高成德 馮佩 帥詞俊 金嬌

摘 ?要：機(jī)械制圖是一門具有很強(qiáng)實(shí)踐性的機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)空間想象和邏輯思維能力都有著較高的要求，但由于教學(xué)內(nèi)容守舊單一、教學(xué)手段不夠豐富等問題，教學(xué)質(zhì)量往往差強(qiáng)人意。通過認(rèn)識(shí)機(jī)械制圖課程的教學(xué)目標(biāo)、特點(diǎn)以及現(xiàn)存問題，提出將3D打印技術(shù)融入機(jī)械制圖課堂教學(xué)過程中，并給出了具體實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)3D打印與機(jī)械制圖的有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與積極性，提高機(jī)械制圖課程的教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：3D打印 ?機(jī)械制圖 ?教學(xué)改革 ?機(jī)械工程

中圖分類號(hào)：G642 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）06（b）-0022-02

作為一種前沿性的先進(jìn)制造技術(shù)，3D打印以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，以粉末狀可粘合材料為原料，通過逐層堆疊累積方式構(gòu)造物體，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一”。該技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要任何模具和夾具，就能直接通過計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)制造出三維實(shí)體零件，而且得益于獨(dú)特的分層制造理念，3D打印能夠加工傳統(tǒng)技術(shù)難以制造的復(fù)雜形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有高度柔性、快速有效的特點(diǎn)[1]，能夠快速體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，極大地提高產(chǎn)品研發(fā)效率并降低生產(chǎn)成本。

高校的生存和發(fā)展依賴教學(xué)質(zhì)量的保障，而高校教師在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)與專業(yè)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)保持一致，才能更好地開展應(yīng)用型教學(xué)。3D打印雖然在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造方面擁有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但目前更多應(yīng)用于科學(xué)研究、私人定制等受眾較窄的領(lǐng)域，3D打印不應(yīng)是成本高昂、讓人無法企及高深科學(xué)，關(guān)于其應(yīng)用于教育教學(xué)工作的探索應(yīng)進(jìn)一步深入，不斷完善3D打印教育創(chuàng)新，使3D打印從象牙塔里的前沿科技，發(fā)展成為融入學(xué)校、家庭和社會(huì)教育常態(tài)的技術(shù)。

對(duì)于機(jī)械工程專業(yè)，3D打印代表著高端制造的發(fā)展方向，開展3D打印技術(shù)的教育教學(xué)工作尤為重要和迫切。而作為該專業(yè)十分重要的基礎(chǔ)課程，機(jī)械制圖是學(xué)生從事專業(yè)領(lǐng)域工作和研究的最基本技能。若能在機(jī)械制圖教學(xué)中融入3D打印技術(shù)，可以使教學(xué)工作緊跟前沿科技發(fā)展動(dòng)態(tài)，改變教師一個(gè)人講、學(xué)生被動(dòng)聽的教學(xué)現(xiàn)狀，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新的積極性，進(jìn)而提高課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1 ?機(jī)械制圖課程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題

機(jī)械制圖是工程類、特別是機(jī)械專業(yè)必修的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究機(jī)械圖紙的繪制（畫圖）和識(shí)讀（看圖）規(guī)律與方法的一門課程。該課程既注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，又需要大量的實(shí)踐鞏固所學(xué)知識(shí)，使學(xué)生掌握其中的原理和方法，為培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和繪圖技能打下必要的基礎(chǔ);同時(shí)，它又是學(xué)習(xí)后續(xù)課程和完成課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)不可缺少的基礎(chǔ)技能。

但是目前機(jī)械制圖的教學(xué)過程中還存在一些常見的問題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容守舊單一

目前機(jī)械制圖課程仍側(cè)重于理論知識(shí)的講解，實(shí)踐的課時(shí)占的比例相對(duì)較少，而且學(xué)生多是通過二維剖面圖的形式來認(rèn)識(shí)零件，部分學(xué)校有實(shí)物供學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，但也僅限于一兩種簡單結(jié)構(gòu)的零部件，內(nèi)容過于單一，學(xué)生缺乏對(duì)大部分零件內(nèi)部構(gòu)造的直觀了解。更重要的是，教學(xué)內(nèi)容和過程缺乏與領(lǐng)域發(fā)展前沿的有效融合，使學(xué)生難以與時(shí)俱進(jìn)地接觸學(xué)習(xí)這些前沿知識(shí)。

1.2 教學(xué)手段不夠豐富

近年來，隨著教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的完善與提高，大部分學(xué)校實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)，可以通過電腦、投影儀等設(shè)備播放PPT、視頻等材料。這些內(nèi)容的加入無疑使課程在原先只有教材和簡單模型的基礎(chǔ)上又進(jìn)了一步，但實(shí)際取得的效果并不明顯。大部分課堂上還是老師包辦多、學(xué)生主動(dòng)少。教師灌輸知識(shí)多，而學(xué)生自學(xué)少，導(dǎo)致學(xué)生很多知識(shí)都缺乏理解。這樣的情況導(dǎo)致學(xué)生的主觀能動(dòng)性受到了影響，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神，也限制了學(xué)生的想象力[2]。

