蔡小妹

摘 要：3D打印技術(shù)作為傳統(tǒng)制造工業(yè)中新出現(xiàn)的一種加工方式，在社會各行各業(yè)得到了大力的推廣和應(yīng)用。將其應(yīng)用于中等職業(yè)學(xué)校交通運輸類汽車應(yīng)用與維修專業(yè)汽車電器的教學(xué)過程中，可以很大程度地改變現(xiàn)有專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容枯燥、缺乏創(chuàng)新和應(yīng)用性的現(xiàn)狀，使學(xué)生在實體模型的幫助下更好地理解和掌握教學(xué)重點和難點環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的汽車電器教學(xué)是將理論知識與實訓(xùn)操作分開上課，而今，教師可以借助3D打印技術(shù)的3D打印模型輔助汽車電器課堂，讓學(xué)生更為透徹地掌握所學(xué)知識，并加以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);汽車電器教學(xué);教具

汽車電器是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程。汽車電器課程理論講解部分應(yīng)該在實操中得到體現(xiàn)，以達到預(yù)期的效果。也就是說，學(xué)生應(yīng)該實際安裝和操作汽車電器零部件。這就要求學(xué)校實訓(xùn)室建設(shè)中購買相關(guān)的教學(xué)設(shè)備或帶學(xué)生到本專業(yè)相關(guān)企業(yè)進行頂崗實習(xí)。在教學(xué)中，這樣做雖然可以讓學(xué)生人人動手，但是會造成教學(xué)成本的提高和人事管理的麻煩。怎樣處理好汽車電器教學(xué)中教與學(xué)的對立統(tǒng)一，實現(xiàn)教學(xué)資源利用的最大化？日新月異的科技發(fā)展似乎給我們帶來了解決途徑。

一、中等職業(yè)學(xué)校汽車電器教學(xué)現(xiàn)狀

汽車電器課程是中等職業(yè)學(xué)校交通運輸類專業(yè)的核心課程之一，主要內(nèi)容是汽車電器設(shè)備的構(gòu)造、原理及其維護、維修等相關(guān)知識，具有較強的理論性以及實操性?，F(xiàn)在的中等職業(yè)學(xué)校汽車電器專業(yè)課程的教學(xué)較為注重理論知識的學(xué)習(xí)，如工作原理的理論學(xué)習(xí)，而往往忽略實訓(xùn)操作的重要性，導(dǎo)致學(xué)生動手能力差、故障判斷不明確等問題，主要原因是汽車電器的教具選擇不恰當。汽車電器專業(yè)教師大多會選擇利用教具進行講解、示范和案例展示，這類的教具大多是汽車零部件1∶1制作而成或者汽車拆下的零部件，此類教學(xué)用具既重，安裝拆卸又煩瑣，很難真正引起學(xué)生興趣，也很難保障學(xué)生掌握汽車零部件之間的傳動與工作原理，更難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和能力。

二、認識3D打印技術(shù)

在工業(yè)4.0的發(fā)展浪潮中，工業(yè)機器人、3D打印、云計算、虛擬現(xiàn)實、人工智能等正在各行各業(yè)迅速發(fā)展，熠熠生輝。3D打印作為一項新興技術(shù)，在中國和工業(yè)4.0的發(fā)展規(guī)劃中發(fā)揮著重要作用。那么，3D打印可以應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？3D打印又能用來做什么呢？3D打印走向職業(yè)教育，現(xiàn)代技術(shù)的更新速度快，教學(xué)中使用教具的選擇，傳統(tǒng)的模具教具一批一批地采購，造成教學(xué)資源的浪費?，F(xiàn)如今，教學(xué)中可以借助3D打印技術(shù)來優(yōu)化教學(xué)流程，從而達到理實一體化教學(xué)的目的。

