3D打印技术项目化教学应用

3D打印技术项目化教学应用

张贤华 宋艳丽

远安县职业教育中心学校 444200

摘要：项目化学习（Project-Based Learning，简称PBL）又叫基于项目的学习，指围绕某个具体的学习项目，在实践与体验的过程中，将知识不断内化，构建个体的知识体系，从而形成专门的技能。学习者针对某一学习主题（问题），以产品（通常是小作品如笔筒、人像）设计，用三维建模软件或三维扫描设备完成3D建模，对模型进行切片处理并将小作品打印出来。在作品从设计到制造的项目式学习过程中，学生规避了“纸上谈兵”式的传统重理论轻实践的弊端，能够真正做到“做中学”，将机械化、枯燥的教材转变成有活力、有意义的项目问题，将知识学习转变成实际应用。针对职业高中学生素质一般不是很高，学生自学及自控能力停留在比较低档次的学情特点，创客教育的项目教学法借助示范项目帮助学生掌握最基础的知识，架起与新知识沟通的桥梁，然后运用知识迁移、协作讨论来完成对知识的意义建构。在完成一个个的精心设计的作品的过程中，学习者互相协作、分享经验与学习成果，学习热情不断被激发，主动性不断增强。

关键词：3D打印；项目化教学；应用

一、 3D打印人才需求及培养现状

3D打印拥有广阔的市场前景且向精密化、智能化、通用化以及便捷化不断发展，吸引了众多企业。国家制造业信息化培训中心主任鲁君尚表示，目前3D打印技术人才缺口很大，约为800万人，仍在不断增长。中国3D打印专业技术人才培养起步较晚，目前仍处于起步阶段，培养情况总体体现为职业素养有待提高、数量不足、知识与技能不匹配、专业和层次不合理等方面。自2013年起，3D打印人才培养在高校开始兴起，青岛电子学校和西京学院等高校相继开设3D打印的教育专业。2017年，“金砖国家技能发展与技术创新大赛——首届3D打印与智能制造技能大赛”吸引了来自68所高校及南非、俄罗斯等金砖国家300多名技术能手参与，使3D打印技术人才培养热潮在职业院校掀起。为响应3D打印技能大赛，培养3D打印技能人才，少数职业院校成立了3D打印工作室。2018年，人社部印发《人力资源社会保障部关于颁布<全国技工院校专业目录（2018年修订）>的通知》，将“3D打印技术应用”纳入技工院校专业目录，自2018年秋季学期开始施行，中等职业学校的3D打印人才培养走上正轨。目前，相关的3D打印技术专业仍在建设，课程体系在不断调整与完善之中，3D打印课程也处于不断探索与编订阶段。创客教育，以其项目化的教学方式、灵活的教学模式并可以3D打印机作为技术工具，支持学生动手实践能力、创新能力、团结协作、解决问题能力的培养，为中职3D打印技术创新型人才的培养提供了有效的途径。

二、项目化教学的设计

对学生的基础知识掌握的了解，3D打印技术应用课题内容的设计，以学校现有实习实训设备并结合学生专业设置合理可行的实训项目:一级减速机设计（二级减速机设计、桌虎钳设计、平口钳设计、飞行模型设计、无人机设计等）根据学生具体知识掌握程度选择相应难度的项目课题内容。