2 ?3D打印應(yīng)用于機(jī)械制圖課程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

將3D打印技術(shù)融入機(jī)械制圖的課程教學(xué)中，可以完美利用3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)解決機(jī)械制圖課程中所存在的問題。機(jī)械專業(yè)本身就需要將理論和實(shí)踐相結(jié)合，而機(jī)械制圖更是一門注重將理論運(yùn)用于實(shí)際的課程。因此，將更多的實(shí)踐內(nèi)容引入課堂有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而提高教學(xué)質(zhì)量[3]。

3D打印的建模階段為學(xué)生提供了建模的機(jī)會(huì)，學(xué)生需要在讀懂二維平面圖的基礎(chǔ)上，利用建模軟件將二維平面圖轉(zhuǎn)化為三維立體圖，在這個(gè)過程中既鍛煉了學(xué)生的讀圖能力，又鍛煉了學(xué)生的空間想象力，而且將腦海中想象的三維圖形呈現(xiàn)在建模軟件中，便于糾正錯(cuò)誤、加深印象。當(dāng)然，3D打印最主要的優(yōu)勢(shì)還是能將各種復(fù)雜形狀與結(jié)構(gòu)的模型方便快捷地打印成真實(shí)的實(shí)物呈現(xiàn)，利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)，教師可以提供豐富多樣的模型供學(xué)生參考，學(xué)生可以直觀觀察模型結(jié)構(gòu)，從而更準(zhǔn)確地將三維實(shí)物圖繪制成二維工程圖。教師也可以利用學(xué)生對(duì)新興技術(shù)的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自主建模，并在課堂上演示學(xué)生所建模型是如何打印成型的，進(jìn)而讓學(xué)生獲得強(qiáng)烈、真實(shí)的認(rèn)知體驗(yàn)和參與感，有利于進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3 ?3D打印應(yīng)用于機(jī)械制圖課程教學(xué)的具體實(shí)施方案

第一，在課程開始階段，運(yùn)用已有的多媒體手段，將課程大綱知識(shí)點(diǎn)介紹給學(xué)生，內(nèi)容完整清楚，條理清晰，突出重點(diǎn)，使學(xué)生充分了解該課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，對(duì)今后的學(xué)習(xí)方向有初步概念[4]。

第二，利用現(xiàn)有的簡單模型，安排一次課堂繪圖課，學(xué)生通過對(duì)照簡單模型實(shí)物繪制二維工程圖，在實(shí)踐中熟悉所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，初步掌握繪圖技巧與注意事項(xiàng)，教學(xué)課程中可多與老師同學(xué)進(jìn)行討論，盡可能多地解決盲點(diǎn)與誤區(qū)，為之后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

第三，老師對(duì)3D打印技術(shù)做具體介紹，使學(xué)生初步了解3D打印的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，充分激發(fā)學(xué)生的探索興趣。然后根據(jù)課堂人數(shù)將學(xué)生分為若干學(xué)習(xí)小組，分組原則是每個(gè)小組需至少有一個(gè)熟悉三維建模軟件的學(xué)生，教師給出特定的二維工程圖，要求學(xué)生課后小組討論，在正確識(shí)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維建模，并于下次課堂上交所建模型，挑選出建模最準(zhǔn)確的一組模型，用3D打印技術(shù)將其具現(xiàn)為實(shí)物，讓學(xué)生初步感受到3D打印的魅力，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

第四，教師給學(xué)生布置大作業(yè)，小組成員通過自主設(shè)計(jì)或網(wǎng)上查找素材的方式，進(jìn)行自主三維建模，每個(gè)小組交出一個(gè)三維模型作品，教師根據(jù)這些作品，挑選最具代表性與繪圖可行性的模型，用3D打印技術(shù)將模型具現(xiàn)為實(shí)物，分發(fā)到各個(gè)小組手中，再進(jìn)行二維工程圖的繪制。學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)出來的新模型進(jìn)行繪制，通過參與整個(gè)作品的設(shè)計(jì)并最終呈現(xiàn)為實(shí)物，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的樂趣與全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4 ?結(jié)語

通過分析機(jī)械制圖課程教學(xué)存在的問題和3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提出將3D打印融入機(jī)械制圖的課程教學(xué)過程中，不僅能巧妙地將教材中抽象理論知識(shí)與實(shí)踐技能有機(jī)融合，還能將最新的計(jì)算機(jī)圖學(xué)融入教學(xué)過程中，同時(shí)豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，最終起到良好的教學(xué)效果，完美契合該課程的教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)

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[2] 郭永鳳.《機(jī)械制圖》教學(xué)中存在的問題與對(duì)策[J].科技風(fēng)，2017（23）：45.

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[4] 周屹.基于3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)中教學(xué)改革探索[J].戲劇之家，2018（33）：103.