3D打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，相對于傳統(tǒng)減材制造與等材制造，增材制造是一種“自下而上”材料堆加的制造工藝。它能夠基于逐層打印方式，依托數(shù)字模型文件和粉末材料，快速構(gòu)造物體，將三維設(shè)計圖紙以實體物品的方式呈現(xiàn)出來。在應(yīng)用該技術(shù)時，必須以3D打印機為載體。具體成型過程如下：首先通過計算機3D軟件建模，或?qū)ΜF(xiàn)有物體進行全面掃描，然后將構(gòu)建好的3D模型分層切片，最后指導(dǎo)3D打印機用打印材料逐層打印，層疊形成3D零件。

（一）3D打印技術(shù)的類型

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)打印材料、成型方式的不同，劃分出了很多不同的技術(shù)類型。如材料擠出型、光固化型、粉末床融合型。學(xué)校用的桌面機大部分采用的是材料擠出型（FDM），是將熱熔性材料加熱融化呈半流體狀態(tài)（塑料、樹脂、尼龍、蠟等），通過擠壓從噴嘴擠出，噴頭按照預(yù)定軌跡運動，被擠出的材料瞬間冷卻成型。主要的耗材就是熱熔性塑料，比如PLA、ABS之類的。

（二）3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用特點

在汽車生產(chǎn)過程中，零件種類繁多，每個零件的生產(chǎn)周期和成本是汽車生產(chǎn)過程中需要嚴格控制的參數(shù)。為了縮短汽車研發(fā)和生產(chǎn)周期，3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的引入和汽車零部件的快速生產(chǎn)，可以大大提高零部件的生產(chǎn)效率，同時也可以大大提高汽車零部件的整體生產(chǎn)質(zhì)量，從而降低汽車零部件的制造成本。此外，在汽車零部件生產(chǎn)中使用3D打印技術(shù)，可以及時調(diào)整汽車零部件研發(fā)中的細微偏差，快速確認汽車零部件的工作原理和可行性，從而有效縮短汽車零部件的開發(fā)周期。同時，如果采用3D打印技術(shù)制作汽車模具，能夠加工出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具，可以有效縮短制造時間，更好地加強對制造精度的控制，從而有效提高模具的使用壽命。

三、3D打印技術(shù)在中職汽車電器教學(xué)中的應(yīng)用

在汽車電器的教學(xué)中，我們常常使用汽車上面的配件來現(xiàn)場教學(xué)，但是對于單個系統(tǒng)來說，學(xué)生是很難全看到內(nèi)部構(gòu)造的。通過引入3D打印課程，可讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做。中等職業(yè)學(xué)校汽車電器的理論課堂如果靈活運用3D打印技術(shù)可以對整體教學(xué)有明顯的促進作用。首先3D打印技術(shù)是較為新穎的先進科技，學(xué)生對新穎的先進技術(shù)和新鮮事物保有強烈的好奇心、較高的學(xué)習(xí)興趣。在傳統(tǒng)中職汽車電器理論教學(xué)中采用傳輸式教學(xué)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新性思維都有一定的制約。3D打印技術(shù)讓學(xué)生用眼睛就可以觀察到汽車零部件快速成型的過程，并將所出的零部件組裝起來，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實際動手操作的興趣。

（一）基于課堂教學(xué)需要的3D教具制作

對于規(guī)則的汽車電器零部件，采用三維建模軟件3DsMAX、PRO/E、UG等進行建模，對于不規(guī)則的復(fù)雜曲面的汽車電器零部件，則采用手持三維掃描儀進行建模。在中職汽車電器教學(xué)當中融入3D打印技術(shù)，將汽車電器里面的構(gòu)造通過3D打印技術(shù)制作出來（如圖1）。以行星齒輪的教具設(shè)計為例。在整個教具制作過程中，學(xué)生以小組為單位，互相配合，共同制作教具。首先，利用三維建模軟件建模行星齒輪的3D模型圖和裝配圖（如圖2）。接著，利用切片軟件將行星齒輪的3D模型轉(zhuǎn)換為3D打印設(shè)備可以識別的文件，以STL格式輸出。最后，STL格式的文件導(dǎo)入3D打印機桌面機進行打?。ㄈ鐖D3）。學(xué)生在建模過程中建成的三維模型圖及其STL文件要先發(fā)給教師審核，審核通過才能導(dǎo)入3D打印機出成品，否則會造成成品成為報廢品，從而造成3D打印的原材料浪費。另外，成品出來后會有毛刺，需要利用工具輕微打磨作品，最終出成品。

