得了很好的效果。本文以我院学生学习3D打印技术为例，详细分析3D打印技术在“项目”教学中的应用研究与实践。[2]

二、课程教学硬件设施的建立

学院经过半年的努力，已经建立了创客空间工作室。并于北京宏筹科技公司等企业进行了广泛深入的交流合作。配备了拥有13台FDM桌面级3D打印机、1台三维扫描仪、13台计算机和足够容纳1个自然班人数的实训教室。

三、教学体系的构建

基于“项目”的教学方法，让学生参与“项目”的全过程，可以极大地提高学生的学习兴趣和创新精神。目前，项目组只针对一部分学生进行两类“项目”的教学试运行，从试运行的结果看，基于“项目”的教学方法是有效的。两类项目分别是“与机械测绘实践环节‘项目’相结合”“与机械装配‘项目’相结合”。[3]

1.教学大纲：

教学大纲是指导“项目”教学的纲领性文件。针对非机械类和机械类学生分别设置教学大纲。

2.“项目”教学课件：

通过与东软睿道的合作，建设基于校企合作的优秀教材和课件。以提高学生的工程实践能力为核心，结合高等工科院校工程训练体系运行的实践经验，课题组要制作“项目”教学课件。主体内容力求体现3D打印技术的基本知识和最新发展成果，文字简洁，注重知识的系统性和科学性，同时图文并茂便于自学。

“项目”教学教材及练习题：

为测试学生对实训相关基础知识的理解和掌握程度，针对3D 打印技术的“项目”教学内容编写教材和实训练习题。“教材与习题”紧扣3D 打印技术“项目”教学中的各个环节，检验教学效果。

3.师资建设：

通过项目的实施，培养了一支稳定的、多层次的实训教学指导教师队伍。以具有教学资历深、经验丰富、专家型、高水平特点的高级职称的教师作为3D打印技术“项目”教学的带头人，以接受新技术、新工艺能力较强的年轻教师作为实训教学指导教师。同时，适当引入了企业人员参加到工程实训队伍里来。课题组成员于2017年11月成功申报教育部高教司项目1项、2018年7月成功申报吉林省教育科学规划课题1项。[4]

四、“项目”的设计

结合东软睿道真实的“项目”资源为 3D 打印教学提供了切入点，使学生的想象和创意得以 实现。将学生的设计与效果建立起联系，促使学生增强对工程设计的兴趣。[5]

1.与机械测绘实践环节“项目”相结合

由一年级和二年级的学生组成“项目”小组。一年级的学生通过实体构件绘制草图。由二年级的学生辅助修改完善草图。然后，在有教师的参与下，对修改后的草图进行评估和交流，并解决所有问题。二年级和一年级的学生共同完成3D建模，并通过3D打印机完成模型的打印工作。最后，不同小组间进行自评和互评，并由指导教师点评每组学生完成情况。

2.与机械装配“项目”相结合

由一年级、二年级和三年级的学生组成“项目”小组。指导教师布置实训项目。学生通过三维模型软件分别建立机构部件的三维模型。并完成打印工作。在整个过程中，学生需要通过自己的努力（包括利用互联网、询问指导教师等）解决遇到的全部困难。最后，各小组间展示并交流心得，分享遇到的困难及解决办法。

结语

结合我院情况，项目组对3D打印技术在“项目”教学中的应用进行了探讨。经过半年的实践，学生提高了学习兴趣和创新能力，取得了较好的效果。接收十余名对3D打印技术兴趣浓厚的学生加入到项目组。这些学生根据自己的特长，参与科研教研项目。2018年5月在浙江余姚参加的“全国首届机器人创意大赛”上，我院3项入围决赛的魔方机器人里的大多数结构都是采用3D打印制作的。