三、项目化教学实施

根据在校学生所学专业人才培养计划一体化教学任务安排，在第二学年第二学期安排4周一体化教学实践课程，设定课程实践项目:以2018机械设计专业学生为例:安排为期2周的一体化实践项目课题----一级减速机设计;班级分组共6组，每组6-8人，减速机项目要求:设备（计算机辅助设计机房电脑50台、3D打印机6台）工具（游标卡尺、钢板尺、斜口钳、电磨笔、什锦锉）材料（PLA、4A打印纸）;用caxa实体设计软件根据教师安排课程内容及要求，进行一级减速机的设计（包括:减速机输入轴、输出轴、传动齿轮、轴承、轴承盖、密封圈、减速机上箱体、下箱体）安装位置等因素进行设计----根据使用要求确定;各小组应用CAXA实体设计软件将设计出的图形以STL格式导出，使用切片软件对STL文件进行参数设置（打印精度、壁厚、填充、上下层厚度等相关影响零件打印质量参数进行设置----需在教师指导下进行）指导学生学习掌握学习;进行3D打印机使用:利用学校现有smart500工业级3D打印机进行学习并进行打印（包括:打印机的结构了解、操作方法、工作台调平方法、PLA材料的安装进丝、退丝方法、PLA材料断丝处理方法、吐丝口堵丝故障排除方法等），各小组将小组成员设计的模型分组进行打印，打印时间预计将有2天时间，在2天打印间歇时间内，安排学生学习逆向设计课程学习，学习逆向设计软件的使用方法与原理，安排学生学习3D扫描仪的使用，并对非标工件进行扫描练习，学习掌握逆向设计原理及方法应用;2天打印出所有零部件后，各组将所有零部件进行检测，试安装，对有问题零、部件进行检测记录（结构、尺寸精度、配合等问题）进行汇总，分析，并根据实际错误产品问题部分对照设计模型找出错误点，对模型进行相对应修改完善，做记录分析（留备资料，为今后的教学提供参考）然后对改进后的零部件再进行切片、3D打印（操作过程占总成绩30%）课程内容全部完成预计2周时间。最后用半天时间，将小组完成的作品（包括:CAXA实体设计模型原始资料、切片软件参数设置数据、打印安装的成品）由其他小组进行评价打分（小组互评占总成绩20%），学生考评平时成绩20%（包括:出勤、小组分工工作完成情况、设备的使用、维护、保养、场地的清洁、工量具整理摆放----培养学生良好的职业素养），一级减速机成品成绩30%（包括:3D模型建模、软件应用、打印产品的质量等）。

通过以上项目式教学，较为真实的接近实际应用，通过教师（用户）提出技术要求（结构、使用性能、场合、技术要求等相关信息），使之成为学生学习过程要完成的项目任务，学生分组，使人员合理分配，在小组确定后，由组长进行任务分解（在老师的指导下），定任务、定具体工作内容、定时限（合理分配时间以保证在规定的时限内完成任务）安排工作进度，根据项目任务，合理安排设备使用（因设备有限，需各小组协调分段使用设备，并计入考核---培养学生管理协调使用设备的能力），小组内还需要进行任务分解，做到每个人都有工作内容，每个人的工作进度及任务完成情况将影响整个小组整体项目的进度（培养学生协调工作及个人工作能力）。最后评价方式由以前教师一人评价改为:平时成绩、小组互评打分、教师综合评价的方式进行评判，让结果更具广泛性和说服力。

项目式教学的应用具有更为接近现实生产要求，更贴近实际。项目式教学能够让学生全程参与项目的任务要求、设计环节、设备的调试与使用环节、产品加工环节、产品的检验与校对环节、产品最终完成评价环节、项目熟悉、资料收集与整理过程、项目任务内容分解、工作任务分配、进度计划安排与调整、检测检验验收评价等相关所有产品设计、加工、检验、验收到完成所有环节工作，真正做到，与实际接轨。

项目化教学优势在于，增大学生对学习内容的参与度，能够有效培养个人及团队工作能力，提高学生的学习兴趣，今后开展机器人设计项目、无人机设计项目、进行小组之间的竞赛，可大大提高学生的学习兴趣，学生逐步养成良好的学习习惯、锻炼对工作任务的分析与安排解决问题的能力。项目式教学的应用在3D打印课程中进行，积累一定经验将逐步推广到其他课程的一体化教学实践中，取得更广范围的教学成效。

参考文献

[1]基于数字化逆向建模的3D打印实验教学[J].成思源，周小东，杨雪荣，张湘伟，郭钟宁.实验技术与管理.2015（01）

[2]王雪莹. 3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012（26）:3-5.