（二）創(chuàng)建提高課堂教學(xué)效果的3D打印技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)模式

通過自制教具的課堂效果，可以發(fā)現(xiàn)，相比之前教學(xué)時對著PPT授課，利用仿真軟件或拆卸下來的教具，學(xué)生上課的學(xué)習(xí)興趣更濃厚，通過制作教具的過程，學(xué)生了解了汽車電器零部件之間的結(jié)構(gòu)連接。采用自制教具的教學(xué)可以化學(xué)生的被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)汽車電器的興趣，真正讓學(xué)生喜歡上課。用3D打印自制教具，不僅可以豐富教學(xué)手段，引起學(xué)生興趣，更能夠為學(xué)生提供實踐仿真的教學(xué)平臺與教學(xué)用具，讓學(xué)生的理論學(xué)習(xí)在實踐中得到切實鍛煉?；谶@種技術(shù)，教師可以更加直觀而具體地展現(xiàn)汽車電器的零部件，利用可視化方法幫助學(xué)生準確理解汽車電器的工作原理和結(jié)構(gòu)，為提升中職汽修專業(yè)的電器學(xué)習(xí)成效奠定基礎(chǔ)。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生自制教具的主觀能動性，同時可以提高學(xué)生動手實踐水平，學(xué)?？梢栽谀承┕た祁惖膶I(yè)課程，如機械制圖、建筑制圖等專業(yè)中開設(shè)3D打印課程，結(jié)合制圖軟件自制教具，讓學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做。另外，學(xué)?？梢栽诠た茖I(yè)中定期舉辦3D打印相關(guān)比賽，學(xué)生利用課余時間，設(shè)計本專業(yè)的教學(xué)用具三維模型圖以及STL文件，經(jīng)過專業(yè)教師的確認出圖，導(dǎo)入3D打印桌面機出成品。3D打印教具具有輕量化，在教學(xué)實訓(xùn)過程中能起到較大的促進作用。在教學(xué)過程中，我們常常使用從汽車零部件拆下來的汽車部件，這些教具比較笨重，而且容易造成上課安全隱患，簡單的3D打印設(shè)備可以將復(fù)雜的汽車零部件零散化以及輕量化，便于教學(xué)。在自制教具的過程中，學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果比傳統(tǒng)教學(xué)效果更好。

四、結(jié)語

3D打印自制教具可以在某些工科專業(yè)推廣，彌補傳統(tǒng)教學(xué)利用現(xiàn)有教具以及仿真軟件進行教學(xué)的不足，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作和創(chuàng)新能力。在課堂中，讓學(xué)生制作簡易教具，通過制作過程，學(xué)生更容易理解和掌握教具的結(jié)構(gòu)以及原理，知識點變得更加立體，改變傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生互動少且少部分學(xué)生學(xué)習(xí)的局面，讓整個教學(xué)過程顯得富有生機，理論與實操并存，學(xué)生產(chǎn)生更加濃厚的學(xué)習(xí)興趣。在未來的汽車電器教學(xué)中，應(yīng)全面思考教學(xué)設(shè)計，引入新的教學(xué)方法，運用新的教學(xué)技術(shù)。

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注：本文系廈門市教育信息技術(shù)研究2021年度課題“數(shù)據(jù)支持下的以學(xué)習(xí)者為中心的中職教學(xué)研究”（課題批準號：XMKT2103）的研究成果。