潘丹丹

摘 ? 要：根據(jù)《中國制造2025》的方針政策，《中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)目錄》中加入了增材制造課程，3D打印課程將會是中職學(xué)校增材制造專業(yè)的一門主干課程。廈門市海滄區(qū)職業(yè)中專學(xué)?！?D打印技術(shù)應(yīng)用》校本課程根據(jù)國家課程改革要求，結(jié)合學(xué)生發(fā)展的實(shí)際狀況，綜合利用教師的課程開發(fā)能力與特長，充分調(diào)動本校的課程資源而開發(fā)的設(shè)計(jì)課程，。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);校本教材;課程創(chuàng)新;教學(xué)實(shí)踐

1 ?3D打印校本教材創(chuàng)新的理論與實(shí)踐背景

2015年，國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》中提出推進(jìn)信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展的要求，把智能制造作為我國科技制造發(fā)展新時(shí)期的主攻方向[ 1 ]。2019年，教育部發(fā)布新版《中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)目錄》意見函，在中等職業(yè)學(xué)校加工制造專業(yè)大類中，新增了工業(yè)機(jī)器人、增材制造、新能源汽車裝修與檢測三項(xiàng)專業(yè)[ 2 ]。其中3D打印技術(shù)作為增材制造技術(shù)中最受矚目的一項(xiàng)，近幾年來技術(shù)發(fā)展迅猛、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，3D打印專業(yè)人才市場需求巨大，也為中職院校培養(yǎng)3D打印專業(yè)技術(shù)人才提供了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

我校自2015年開始開設(shè)《3D打印》課程，調(diào)查試用過大量市場上現(xiàn)有的教材，仍然未能找到符合中職學(xué)校3D打印專業(yè)教學(xué)需求的教材?？傮w來說，現(xiàn)有教材有以下幾點(diǎn)不足：（1）打印機(jī)型號太多太雜，每個(gè)打印機(jī)的操作方法不一，學(xué)生無法針對書本自主學(xué)習(xí);（2）目前市場上的教材理論性知識太多，案例數(shù)量不夠支撐整個(gè)學(xué)年的學(xué)習(xí);（3）通用教材內(nèi)容片面，沒有很好地體現(xiàn)中職學(xué)生的實(shí)踐操作能力和分層次教學(xué)。

而校本課程是根據(jù)學(xué)校具體教育教學(xué)客觀實(shí)際情況而編寫的，與國家課程與地方教材相銜接，能夠發(fā)揮學(xué)校在課程設(shè)置上的自主權(quán)、充分調(diào)動一線授課教師的經(jīng)驗(yàn)智慧、貼近實(shí)際教學(xué)場所與學(xué)生學(xué)情，靈活創(chuàng)新和配合行業(yè)最新動態(tài)，具有不可替代的課程創(chuàng)造力與專業(yè)創(chuàng)新性。為更好地組織符合我校教學(xué)實(shí)際的3D打印專業(yè)課程，我校3D打印任課教師經(jīng)過長達(dá)五年的教學(xué)實(shí)踐，創(chuàng)新總結(jié)出一套適合中等職業(yè)學(xué)校3D打印專業(yè)教學(xué)的校本課程。

2 ?3D打印校本課程大綱

2.1 ?課程簡介

3D 打印（3D printing），即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以 3D 數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過逐層打印可粘合的材料（包括塑料、金屬、生物材料等）方式來構(gòu)造物體的技術(shù)[ 3 ]。3D 打印已在科研、教育、制造等行業(yè)得到越來越多應(yīng)用。3D 打印機(jī)和3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（UG）結(jié)合可以有效培養(yǎng)中職學(xué)生的設(shè)計(jì)素養(yǎng)和創(chuàng)新潛質(zhì)，為學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)入前沿工業(yè)加工制造領(lǐng)域打下技術(shù)基礎(chǔ)，也為學(xué)生在高校進(jìn)一步深造提供專業(yè)基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)。

本校本教材主要采用北京龍宇打印機(jī)作為課程實(shí)驗(yàn)配套工具，利用互聯(lián)網(wǎng)+教育的模式進(jìn)行編寫，充分響應(yīng)信息化時(shí)代對專業(yè)課程教育帶來的巨大影響，以最高效貼近我國工業(yè)加工制造行業(yè)發(fā)展實(shí)際的方式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)[ 4 ]。本校本教程的編制既考慮了實(shí)用性和創(chuàng)新性，又考慮了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，由易到難，層層遞進(jìn)。全書由四個(gè)單元組成，從3D打印概述到教學(xué)案例再到學(xué)生創(chuàng)新，尤其是課程的后兩單元，采用項(xiàng)目式教學(xué)，“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”。這種課程設(shè)計(jì)能夠整體滿足正向建模與3D打印的教學(xué)需求，也符合我校對3D打印專業(yè)的定位——在教授學(xué)生扎實(shí)掌握專業(yè)操作的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)高素質(zhì)3D打印專業(yè)人員。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生們可以掌握如何應(yīng)用3D設(shè)計(jì)軟件來表達(dá)頭腦中的創(chuàng)意，并通過操作3D打印機(jī)設(shè)備將自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)圖紙實(shí)現(xiàn)為千奇百態(tài)的真實(shí)物品，充分感受創(chuàng)新創(chuàng)造的樂趣，逐步激發(fā)學(xué)習(xí)動力與創(chuàng)新能力。

