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3D打印在创新实训中的应用与实践

2022-10-24  |  点击:  |  栏目:论文中心

本文作者:高波 宋娟 贺海燕 发表期数:现代职业教育 2022年33期 本文字数:2466

  [摘           要]  针对学生缺乏创新意识、主动发现并解决问题的能力不足的问题,提出将3D打印技术融入创新实训中并全程贯穿思政内容。同时,三个教学案例可为模型绘制、创新设计和课程思政提供借鉴。通过实践教学,该模式能有效发挥学生的主观能动性,激发学生的创新精神与学习兴趣,从而提升教学效果。
  [关    键   词]  3D打印;创新实训;教学设计
  [中图分类号]  G712                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603(2022)33-0065-04
   3D打印是以计算机图形数据为基础,通过逐层堆积的方式构建实体的,具有高柔性制造以及对复杂零件自由快速成型的特点[1],在教育、电子、医学、建筑工程等领域广泛应用。徐巍等人将独立的理论知识教学与工程实践教学联系起来,以学生为中心,采用多媒体课件、现场演示和实际操作相结合的方式开展“创客教育”[2]。王小新团队在塑料制品设计课程教学中将工程实践中广泛应用的CAD/CAE技术和3D打印技术引入课程教学,提高该课程教学效果的同时促使学生学习和应用CAD/CAE软件[3]。张济明以中职《3D打印项目课程》开发为研究内容,通过情境学习促进人才培养[4]。朱鹏将3D打印技术应用于职业院校机械制图课程教学中,从课程设计、课程实施、课程测试等方面进行创新改革[5]。
   教师要把“双创”教育融入思想政治教育、文化课程教育、专业课程教育、社团活动、实践活动之中,让高校学生在掌握扎实专业知识的同时,具备较强的创新意识和创业意识,从而提升高校学生的创新能力和创业能力[6]。由于个体差异,学生对知识的掌握程度不尽相同,部分学生缺乏创新能力,缺少主动发现并解决问题的勇气和能力,甚至有的学生内向且缺乏自信导致回答问题时不能完整地表达其真实想法,需要开展多种教学形式以提高学生的综合能力。本文在榆林职业技术学院慧鱼创新实训课程中添加3D打印内容,,通过创新实训的形式提高学生创新能力。
   一、3D打印技术
   (一)3D打印原理
   3D打印技术按照成形工艺可分为:基于激光或高能量密度热源的成形技术(包括光固化成形SLA、分层实体制造LOM、选区激光烧结SLS和选区激光熔化SLM等工艺)和基于喷射的成形技术(包括熔融沉积制造FDM、三维印刷成形3DP等工艺)[7]。
   3D打印技术基于“离散/堆积成形”的思想,其步骤为:首先设计三维模型;然后根据工艺要求将该模型离散为一系列有序的二维单元(切片);其次根据每个层片的轮廓信息进行工艺规划,根据加工参数自动生成数控代码;最后逐层打印并堆叠得到三维实体,3D打印技术原理如图1所示[7]。
   (二)3D打印设备
   根据3D打印的特点和成本及推广程度,本文涉及的工艺是FDM和SLA。主要设备为基于FDM工艺的MakerBot Replicator Z18和基于SLA工艺的CREALITY LD-006,切片工具为打印机配套软件,三维建模软件为CATIA P3 V5R21。
   二、慧鱼创新实训
   为了培养学生的创新思维,进一步提高学生的动手能力和团队协作能力,并锻炼其随机应变和语言表达能力,榆林职业技术学院根据机电一体化技术专业的人才培养方案开设慧鱼创新实训课程。该课程以慧鱼创意组合模型为载体,开展为期1周30学时的实训。该实训开设在五年制机电一体化专业第8学期,学生已经学习了机械制图、机械设计基础、UG、液压与气动技术、自动检测技术、PLC应用技术、创新创业等课程的相关知识,有一定的专业知识储备。
   该实训一周五天的授课安排为:3D打印、机械作品创新设计、电子作品创新设计及编程、气动模型创新设计、综合创新设计及总结汇报。课程考核成绩构成为:平时成绩占比20%、创新作品设计占比40%、作品汇报(作品、视频介绍、说明书、PPT和路演成绩)占比40%。其中3D打印模块6课时,具体安排为:三维模型绘制(3课时)、模型处理及3D打印机操作(1课时)、创新设计2课时。由于上课时间有限,实训室全天向学生开放,学生可利用课余时间完成作品打印。
   课堂上教师以启发式引导为主,通过生活中的案例的升級和改装,激发学生学习兴趣,让学生通过制作简单模型,提高其动手能力。利用不同的案例潜移默化,增强学生的创新思维意识,提升发现问题及解决问题的能力。在教学过程中及时调动学生参与课堂的积极性,培养学生的阶段性成就感,并在与团队的协作过程中培养学生与人沟通的能力和职业素养。实训中全程贯穿课程思政内容,构建全员育人、全程育人、全方位育人格局,实现教育立德树人的根本任务。
   三、实训中的3D打印案例
   (一)三维绘图:未来的她的礼物
   由于学生已有三维软件建模的基础,再使用CATIA软件进行模型绘制会较容易上手。课程内容包括草图设计、零件建模、装配体设计和曲面设计等。由于实训时安排3D打印教学的时间较少,不能系统地讲授所有操作命令,对学生的吸收能力要求较高。
   思路来源:课间休息时,一位学生谈论到他要设计一个3D打印作品送人,不知道该怎么设计。其他学生起哄说该同学要去约会,要为其女朋友设计礼物。为了提高学生设计热情,授课教师跟随气氛进行设计。
   教学过程:

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    刊物简介
      现代职业教育
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    • ISSN:2096-0603
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