2.2 ?教學(xué)對象

我校增材制造專業(yè)和機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，需要具有一定的計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、物理基礎(chǔ)。

2.3 ?教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排（如表1所示）

3 ?3D打印校本課程的具體實(shí)施

3.1 ?第一單元：3D打印技術(shù)

在最開初的3D打印技術(shù)導(dǎo)論部分，主要從三個(gè)方面進(jìn)行介紹：3D打印技術(shù)的重要意義、3D打印技術(shù)的主要類型、3D打印的材料分類。經(jīng)過初步的教學(xué)，使學(xué)生對3D打印有了初步的認(rèn)識，了解3D打印技術(shù)的工作原理。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹我校使用的FDM 3D打印技術(shù)，使得學(xué)生對FDM 3D打印技術(shù)的工作過程、FDM 3D打印材料、FDM 3D打印技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)有更加深入的理解。

3.2 ?第二單元：FDM 3D打印機(jī)

本章節(jié)主要針對我?，F(xiàn)有的教學(xué)打印機(jī)進(jìn)行編寫，主要從四個(gè)部分進(jìn)行講解：

（1）認(rèn)識桌面式3D打印機(jī)（FDM）

（2）首次安裝及使用指南

詳細(xì)講解了打印機(jī)的安裝步驟，學(xué)生可以自己根據(jù)書本提示進(jìn)行安裝，尤其是對于首次安裝順序。

（3）打印機(jī)核心軟件

本節(jié)從主界面、打印機(jī)設(shè)置、加載模型及模型操作這幾個(gè)步驟詳細(xì)講解了切片軟件的使用過程。

（4）3D打印模型設(shè)計(jì)的技巧及注意事項(xiàng)

學(xué)生在動手操作實(shí)踐的過程中會遇到各式各樣的困難，校本教程中把常見問題進(jìn)行整理并有針對性的提供解決方案，使得學(xué)生在設(shè)計(jì)用于3D打印的模型時(shí)，能活用這些技巧，將大大提高模型打印的成功率及打印的效果。

3.3 ?第三單元：教學(xué)實(shí)例講解

本單元一共10個(gè)案例（具體內(nèi)容見表2），在案例選取上結(jié)合工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的典型案例和機(jī)械行業(yè)的相關(guān)案例，符合我校專業(yè)特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合3D打印使學(xué)生不僅掌握軟件的操作還能通過實(shí)物對機(jī)械零部件有更深入地了解，使學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識更加牢固。

全單元主要采用任務(wù)式教學(xué)方法，教師示范教學(xué)，學(xué)生跟著建模和打印，最終達(dá)到學(xué)生能夠熟練掌握3D打印建模軟件使用的教學(xué)目的。

例如在講解實(shí)例1鉆頭的時(shí)候，教學(xué)難點(diǎn)是“沿引導(dǎo)線掃掠”這個(gè)指令，那我們就把詳細(xì)的繪圖步驟一步一步的寫下來，如圖1所示，學(xué)生完全可以根據(jù)書中的步驟自行建模，這種教學(xué)形式能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

3.4 ?第四單元：創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)

本單元采用的10個(gè)案例是生活中常見的物品（具體內(nèi)容見表3），跟上個(gè)單元相比增加了設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)。

我們發(fā)現(xiàn)目前大部分學(xué)校的3D打印課都只停留在學(xué)生依葫蘆畫瓢，學(xué)生必須根據(jù)已經(jīng)提供的范例要求按部就班地一步步操作，完成整齊劃一的作品建模，打印出來的實(shí)物也是一模一樣。這種固定刻板的教學(xué)方式忽略3D打印本身的優(yōu)勢——創(chuàng)新，我校教師根據(jù)我校的學(xué)生特點(diǎn)，著重在這一單元加入創(chuàng)新的元素，使得學(xué)生明白3D打印課程，并不是根據(jù)指示建個(gè)模型進(jìn)行打印就行了，而是要能發(fā)散我們的思維，把天馬行空的想象轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品。讓學(xué)生體驗(yàn)到自由的設(shè)計(jì)創(chuàng)造過程，切身感受到設(shè)計(jì)的樂趣，同時(shí)加入生活中的實(shí)用案例，讓學(xué)生意識到生活中個(gè)性化設(shè)計(jì)的意義，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，逐步使得創(chuàng)新創(chuàng)造成為習(xí)慣，成為學(xué)生終身職業(yè)生涯發(fā)展的習(xí)慣。

例如：在實(shí)例3 “刀”的設(shè)計(jì)中，首先給學(xué)生一個(gè)框架，即刀柄的二維圖紙，如圖2所示，讓學(xué)生根據(jù)圖紙的要求繪制出三維模型并打印，這也很好的鞏固了上一章課程的知識點(diǎn)。

然后要求學(xué)生根據(jù)任務(wù)一完成的三維數(shù)字模型文件，進(jìn)行刀身的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。請?jiān)诘侗幕A(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)刀身，具體要求如下：刀身能與刀柄配合，且孔位對上;刀身要求外形設(shè)計(jì)美觀，多功能實(shí)用，至少能分清刀刃、刀背;刀身設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，有足夠的強(qiáng)度支撐;符合 3D 打印制作工藝。

學(xué)生自行創(chuàng)造建模并打印，最終完成的作品各式各樣，部分學(xué)生作品見圖3。

這一章節(jié)采取分組教學(xué)，小組合作的形式，每個(gè)小組3-4個(gè)人，自行分配任務(wù)，最后完成再進(jìn)行展示、講解，師生互評等。

評分標(biāo)準(zhǔn)如下：

任務(wù)一 ?三維模型繪圖（表4）（30 分）

任務(wù)二 ?產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)（表5）（30 分）

任務(wù)三 ?產(chǎn)品 3D 打印與后處理（表6）（30 分）

任務(wù)四 ?職業(yè)素養(yǎng)（表7）（10 分）

整個(gè)章節(jié)采用項(xiàng)目式教學(xué)法的教學(xué)模式，采取分組教學(xué)，小組合作的形式，每個(gè)小組3-4個(gè)人，自行分配任務(wù)。每個(gè)環(huán)節(jié)都相應(yīng)給評分標(biāo)準(zhǔn)，最后完成再進(jìn)行展示、講解、師生互評等。其中加入了職業(yè)素養(yǎng)分，旨在培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德、安全操作規(guī)程等行為，使學(xué)生養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)，為將來的實(shí)際工作奠定良好的工作作風(fēng)。

4 ?課程建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)與不足

我校3D打印校本教程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，充分發(fā)揮了校本課程的創(chuàng)造性，深入貼近我校學(xué)生學(xué)情與就業(yè)要求，目前課程建設(shè)取得成果的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：

（1）教學(xué)層次清晰，教材難度從易到難，理論聯(lián)系實(shí)際;

（2）教材案例豐富，步驟示范清晰而詳盡，適合學(xué)生用以自主學(xué)習(xí);

（3）緊密聯(lián)系行業(yè)前沿，選取的案例符合生產(chǎn)生活實(shí)際，符合我校專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo);

（4）培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)專業(yè)能力的同時(shí)，注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學(xué)中時(shí)刻貫徹學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的提高。

我校3D打印校本教程經(jīng)過5年的實(shí)踐創(chuàng)造，雖已經(jīng)取得喜人的進(jìn)展，但仍存在一些有待改進(jìn)的不足，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）應(yīng)加入信息化手段，在書中添加二維碼看視頻功能，使學(xué)生可以通過微課更直觀學(xué)習(xí);

（2）本書把過多內(nèi)容放在設(shè)計(jì)建模上，針對學(xué)生在3D打印過程中出現(xiàn)問題的指導(dǎo)還有待進(jìn)一步的完善，如支撐、位置擺放、打印速度、打印溫度等對打印結(jié)果的影響寫的太籠統(tǒng)，沒有案例支撐，需在后期收集案例并增加進(jìn)去;

（3）在案例開發(fā)中還要注重加強(qiáng)校企合作，在與企業(yè)合作的過程中汲取最先進(jìn)、最前沿的技術(shù)，并運(yùn)用到教學(xué)中去， 不斷優(yōu)化實(shí)操過程與步驟，提升教學(xué)效率，為學(xué)生全面掌握3D打印技術(shù)創(chuàng)造良好的條件。

5 ?小結(jié)

經(jīng)過5年來的3D打印教學(xué)實(shí)踐與創(chuàng)造，我校研發(fā)的3D打印校本課程在應(yīng)用中更符合學(xué)生實(shí)際專業(yè)特點(diǎn)，也取得了一定的成效，畢業(yè)的部分學(xué)生能根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識走向一些工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)崗位，這也是我們開設(shè)3D打印課程培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)之一。之所以能取得這樣的成果，離不開學(xué)校對新專業(yè)前沿發(fā)展的重視，尤其是在課程的開設(shè)初期，組織專業(yè)教研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行前期調(diào)研和情境分析、擬定課程開發(fā)目標(biāo)、 編制課程開發(fā)方案。當(dāng)然，這是個(gè)更新?lián)Q代異常迅速的年代，我們的教材也要不斷的隨著時(shí)代的發(fā)展而改變，未來的開發(fā)還會面臨很大的挑戰(zhàn)性和競爭力。

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